[发明专利]一种提高北斗接收机定时定位速度的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高北斗卫星接收机定时定位速度的新方法，尤其涉及北斗卫星接收机中一种基于插值滤波算法的数字基带信号的处理方法。

背景技术

卫星定位导航主要包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO、中国的北斗卫星导航系统BDS等。随着社会的迅速发展，卫星导航定位系统以其全天候、全空域特点，在人们的日常生活中起着越来越重要的作用。北斗系统历经北斗一代，北斗二代，目前已经发展到实现亚太地区的定位、导航和短报文通信全覆盖，提供给授权用户和开放用户多种用户体验，支持大批量的用户实现较为精密的定位和导航服务，并计划到2020年实现全球覆盖。北斗接收机是北斗系统在用户端的重要平台，用户接收卫星信号，到最终完成定位导航解算，生成定位导航数据或完成其他辅助功能都是在接收机这一层面实现。但是随着服务领域的日益增多，用户对定位导航精度和速度要求的不断提升，接收机所处恶劣环境的不断增多，都给各系统的发展提供了重要机遇，也带来了巨大挑战。

北斗系统采用的是码分多址的调制方式，将导航电文以数据码的形式与伪码首先进行调制，而后再将扩频信号调制到正弦载波上，最后卫星发射出调制后的载波信号。北斗卫星定位接收机捕获卫星导航信号后，首先对卫星信号进行下变频及采样，得到中频数字信号，再经过基带信号的处理，先后进行载波，伪码的剥离，恢复出数据码，进而解算出用户的位置、时间和速度等信息，并输出到上位机。通过解析从卫星得到的数据，经过换算而得到精确的时间和日期，实现授时功能。

在传统的卫星接收机中，利用码元同步的锁相环，符号时钟误差信号以前向或后向方式控制压控振荡器相位的调整，直至锁相环稳定最后锁定在最佳采样点处，从而直接得到了最佳采样点的值。早在1956年J.P.Costas就提出了采用一种同相-正交环(Costas环)来恢复载波信号，后来又有不少的学者对这种结构进行了改进。如日本的松尾先生首先提出了“松尾环”的结构。法国的A.Leclert等人又提出采用“通用载波恢复环”的结构。基于模糊逻辑控制器，唐斌等人提出采用一种智能GPS信号载波跟踪算法，随着通信事业的发展，频带越来越拥挤，一些频带利用率很高的通信调制方式被采用，利用锁频环和锁相环相结合，并将二者的输出通过模糊逻辑控制器，最终得到环路的误差控制信号。针对高动态环境，胡小平等人通过提高环路滤波器的阶数来提高环路跟踪的性能。但同步的性能受到环路滤波器性能的影响，用锁相环(PLL)锁定载波相位和时钟相位并非真正的无偏估计，他们是有偏估计，并且在理论上进行分析也是十分困难的。对于高效的调制方式如MQAM，MPSK，它们对静态相差要求十分严格，随着M的增大，锁相环的设计更加困难，因此这种技术的使用受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于插值滤波算法，提高北斗卫星接收机定时定位速度的新方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种提高北斗接收机定时定位速度的新方法，所述的北斗卫星接收机数字基带信号处理模块，其处理过程是：经过射频前端预处理的卫星导航信号下变频为数字中频信号，所述的数字中频信号主要包括载波、测距C码和数据码，所述数字基带信号处理模块采用基于插值滤波算法的全数字解调技术，其码元跟踪环路采用无锁相环也无反馈回路的数字式开环结构，解调使用的本地参考载波和采样时钟都震荡于固定的频率，接收机的采样速率与发送的符号速率相互独立，系统通过定时误差估值控制内插滤波器对采样得到的信号样本值进行插值运算，从而得到信号在最佳采样时刻的近似值，准确复制出本地复现码，实现载波和测距C码的快速准确剥离，恢复出数据码。

优选的，其特征在于，所述数字基带信号处理模块包括插值滤波器，定时误差估计和插值控制，所述的插值滤波器调整卫星接收机的符号取样时刻，使接收机的符号时钟与发射时钟同步，其中包括两个参数：基本指针和分数间隔，调整这两个参数的取值，插值滤波器就可以使得符号采样时钟更接近最佳符号采样点；定时误差估计算法采用了不需要训练序列且能更快捕获定时误差的非数据辅助算法(NDA)，并在数字滤波平方定时的频域算法基础上，对定时误差估计算法采用了前端进行带通滤波和后端实施卡尔曼滤波的处理方法对其进行改进；带通滤波器减小了定时误差估计的方差，而卡尔曼滤波则降低了整个定时误差估计过程中噪声的影响；插值控制部分解决的问题是如何根据时钟恢复电路估计出的位时钟相位，获得内插滤波器的控制量。