[发明专利]一种北斗导航接收机的弱信号跟踪方法

说明书

本发明提供一种北斗导航接收机的弱信号跟踪方法，包括下列步骤：S1、接收信号经过伪码解扩以及载波剥离后，进入相关器进行累加运算；S2、对累加运算结果，进行差分解调电文自预测，估计出发送的电文数据比特Dn；S3、使用自预测电文数据比特Dn对接收信号进行电文剥离，以去除电文数据调制对相干积分的影响；S4、对电文剥离后的数据进行缓存，缓存到预定的N个数据后，进行频谱分析；S5、频谱分析输出信号送入鉴频器，得到载波频率误差的估计值；S6、频率误差的估计值送入环路滤波器进行滤波；S7、环路滤波器输出信号驱动数控振荡器，进行载波频率跟踪。本发明实施例的载波频率跟踪环路更为稳定可靠，改善了弱信号接收性能。

技术领域

本发明属于卫星导航领域，特别是涉及一种北斗卫星导航接收机终端弱信号的载波跟踪方法。

背景技术

卫星导航系统已经成为当今世界国家综合国力及科学技术发展水平的重要标志，是国家经济基础的重要组成部分，它已经进入人们的日常生活中，与社会发展和经济建设息息相关。我国也已经投入大量的资金和人力，积极进行北斗卫星导航系统(BeiDouNavigation Satellite System，BDS)的研究。到2020年左右，我国将建成覆盖全球的北斗卫星导航系统，其将成为继美国GPS、俄罗斯GLONASS和欧洲Galileo之后的又一个全球全天候的卫星导航系统。随着卫星导航应用的进一步发展，要求接收机能工作于更为严苛的应用环境下，例如，城市峡谷、林荫大道等卫星信号严重遮挡环境。所谓的高灵敏度接收机(HS-GNSS,High Sensitivity-Global Navigation Satellite Systems),就是为满足此类对弱信号接收的需求。载波跟踪环路是弱信号接收的关键环节，其性能对高灵敏度接收机具有重要影响。通常，通过加长相干积分时间，来抵抗弱信号中噪声的影响，以提高载波跟踪环路性能。然而，由于GPS以及BDS等的电文数据比特调制速率为50bps，意味着相干积分时间不能超过一个电文比特长度(20ms)。为了突破对数据调制的限制，需要对接收信号中的电文比特进行剥离，而这要求电文比特是已知的。通过移动通信网络等辅助手段，来获得电文数据；但此类方案会增加接收机的复杂度以及成本，丧失接收机的独立性，并依赖移动通信网络等特定环境。

作为一种不依赖辅助网络的独立的高灵敏度接收机，A Soloviev等人在“Decoding navigation data messages from weak GPS signals,”IEEETrans.Aerospace and Electronic Systems,vol.45,no.2,pp.660–665,April 2009，提出了一种采用最大似然估计(Maximum likelihood，ML)的算法，来自预测电文比特。然而，ML估计算法需要2^N-1次相关运算，N为相干积分时间所对应的电文比特数。当相干积分时间较大时，例如N＝16，需要32768次相关运算，导致难以实现。Yan,K.等人在Weak GPS signaltracking using FFT discriminator in open loop receiver,GPS Solut(2016)20:225，提出了一种对电文数据进行平方的算法，来规避电文数据调制的影响。平方算法会带来平方损耗，导致环路性能下降。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中基于上述情况，本发明提供了一种北斗导航弱信号的载波频率跟踪方法。通过差分解调，得到电文比特的相位翻转，从而预测电文比特，解除了相干积分时间的限制，可以利用长相干积分时间，改善载波跟踪环路的稳定性，提高灵敏度性能。

为解决上述技术问题，本发明提出一种北斗导航弱信号的载波频率跟踪方法，包括下列步骤：

S1、接收信号经过伪码解扩以及载波剥离后，进入相关器进行累加运算；

S2、对累加运算结果，进行差分解调电文自预测，估计出发送的电文数据比特Dn；