适用于单比特量化北斗接收机的载波跟踪方法技术

本发明专利技术一种适用于单比特量化北斗接收机的载波跟踪方法，将单比特量化北斗接收机乘累加器的输出作为信号跟踪处理器的输入，先进行信噪比SNR值估计，利用所估计的信噪比SNR值计算卡尔曼滤波过程中需要的滤波参数，使用卡尔曼滤波器预测并校正载波频率和载波相位偏移值，由于本发明专利技术针对单比特量化下信号相干积分输出结果的误差函数进行建模，并使用卡尔曼滤波器对积分结果做滤波处理，因此可有效抑制量化误差对信号跟踪性能的影响。

【技术实现步骤摘要】
适用于单比特量化北斗接收机的载波跟踪方法
本专利技术涉及一种适用于单比特量化北斗接收机的载波跟踪方法。
技术介绍
在商用北斗二代卫星导航接收机中，为节约硬件成本、降低整机功耗，通常采用低量化位宽的模数转换器(ADC)。在使用单比特模数转换器时，接收到的卫星信号按其信号极性被量化为+1或-1，量化误差会引起较大的信号失真。对于北斗接收机，其接收到的北斗导航卫星信号的载波频率和相位偏移随着接收机与北斗卫星的相对运动而呈现持续性变化，因此需要对接收信号的载波频率和相位偏移做持续性跟踪。当信号具有较大失真时，这种持续性跟踪过程很容易受到破坏。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种适用于单比特量化北斗接收机的载波跟踪方法，可有效抑制量化误差对信号跟踪性能的影响。本专利技术一种适用于单比特量化北斗接收机的载波跟踪方法，其中北斗接收机包含一北斗二代卫星导航信号频段天线，一混频器，用于将接收到的北斗二代卫星导航射频信号下变频至中频频点；一单比特模数转换器，用于将北斗二代卫星导航中频信号量化为单比特数字信号s(k)，中频信号极性为正时，量化后的数字信号为+1，中频信号极性为负时，量化后的数字信号为-1；一数控振荡器，用于产生I/Q两路本地载波信号r(k)，产生方法为：r(k)＝sgn[cos(ωokT+θo)]+jsgn[sin(ωokT+θo)]其中sgn(x)表示对x取符号，j为虚数符号，ωo为指定的载波频率，θo为载波相位偏移，k为采样点计数值，T为单比特模数转换器的采样间隔，r(k)的实数部分作为I路本地载波信号与单比特数字信号s(k)相乘，r(k)的虚数部分作为Q路本地载波信号与单比特数字信号s(k)相乘；一码发生器，用于产生北斗二代卫星导航信号的C/A码，送入乘累加器，与混频后I/Q路的信号做相关运算；两个乘累加器，分别用于完成I/Q路信号的相关运算，乘累加器的输出记y(i)，计算过程可表示为：其中N表示一次完整乘累加过程包含的采样点数量，i表示当前乘累加过程序号；一信号跟踪处理器，完成对接收信号的载波频率、相位偏移量的跟踪处理过程，输入为乘累加器的输出y(i)，输出为载波频率ωo、载波相位偏移θo，其特征在于所述信号跟踪处理器对载波跟踪处理过程包括如下步骤：步骤1、将单比特量化北斗接收机乘累加器的输出y(i)作为信号跟踪处理器的输入，先进行信噪比SNR值估计，利用所估计的信噪比SNR值计算卡尔曼滤波过程中需要的滤波参数hλ；步骤2、滤波参数hλ的计算方法为：式中α,β为固定参数，其中erfc函数定义为：其中Exp()表示指数函数，变量Φ和t为积分式的积分指示变量；步骤3、使用卡尔曼滤波器预测并校正载波频率和载波相位偏移值的过程为：预测过程：Xi+1|i＝AXi,Pi+1|i＝APiAT+Q校正过程：Xi+1＝Xi+1|i+Li[y(i)-hληXi+1|i],Pi+1＝(I-hλLiη)Pi+1|i其中Xi＝[θo,ωo,ωa]，η＝[1NT/2N2T2/6]，Li为卡尔曼滤波增益，Pi为状态估计协方差矩阵，A为状态转移矩阵，AT为A的变换矩阵，Q为过程噪声协方差矩阵，I为单位矩阵。