基于相位条纹的码相位测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相位条纹的码相位测量方法，包括：选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波和本地复制码；对所述中频信号和本地复制载波滤除载波和多普勒频移，得到接收输入信号；将本地复制码作为本地输入信号；计算接收输入信号和本地输入信号的互功率谱相位，生成相位条纹；从相位条纹中求取条纹频率，得到所述接收输入信号与本地输入信号的间隔时延，从而得到码相位测量值。

【技术实现步骤摘要】
基于相位条纹的码相位测量方法
本专利技术涉及卫星定位领域，特别涉及一种基于相位条纹的码相位测量方法。
技术介绍
卫星定位系统是一种使用卫星对物体进行准确定位的技术，可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地。自从美国自上世纪70年代成功建立全球定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)以来，欧洲、俄罗斯、中国相继推出了自己的卫星定位系统，如伽利略、北斗等。但GPS目前依然是应用最为广泛的卫星定位系统。GPS接收机对导航信号的跟踪主要是通过载波环和码环来完成的，跟踪环路复制出和卫星信号同步的载波以及伪码，从而实现载波剥离和信号解扩，得到导航电文的数据码。在跟踪信号的同时，接收机根据复制载波信号的参数获得卫星信号的多普勒频移和载波相位测量值，并根据复制伪码的参数获得该卫星信号的码相位和码伪距测量值。其中，码跟踪环通常是以延迟锁定环路(DelayLockedLoop,DLL)的形式实现的，通过复制出三份不同相位的伪随机码，分别称为超前(Early)、即时(Prompt)和滞后(Late)复制码，利用伪码良好的自相关特性，估算出即时码与接收码之间的相位差异。一方面获得码相位测量值，另一方面同时输入给伪码数控振荡器(NCO)，不断调节伪码发生器复制出的伪码相位，使复制伪码和接收伪码时刻保持对齐。码相位测量值可以用于组装出信号发射时间，进而得到码伪距测量值。在不考虑多路径和大气延时等接收机外部误差源的情况下，GPS的一个C/A码码片长293米，码伪距测量精度为1％码片的码环输出的码相位测量值包含大约3米的误差。由载波环输出的载波相位测量误差远小于码相位测量误差，可以精确到1％载波波长即1.9毫米。与载波相位测量值相比，码相位组装成的伪距测量值虽然精度较低，但是没有模糊度的问题，可以较为简便地获取伪距测量值，给实际应用带来了方便。因此，在避免计算整周模糊度的情况下，提高码伪距测量精度，可以提供更精确的快速测量结果、并更好地辅助获得载波相位测量值。为了得到高精度的码伪距测量值，国内外学者研究采用不同的方法提高码跟踪环精度。在参考文献1“罗柳镇；高精度卫星测距技术研究与实现[D]，南京：南京理工大学，2016:37-43”中，作者提出了采用载波多普勒的估计值辅助伪码环的环路架构；在参考文献2“刘盟超，赵丙风；GNSS接收机自适应带宽伪码跟踪环路设计[J]；无线电通信技术，2017，43(4)：64-66,79”中，作者提出一种自适应带宽的码跟踪环设计方案，通过实时调整环路滤波器带宽提升码跟踪环性能；在参考文献3“邓中亮，赵洋，尹露，等；一种提高伪距测量精度方法研究[C]//第六届中国卫星导航学术年会论文集；北京：中国卫星导航系统管理办公室学术交流中心，2015:4”中，采用补偿迭代思想对码跟踪环进行了改造，并改进提高了伪距测量方法；在参考文献4“龚国辉，李思昆；提高DSSS信号PN码相位测量精度的三点二次插值法[J]；通信学报，2007(02):130-133”中，提出利用三点二次插值法处理相关谱谱峰数据以提高低采样率下码相位测量精度，并与两点、三点线性内插法进行了对比；在参考文献5“罗海军，彭卫东，李明阳，等；基于分段直线拟合的伪随机码相位测量法[J]；计算机测量与控制；2015,23(3):727-729,733”中，以相关峰值点为分界点对相关峰两侧分别做最小二乘拟合，以两直线交点的横坐标与零相偏参考值的差值作为码相位的估值，得到比最小二乘同步法和三点二次插值法更加稳定和精确的估值结果；在参考文献6“胡修林，张俊，杨灵；直接序列扩频通信系统中PN码相位的精确测量方法[J].电讯技术,2005,45(3):128-131”中，提出最小二乘提高码相位测量精度；在参考文献7“张波,郭英,齐子森,等.PN码相位精确测量的累加最小二乘法[J].北京航空航天大学学报,2016,42(10):2265-2270”中，在参考文献6的基础上，给出了一种累加最小二乘法的实现结构，使最小二乘法的适用范围更广，精度更高。虽然国内外学者在上述参考文献中给出了多种提高码跟踪环精度的方法，但以上方法都是以两信号的相关函数及相关峰为基础，需要两路或者更多路复制码信号进行相关计算，存在一定的局限性。在伽利略、北斗等其他的卫星定位系统中也存在同样的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的码跟踪环精度提高方法需要两路以上的复制码信号所造成的局限性，从而提供一种无需两路以上复制码信号的码相位测量方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于相位条纹的码相位测量方法，包括：步骤1)、选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波和本地复制码；步骤2)、对所述中频信号和本地复制载波滤除载波和多普勒频移，得到接收输入信号；将本地复制码作为本地输入信号；步骤3)、计算接收输入信号和本地输入信号的互功率谱相位，生成相位条纹；步骤4)、从相位条纹中求取条纹频率，得到所述接收输入信号与本地输入信号的间隔时延，从而得到码相位测量值。