一種衛(wèi)星導(dǎo)航多頻接收機(jī)信號(hào)快速引導(dǎo)跟蹤裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航多頻接收機(jī)，特別是一種衛(wèi)星導(dǎo)航多頻接收機(jī)信號(hào)快速引導(dǎo) 跟蹤裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，衛(wèi)星導(dǎo)航多頻接收機(jī)普遍對(duì)同一顆衛(wèi)星的多個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)單獨(dú)進(jìn)行捕獲、跟 蹤以及電文譯碼。由于捕獲模塊是串行工作的，同一顆衛(wèi)星的多個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)需要輪流占用 捕獲模塊進(jìn)行信號(hào)捕獲，導(dǎo)致處理時(shí)間較長(zhǎng)，且捕獲模塊需要兼容多個(gè)頻點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較 尚。
[0003] 另外，同一顆衛(wèi)星的多個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)調(diào)制的導(dǎo)航電文信息內(nèi)容是完全相同的，因此 對(duì)所有頻點(diǎn)均進(jìn)行電文解析也增加了接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航多頻接收 機(jī)信號(hào)快速引導(dǎo)跟蹤裝置。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種衛(wèi)星導(dǎo)航多頻接收機(jī)信 號(hào)快速引導(dǎo)跟蹤裝置，包括：
[0006]天線：用于接收空間輻射的衛(wèi)星信號(hào)；
[0007] 射頻模塊:用于將衛(wèi)星信號(hào)從射頻變換到中頻；
[0008] 捕獲模塊:用于根據(jù)定位解算模塊設(shè)置的衛(wèi)星編號(hào)和頻點(diǎn)信息對(duì)射頻通道輸出的 中頻信號(hào)進(jìn)行捕獲，輸出捕獲結(jié)果至引導(dǎo)模塊;所述捕獲結(jié)果包括碼相位和多普勒；
[0009] 引導(dǎo)模塊：用于根據(jù)一個(gè)中頻信號(hào)的碼相位和多普勒，計(jì)算相同衛(wèi)星其他頻點(diǎn)信 號(hào)的碼相位和多普勒；
[0010]跟蹤模塊:用于根據(jù)引導(dǎo)模塊輸出的碼相位和多普勒對(duì)每個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)分別進(jìn)行跟 蹤，得到偽距小數(shù)時(shí)間；
[0011] 電文解析模塊:用于對(duì)其中任一中頻信號(hào)進(jìn)行電文譯碼，得到導(dǎo)航電文信息，并從 導(dǎo)航電文信息中獲得偽距大數(shù)時(shí)間；
[0012] 定位解算模塊：用于設(shè)置需要捕獲的衛(wèi)星編號(hào)以及頻點(diǎn)信息，并根據(jù)導(dǎo)航電文信 息、偽距大數(shù)時(shí)間以及偽距小數(shù)時(shí)間進(jìn)行定位解算，同時(shí)對(duì)于未進(jìn)行電文解析而只獲得偽 距小數(shù)時(shí)間的中頻信號(hào)，進(jìn)行偽距大數(shù)時(shí)間的估計(jì)。
[0013] 同一顆衛(wèi)星不同頻點(diǎn)信號(hào)的多普勒之間的關(guān)系為：
[0016]其中，d2表示第二個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)的多普勒，d3表示第三個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)的多普勒，CU表示 所述捕獲模塊直接捕獲得到的多普勒，f2表示第二個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)的載波射頻頻率，f3表示第三 個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)的載波射頻頻率，表示所述捕獲模塊直接捕獲的中頻信號(hào)對(duì)應(yīng)載波射頻頻 率;通過(guò)上式和直接捕獲的中頻信號(hào)的多普勒計(jì)算出相同衛(wèi)星其他中頻信號(hào)的多普勒。 [00 17]同一顆衛(wèi)星不同頻點(diǎn)信號(hào)的碼相位的關(guān)系為^+2^2^1-2 ;其中，P2表不第二 個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)的碼相位，？1表示直接捕獲的中頻信號(hào)的碼相位。
