[发明专利]计算并消除GNSS强信号对弱信号干扰的方法

摘要

一种计算并消除GNSS系统中强信号对弱信号干扰的方法，属于卫星搜索处理技术领域，其特征是通过捕获得到的强信号及其信息，预测能够捕获到的弱信号。由于调制强弱信号的PRN码均为已知量，且强信号对弱信号干扰大小等于强信号的振幅与强弱信号互相关值的乘积，通过考虑因强弱信号互相关时码相位的差异造成互相关的变化和因多普勒造成信号互相关的衰减情况以及考虑因多普勒造成的强弱信号之间频率差与互相关衰减之间的关系，计算出强信号对弱信号的干扰并从弱信号中消除。这种方法不会造成弱信号强度的变化。

主权项

1、一种计算并消除GNSS系统中强信号对弱信号干扰的方法，其特征是按下述步骤进行：1)在接收机的基带部分接收到数字中频信号后，用接收机的一个通道A捕获信号中的一个强信号并跟踪该强信号，当接收机通道A自动跟踪到该强信号后，强信号的相位近似为0弧度，这样几乎所有信号功率都是在同相分配的，通过载波环可以知道强信号载波频率的具体载波偏移，同时，在跟踪到强信号后，通过解调强信号得到导航电文；2)通过对导航电文，尤其是卫星星历的分析，可预测最有可能被接收到的弱信号，并在另外一个通道B中复现该弱信号的PRN码、载波和相位，用以与采样混合数字中频信号得到的采样值进行相关运算；3)根据得到的强弱信号的PRN码及相位信息，用处理器计算强弱信号在单位功率、且没有频率偏移时的互相关值，根据得到强弱信号的PRN码及其相位信息和码产生原理得出两颗卫星的PRN码生成器中在每个状态下各个寄存器的输出值SjGm(k)、两颗卫星PRN码序列之间的码偏移Offs、以及每码片的相位变化量Δθ，SjGm(k)中j表示卫星编号，取1和2，m表示寄存器编号，取1和2，利用这些信息计算强弱信号在单位功率、且没有频率偏移时的互相关值，通过对本地复现弱信号的PRN码序列移位，得到M(M是序列的长度)个相关值，并将每个相关值、相关值所对应的幅度和相位、与该相关值对应的两信号PRN码的编码状态WeakCodeState和StrongCodeState以及载波相位WeakCarrierPhase和StrongCarrierPhase都以一个表E的形式保存在静态存储器中，考虑到强弱信号的码相位变化，这些数据的更新频率为10Hz，计算强弱信号在单位功率、且没有频率偏移时的互相关值的方法是利用系统的码生产原理或者保存在静态存储器中的PRN码来计算其互相关，下面利用GPS系统中的L1开放信号互相关值的计算公式计算GPS中两信号所对应PRN码的互相关值，corr＝∑(S1G1(k)×S1G2(k)×S2G1(mod(k-offs，1023))×S2G2(mod(k-offs，1023))×e-jΔθk)(1)式中，corr是两PRN码之间的互相关值，k为序列输出状态索引，取值范围是0～1022，S1G1(k)是在第k个状态，生成强信号PRN码时G1寄存器的输出值，取值为1或-1，S1G2(k)是在第k个状态，生成强信号PRN码时G2寄存器的输出值，取值为1或-1，S2G1(k)是在第k个状态，生成弱信号PRN码时G1寄存器的输出值，取值为1或-1，S2G2(k)是在第k个状态，生成弱信号PRN码时G2寄存器的输出值，取值为1或-1，offs是两信号所对应粗码序列之间的时间差，单位是码片(chip)，Δθ是两信号所对应粗码序列之间每个码片相位的变化，单位是弧度；4)计算互相关的衰减因子：两信号之间载波频率差异会造成信号互相关值的衰减，按照下式计算互相关的衰减因子：FreAtt＝sin(ΔF′×π/100)/(ΔF′×π/100) (2)式中，$ΔF′=Y0≤Y≤500Y-1000500<Y≤1000Y＝ΔF mod 