[发明专利]一种非全向单天线旋转条件下卫星导航信号跟踪方法

说明书

一种非全向单天线旋转条件下卫星导航信号跟踪方法，通过利用非全向单天线卫星导航接收机在旋转条件下信号周期性中断或变弱的特点，在卫星信号跟踪环路的积分清除器中仅使用能量值大于等于门限的子段积分结果来计算总积分结果，并进行归一化处理，能够避免能量值低的子段积分结果污染总积分结果，降低总积分结果中的噪声和干扰，提高有用信息在总积分结果中的比重，从而提高非全向单天线旋转条件下接收机的跟踪能力和定位能力。

技术领域

本发明涉及非全向单天线旋转条件下的卫星导航接收机技术，特别是一种非全向单天线旋转条件下卫星导航信号跟踪方法，通过利用非全向单天线卫星导航接收机在旋转条件下信号周期性中断或变弱的特点，在卫星信号跟踪环路的积分清除器中仅使用能量值大于等于门限的子段积分结果来计算总积分结果，并进行归一化处理，能够避免能量值低的子段积分结果污染总积分结果，降低总积分结果中的噪声和干扰，提高有用信息在总积分结果中的比重，从而提高非全向单天线旋转条件下接收机的跟踪能力和定位能力。

背景技术

全球卫星导航系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)是由空间部分、地面监控部分、用户接收机三大部分组成的具备定位、导航、授时功能的系统，应用于航海、航空、测量测绘、精密定位等民用领域、行业领域以及军事领域。目前，全球卫星导航系统主要包括美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，中国的BDS，欧洲的GALILEO系统等等。卫星导航用户接收机包括射频前端处理、基带信号处理和导航定位解算三个模块。基带信号处理包括捕获、跟踪、位同步和帧同步等。

由于卫星和接收机之间的相对运动以及卫星时钟与接收机晶体振荡器的频率漂移等原因，接收机接收到卫星信号的载波频率和码相位会随着时间的推移而变化，因而卫星信号跟踪方法一般需要以闭环反馈的形式周期性的连续运行，以达到对卫星信号的持续锁定，故卫星信号跟踪方法也称跟踪环路。信号跟踪环路实际上是由载波跟踪环路与码跟踪环路两部分组成，它们分别用来跟踪接收信号中的载波和伪码。

图1是常规卫星导航接收机跟踪环路结构原理示意图，属于一种通常的接收机跟踪环路实现方式。首先，输入的中频信号采用I/Q解调的方式与本地复制的载波混频相乘，即同相支路I与正弦载波相乘，正交支路Q与余弦载波相乘；混频所得的信号与码发生器复制的超前E、即时P和滞后L各支路扩频伪码分别做相关运算。随后，相关结果经积分清除器得到相应的相干积分值，即时P支路的相干积分值送入载波环鉴别器，各支路相干积分值送入码环鉴别器。载波环和码环分别对鉴别器输出值进行滤波，并作为反馈量控制载波数控振荡器和伪码数控振荡器。

在即时P支路中，积分清除器通过积分低通滤波器来消除信号i_P(n)和q_P(n)中的高频信号成分和噪声，以提高载噪比。积分器对输入信号i_P(n)和q_P(n)经过一定时间的积分后，分别输出I_P和Q_P，然后清除器清除积分器中的各个寄存单元，接着再进行下一时段的积分，如此重复不断。超前E支路和滞后L支路与此类似。这里的积分运算是将I路和Q路分开进行，称为相干积分，相应的积分时间称为相干积分时间。由于跟踪环路使用I路和Q路的积分结果进行鉴别处理，因此以下所述的积分结果也均为相干积分结果。

利用旋转条件下非全向天线接收信号的周期性的幅度调制信息可以进行载体滚转姿态检测，因此采用单一的卫星导航接收机测量模块，可以同时实现定位和滚转姿态测量的功能，是一种易于实施、效费比高的载体位置检测和滚转姿态检测解决方案。然而，天线旋转过程中一方面使得接收卫星信号能量不均匀且非连续，因而接收信号幅值呈周期性起伏变化，且一半的时间天线被载体遮挡造成接收信号中断；另一方面也使接收信号中含有旋转引起的载波多普勒频率及相位的调制干扰。当旋转速度较低时，信号中断间隔变长，接收机极易出现频繁退出跟踪环路的情况；当旋转速度较高时，虽然信号中断间隔变短，但旋转引起的载波多普勒频率变化范围大大增加，甚至超出跟踪环路能跟踪的频率范围，使得接收机也出现频繁退出跟踪环路的情况，从而导致常规接收机的跟踪环路易失锁，接收机定位困难。

发明内容