[0018] 利用一個(gè)信號(hào)捕獲的碼相位引導(dǎo)同一顆衛(wèi)星不同頻點(diǎn)信號(hào)碼相位的過(guò)程為：取P2 =P1，每半個(gè)碼片設(shè)置一個(gè)相關(guān)值位置，碼片范圍為4個(gè)碼片，一共設(shè)置8個(gè)相關(guān)值位置，將p 2 設(shè)置在8個(gè)相關(guān)值位置的中心;進(jìn)行8個(gè)碼相位的并行相關(guān)運(yùn)算，并找8個(gè)相關(guān)值的最大值， 最大值位置即為中頻信號(hào)的準(zhǔn)確碼相位位置。
[0019] 偽距大數(shù)時(shí)間的計(jì)算公式為：
[0021 ]其中，to為接收機(jī)本地整秒時(shí)間，Xu為接收機(jī)概略位置，Xs為衛(wèi)星位置，c為光速，U s 為已知的偽距小數(shù)時(shí)間，[]為取整符號(hào)。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:本發(fā)明在同一顆衛(wèi)星的多個(gè)頻點(diǎn) 信號(hào)中，只捕獲一個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)，其他頻點(diǎn)信號(hào)不捕獲，直接進(jìn)行引導(dǎo)跟蹤，從而降低信號(hào)捕 獲時(shí)間和捕獲模塊的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。在跟蹤階段，同一顆衛(wèi)星只對(duì)一個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行電文解 析，其他頻點(diǎn)信號(hào)只跟蹤不譯碼，偽距的大數(shù)時(shí)間通過(guò)估算得到，從而降低電文解析模塊的 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示：
[0025]整個(gè)裝置包括:天線、射頻通道、捕獲模塊、引導(dǎo)模塊、跟蹤模塊、電文解析模塊、定 位解算模塊。天線與射頻通道連接，射頻通道與捕獲模塊連接，捕獲模塊與引導(dǎo)模塊連接， 引導(dǎo)模塊與跟蹤模塊連接，跟蹤模塊與電文解析模塊及定位計(jì)算模塊連接，電文解析模塊 與定位解算模塊連接，定位解算模塊與捕獲模塊連接。
[0026]本發(fā)明裝置的工作原理為：
[0027]天線接收空間輻射的衛(wèi)星信號(hào)，將信號(hào)輸入給射頻通道。在射頻通道中進(jìn)行下變 頻，將射頻信號(hào)變換為中頻信號(hào)。定位解算模塊向捕獲模塊設(shè)置需要捕獲的衛(wèi)星編號(hào)以及 頻點(diǎn)信息，捕獲模塊根據(jù)定位解算模塊設(shè)置的信息進(jìn)行信號(hào)捕獲。捕獲得到的信號(hào)碼相位 以及多普勒信息送給引導(dǎo)模塊。在引導(dǎo)模塊中根據(jù)捕獲得到的碼相位和多普勒信息計(jì)算相 同衛(wèi)星其他頻點(diǎn)信號(hào)的碼相位以及多普勒。跟蹤模塊根據(jù)不同頻點(diǎn)的碼相位以及多普勒分 別進(jìn)行不同頻點(diǎn)信號(hào)的跟蹤，獲得偽距小數(shù)時(shí)間（毫秒以下時(shí)間），輸出給定位解算模塊。電 文解析模塊對(duì)其中一個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行電文譯碼，獲得導(dǎo)航電文信息以及偽距大數(shù)時(shí)間 (毫秒以上時(shí)間），輸出給定位解算模塊。其他頻點(diǎn)信號(hào)不進(jìn)行電文解析模塊的處理。定位解 算模塊根據(jù)導(dǎo)航電文、偽距大數(shù)時(shí)間以及偽距小數(shù)時(shí)間進(jìn)行定位解算，獲得接收機(jī)位置信 息。對(duì)于未進(jìn)行電文解析的頻點(diǎn)信號(hào)，定位解算模塊只能獲得其偽距小數(shù)時(shí)間，偽距大數(shù)時(shí) 間要通過(guò)估計(jì)的方法得到。
[0028]本發(fā)明提出的多頻信號(hào)快速引導(dǎo)跟蹤方法的原理為：
[0029] 1、在引導(dǎo)模塊中根據(jù)一個(gè)頻點(diǎn)的捕獲碼相位和多普勒計(jì)算其他頻點(diǎn)的碼相位和 多普勒。
[0030]衛(wèi)星與接收機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度對(duì)于不同頻點(diǎn)信號(hào)是相同的，只是由于不同頻 點(diǎn)信號(hào)的載波頻率不同，導(dǎo)致其信號(hào)多普勒不同，因此同一顆衛(wèi)星不同頻點(diǎn)信號(hào)的多普勒 之間存在如下所示的確定性關(guān)系：