1000ΔF是强弱信号的载波频率差，单位是Hz，当频率差大于5Hz时重新计算频率衰减因子，将得到的频率差ΔF除以1KHz四舍五入后得出通道A和通道B的多普勒频率差ΔFH，这个衰减衰减因子以10Hz的频率更新；5)计算强信号对弱信号的干扰：通过把互相关表E中最后一个强弱信号互相关值对应的编码状态WeakCodeState和StrongCodeState及载波相位WeakCarrierPhase和StrongCarrierPhase取出来，同时根据强弱信号互相关值所对应的编码状态得到强弱信号输出状态的时间差ΔT和第一个互相关值所对应的编码状态差值TableEntryCodeState，以及通过对强信号采样并计算得到的同相相关值的绝对值Strong_I和步骤3)所述的表E中最后一个相关值所对应的强信号相对于弱信号的多普勒频移量StrongDoppler，利用公式(3)到公式(10)计算强信号对弱信号的干扰值StrongInterfWeak，CodeOffset＝WeakCodeState-StrongCodeState-StrongDoppler×ΔT -TableEntryCodeState (3)CodeOffsetFra＝CodeOffset-CodeOffsetInt (4)ΔPhase＝WeakCarrierPhase-StrongCarrierPhase-StrongDoppler×ΔT +ΔFH×StrongCodeState (5)FirstPhase＝FirstCorrelationPhase+ΔPhase (6)SecondPhase＝SecondCorrelationPhase+ΔPhase (7)FirstMag＝FirstCorrelationMag×(1-CodeOffsetFra)×Strong_I×FreAtt (8)SecondMag＝SecondCorrelationMag×CodeOffsetFra×Strong_I×FreAtt (9)StrongInterfWeak＝FirstMag×e-jFirstPhase+SecondMag×e-jSecondPhase (10)式中：WeakCodeState是最后一个输出至通道B时的编码状态，StrongCodeState是最后一个输出至通道A时的编码状态，StrongDoppler是最后一个输出至通道A的多普勒量，ΔT是输出至强弱通道之间的时差，TableEntryCodeState是互相关表E中第一项强弱信号编码状态的差，CodeOffsetInt是CodeOffset的整数部分，WeakCarrierPhase是最后一个输出至通道B时的载波相位角，StrongCarrierPhase是最后一个输出至通道A时的载波相位角，ΔFH是强通道B的多普勒频差，由ΔF除以1000四舍五入后得到，单位是KHz，FirstCorrelationPhase是互相关表E中CodeOffsetInt所指相关值的相位，SecondCorrelationPhase是互相关表E中CodeOffsetInt+1所指相关值的相位，FirstCorrelationMag是互相关表E中CodeOffsetInt所指相关值的幅值，SecondCorrelationMag是互相关表E中CodeOffsetInt+1所指相关值的幅值，Strong_I是强信号同相通道相关值的绝对值，FreAtt是频率偏移带来的互相关衰减因子，StrongInterfWeak是强信号对弱信号的干扰值；6)消除强信号对弱信号的干扰：在通道B中，利用复现弱信号的PRN码、载波和相位信息，与接收到的包含强信号和弱信号混合数字中频信号的采样值进行相关运算，得到相关值Weak_IQ，接着利用处理器执行下面的公式(11)以消除强信号对弱信号的干扰，CorrectedWeak_IQ＝Weak_IQ-StrongInterfWeak (11)式中：Weak_IQ是通道B的相关值，StrongInterfWeak是强信号对弱信号的干扰值，CorrectedWeak_IQ是校正后的通道B的相关值；7)消除其它强弱信号之间的干扰：通过捕获和跟踪到的强信号可以预测是否还存在其它的弱信号，如果存在，继续执行2)至6)，以消除强信号对其它弱信号的干扰，同样也可以执行1)至6)继续捕获其它强信号并消除其它强信号对弱信号的干扰，直至消除该强信号对弱信号的干扰以达到能利用弱信号实现定位甚至导航的目的。$