上述技术方案中，在步骤2)和步骤3)之间还包括对本地输入信号做时延补偿的步骤，以及所述步骤4)中还包括为接收输入信号与本地输入信号的间隔时延减去补偿的时延量的操作。上述技术方案中，在所述时延补偿的步骤之后还包括：为所述接收输入信号以及经过时延补偿的本地输入信号做时域折叠，得到高信噪比的接收输入信号和高信噪比的本地输入信号；以及在所述3)中，计算所述高信噪比的接收输入信号和高信噪比的本地输入信号的互功率谱相位，从而得到相位条纹。上述技术方案中，在步骤2)和步骤3)之间还包括：为所述接收输入信号以及所述本地输入信号做时域折叠，得到高信噪比的接收输入信号和高信噪比的本地输入信号；以及在所述3)中，计算所述高信噪比的接收输入信号和高信噪比的本地输入信号的互功率谱相位，从而得到相位条纹。上述技术方案中，所述时域折叠包括：将接收输入信号、本地输入信号或经过时延补偿的本地输入信号分别均分为n段；将接收输入信号的每段数据叠加求和，得到高信噪比的接收输入信号；将本地输入信号或经过时延补偿的本地输入信号的每段数据叠加求和，得到高信噪比的本地输入信号。上述技术方案中，所述步骤3)具体包括：设一路信号为f1(t)，另一路信号为f2(t)，对这两路信号分别进行傅立叶变换，得到则两路信号的互功率谱密度为：其中，*表示复数共轭；功率谱相位为复数S12(ω)的辐角主值：φ(ω)＝arg[S12(ω)]；其中，所述一路信号为接收输入信号，或高信噪比的接收输入信号；所述另一路信号为本地输入信号，或经过时延补偿的本地输入信号，或高信噪比的本地输入信号。上述技术方案中，在步骤4)中，对相位条纹做傅里叶变换来求取条纹频率。本专利技术还提供了一种基于相位条纹的码相位测量装置，包括：信号接收与选取模块，用于选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波和本地复制码；滤波与多普勒频移模块，用于对所述中频信号和本地复制载波滤除载波和多普勒频移，得到接收输入信号；将本地复制码作为本地输入信号；互功率谱相位计算模块，用于计算接收输入信号和本地输入信号的互本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相位条纹的码相位测量方法，包括：步骤1)、选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波和本地复制码；步骤2)、对所述中频信号和本地复制载波滤除载波和多普勒频移，得到接收输入信号；将本地复制码作为本地输入信号；步骤3)、计算接收输入信号和本地输入信号的互功率谱相位，生成相位条纹；步骤4)、从相位条纹中求取条纹频率，得到所述接收输入信号与本地输入信号的间隔时延，从而得到码相位测量值。

【技术特征摘要】
1.一种基于相位条纹的码相位测量方法，包括：步骤1)、选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波和本地复制码；步骤2)、对所述中频信号和本地复制载波滤除载波和多普勒频移，得到接收输入信号；将本地复制码作为本地输入信号；步骤3)、计算接收输入信号和本地输入信号的互功率谱相位，生成相位条纹；步骤4)、从相位条纹中求取条纹频率，得到所述接收输入信号与本地输入信号的间隔时延，从而得到码相位测量值。2.根据权利要求1所述的基于相位条纹的码相位测量方法，其特征在于，在步骤2)和步骤3)之间还包括对本地输入信号做时延补偿的步骤，以及所述步骤4)中还包括为接收输入信号与本地输入信号的间隔时延减去补偿的时延量的操作。3.根据权利要求2所述的基于相位条纹的码相位测量方法，其特征在于，在所述时延补偿的步骤之后还包括：为所述接收输入信号以及经过时延补偿的本地输入信号做时域折叠，得到高信噪比的接收输入信号和高信噪比的本地输入信号；以及在所述3)中，计算所述高信噪比的接收输入信号和高信噪比的本地输入信号的互功率谱相位，从而得到相位条纹。4.根据权利要求1所述的基于相位条纹的码相位测量方法，其特征在于，在步骤2)和步骤3)之间还包括：为所述接收输入信号以及所述本地输入信号做时域折叠，得到高信噪比的接收输入信号和高信噪比的本地输入信号；以及在所述3)中，计算所述高信噪比的接收输入信号和高信噪比的本地输入信号的互功率谱相位，从而得到相位条纹。5.根据权利要求3或4所述的基于相位条纹的码相位测量方法，其特征在于，所述时域折叠包括：将接收输入信号、本地输入信号或经过时延补偿的本地输入信号分别均分为n段；将接收输入信号的每段数据叠加求和，得到高信噪比的接收输入信号；将本地输入信号或经过时延补偿的本地输入信号的每段数据叠加求和，得到高信噪比的本地输入信号。6.根据权利要求1或2或3或4所述的基于相位条纹的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆瑞，傅圣友，翟宇霄，金声震，艾国祥，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台，
类型：发明
国别省市：北京,11