[0033] 其中，d2表示第二個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)的多普勒，d3表示第三個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)的多普勒，cU表示 所述捕獲模塊直接捕獲得到的多普勒，f 2表示第二個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)的載波射頻頻率，f3表示第三 個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)的載波射頻頻率，表示所述捕獲模塊直接捕獲的中頻信號(hào)對(duì)應(yīng)載波射頻頻 率;通過(guò)上式和直接捕獲的中頻信號(hào)的多普勒計(jì)算出相同衛(wèi)星其他中頻信號(hào)的多普勒。
[0034] 不同載波頻率的信號(hào)將帶來(lái)不同程度的空間傳輸延遲，導(dǎo)致捕獲碼相位不同。根 據(jù)不同頻點(diǎn)的延遲特性，碼相位的偏差小于2個(gè)碼片。因此存在如下關(guān)系：
[0035] ρι+2〉ρ2〉ρι_2
[0036] 其中，P2表示第二個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)的碼相位，P1表示直接捕獲信號(hào)的碼相位。這里先取 P2 = P1，并用下述方法確定實(shí)際碼片偏差。
[0037] 每半個(gè)碼片設(shè)置一個(gè)相關(guān)值位置，碼片范圍為4個(gè)碼片，一共設(shè)置8個(gè)相關(guān)值位置， 將p2設(shè)置在8個(gè)相關(guān)值位置的中心。進(jìn)行8個(gè)碼相位的并行相關(guān)運(yùn)算，并找8個(gè)相關(guān)值的最大 值，最大值位置即為真實(shí)信號(hào)的碼相位位置。采用上述方法即可實(shí)現(xiàn)只捕獲一個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)， 從而將信號(hào)捕獲時(shí)間降低為原來(lái)的l/n(n為信號(hào)頻點(diǎn)總數(shù)）。同時(shí)，捕獲模塊只需實(shí)現(xiàn)單頻 捕獲，不再需要兼容多個(gè)頻點(diǎn)，大幅降低了捕獲模塊的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
[0038] 2、在定位解算模塊中估計(jì)偽距大數(shù)時(shí)間
[0039]在電文解析模塊中，只對(duì)一個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行電文譯碼，因此只有這個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào) 可以直接得到偽距大數(shù)時(shí)間，其他頻點(diǎn)信號(hào)必須要進(jìn)行偽距大數(shù)時(shí)間估計(jì)。估計(jì)方法如下：
[0041]其中，為偽距大數(shù)時(shí)間，to為接收機(jī)本地整秒時(shí)間（觀測(cè)時(shí)刻），XU為接收機(jī)概略 位置，Xs為衛(wèi)星位置，c為光速，tms為已知的偽距小數(shù)時(shí)間，[]為取整符號(hào)。根據(jù)上述公式即 可估計(jì)出偽距的大數(shù)時(shí)間，結(jié)合直接得到的偽距小數(shù)時(shí)間即可恢復(fù)出完整偽距，進(jìn)而進(jìn)行 定位解算。通過(guò)這種方式即可實(shí)現(xiàn)只對(duì)一個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行電文譯碼，從而降低了電文譯碼 模塊的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
[0042]本發(fā)明提供了一種多頻信號(hào)快速引導(dǎo)跟蹤的裝置和方法，不僅可以縮減信號(hào)捕獲 時(shí)間，而且可大幅降低接收機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種衛(wèi)星導(dǎo)航多頻接收機(jī)信號(hào)快速引導(dǎo)跟蹤裝置，其特征在于，包括： 天線:用于接收空間輻射的衛(wèi)星信號(hào)； 射頻模塊:用于將衛(wèi)星信號(hào)從射頻變換到中頻； 捕獲模塊:用于根據(jù)定位解算模塊設(shè)置的衛(wèi)星編號(hào)和頻點(diǎn)信息對(duì)射頻通道輸出的中頻 信號(hào)進(jìn)行捕獲，輸出捕獲結(jié)果至引導(dǎo)模塊;所述捕獲結(jié)果包括碼相位和多普勒； 引導(dǎo)模塊：用于根據(jù)一個(gè)中頻信號(hào)的碼相位和多普勒，計(jì)算相同衛(wèi)星其他頻點(diǎn)信號(hào)的 碼相位和多普勒； 跟蹤模塊：用于根據(jù)引導(dǎo)模塊輸出的碼相位和多普勒對(duì)每個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)分別進(jìn)行跟蹤， 得到偽距小數(shù)時(shí)間； 電文解析模塊：用于對(duì)其中任一中頻信號(hào)進(jìn)行電文譯碼，得到導(dǎo)航電文信息，并從導(dǎo)航 電文信息中獲得偽距大數(shù)時(shí)間； 定位解算模塊：用于設(shè)置需要捕獲的衛(wèi)星編號(hào)以及頻點(diǎn)信息，并根據(jù)導(dǎo)航電文信息、偽 距大數(shù)時(shí)間以及偽距小數(shù)時(shí)間進(jìn)行定位解算，同時(shí)對(duì)于未進(jìn)行電文解析而只獲得偽距小數(shù) 時(shí)間的中頻信號(hào)，進(jìn)行偽距大數(shù)時(shí)間的估計(jì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，同一顆衛(wèi)星不同頻點(diǎn)信號(hào)的多普勒之間的 關(guān)系為： 1.1. 4. di φ ； Λ 其中，d2表示第二個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)的多普勒，d3表示第三個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)的多普勒，cU表示所述 捕獲模塊直接捕獲得到的多普勒，f2表示第二個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)的載波射頻頻率，f3表示第三個(gè)頻 點(diǎn)信號(hào)的載波射頻頻率，fi表示所述捕獲模塊直接捕獲的中頻信號(hào)對(duì)應(yīng)載波射頻頻率;通 過(guò)上式和直接捕獲的中頻信號(hào)的多普勒計(jì)算出相同衛(wèi)星其他中頻信號(hào)的多普勒。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，同一顆衛(wèi)星不同頻點(diǎn)信號(hào)的碼相位的關(guān)系 為:pi+2 >P2 > P1-2 ;其中，P2表不第二個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)的碼相位，pi表不直接捕獲的中頻信號(hào)的 碼相位。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，利用一個(gè)信號(hào)捕獲的碼相位引導(dǎo)同一顆衛(wèi) 星不同頻點(diǎn)信號(hào)碼相位的過(guò)程為:取p2 = Pl，每半個(gè)碼片設(shè)置一個(gè)相關(guān)值位置，碼片范圍為4 個(gè)碼片，一共設(shè)置8個(gè)相關(guān)值位置，將p2設(shè)置在8個(gè)相關(guān)值位置的中心;進(jìn)行8個(gè)碼相位的并 行相關(guān)運(yùn)算，并找8個(gè)相關(guān)值的最大值，最大值位置即為中頻信號(hào)的準(zhǔn)確碼相位位置。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，偽距大數(shù)時(shí)間U的計(jì)算公式為：其中，t〇為接收機(jī)本地整秒時(shí)間，Xu為接收機(jī)概略位置，Xs為衛(wèi)星位置，C為光速，tms為已 知的偽距小數(shù)時(shí)間，[]為取整符號(hào)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種衛(wèi)星導(dǎo)航多頻接收機(jī)信號(hào)快速引導(dǎo)跟蹤裝置，在同一顆衛(wèi)星的多個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)中，只捕獲一個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)，其他頻點(diǎn)信號(hào)不捕獲，直接進(jìn)行引導(dǎo)跟蹤，從而降低信號(hào)捕獲時(shí)間和捕獲模塊的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。在跟蹤階段，同一顆衛(wèi)星只對(duì)一個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行電文解析，其他頻點(diǎn)信號(hào)只跟蹤不譯碼，偽距的大數(shù)時(shí)間通過(guò)估算得到，從而降低電文解析模塊的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
【IPC分類(lèi)】G01S19/30, G01S19/29, G01S19/24
【公開(kāi)號(hào)】CN105607088
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610088090
【發(fā)明人】楊麗莎, 鄭彬, 向?yàn)? 彭果, 朱增賢, 張華 , 易文鑫, 王帥
【申請(qǐng)人】湖南北云科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年2月17日