由于本专利技术针对单比特量化下信号相干积分输出结果的误差函数进行建模，并使用卡尔曼滤波器对积分结果做滤波处理，可有效抑制量化误差对信号跟踪性能的影响。附图说明图1单比特量化北斗接收机结构；图2为本专利技术的载波跟踪处理过程示意图。以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步详述。具体实施方式如图1所示，为本专利技术载波跟踪方法适用于的单比特量化北斗接收机。该北斗接收机包含一北斗二代卫星导航信号频段天线，中心频率为1561.098MHz，带宽不低于4.092MHz；一混频器，用于将接收到的北斗二代卫星导航射频信号下变频至中频频点；一单比特模数转换器，用于将北斗二代卫星导航中频信号量化为单比特数字信号s(k)，中频信号极性为正时，量化后的数字信号为+1，中频信号极性为负时，量化后的数字信号为-1；一数控振荡器，用于产生I/Q两路本地载波信号r(k)，产生方法为：r(k)＝sgn[cos(ωokT+θo)]+jsgn[sin(ωokT+θo)]其中sgn(x)表示对x取符号，j为虚数符号，ωo为指定的载波频率，θo为载波相位偏移，ωo和θo由信号跟踪处理器输出，k为采样点计数值，T为单比特模数转换器的采样间隔，r(k)的实数部分作为I路本地载波信号与单比特数字信号s(k)相乘，r(k)的虚数部分作为Q路本地载波信号与单比特数字信号s(k)相乘；一码发生器，用于产生北斗二代卫星导航信号的C/A码，送入乘累加器，与混频后I/Q路的信号做相关运算；两个乘累加器，分别用于完成I/Q路信号的相关运算，乘累加器的输出记y(i)，计算过程可表示为：其中N表示一次完整乘累加过程包含的采样点数量，i表示当前乘累加过程序号；一信号跟踪处理器，完成对接收信号的载波频率、相位偏移量的跟踪处理过程，输入为乘累加器的输出y(i)，输出为载波频率ωo、载波相位偏移θo，每完成一次完整的乘累加过程输出一次跟踪处理结果：载波频率ωo和载波相位偏移θo。如图2所示，本专利技术一种适用于单比特量化北斗接收机的载波跟踪方法，其中北斗接收机包含一北斗二代卫星导航信号频段天线，一混频器，用于将接收到的北斗二代卫星导航射频信号下变频至中频频点；一单比特模数转换器，用于将北斗二代卫星导航中频信号量化为单比特数字信号s(k)，中频信号极性为正时，量化后的数字信号为+1，中频信号极性为负时，量化后的数字信号为-1；一数控振荡器，用于产生I/Q两路本地载波信号r(k)，产生方法为：r(k)＝sgn[cos(ωokT+θo)]+jsgn[sin(ωokT+θo)]其中sgn(x)表示对x取符号，j为虚数符号，ωo为指定的载波频率，θo为载波相位偏移，ωo和θo由信号跟踪处理器输出，k为采样点计数值，T为单比特模数转换器的采样间隔，r(k)的实数部分作为I路本地载波信号与单比特数字信号s(k)相乘，r(k)的虚数部分作为Q路本地载波信号与单比特数字信号s(k)相乘；一码发生器，用于产生北斗二代卫星导航信号的C/A码，送入乘累加器，与混频后I/Q路的信号做相关运算；两个乘累加器，分别用于完成I/Q路信号的相关运算，乘累加器的输出记y(i)，计算过程可表示为：其中N表示一次完整乘累加过程包含的采样点数量，i表示当前乘累加过程序号；一信号跟踪处理器，完成对接收信号的载波频率、相位偏移量的跟踪处理过程，输入为乘累加器的输出y(i)，输出为载波频率ωo、载波相位偏移θo，所述载波跟踪处理过程包括如下步骤：步骤1、将单比特量化北斗接收机乘累加器的输出y(i)作为输入，先进行信噪比SNR值估计，利用所估计的信噪比SNR值计算卡尔曼滤波过程中需要的滤波参数hλ；步骤2、滤波参数hλ的计算方法为：式中α,β为固定参数，其中erfc函数定义为：其中Exp()表示指数函数，变量Φ和t为积分式的积分指示变量；步骤3、使用卡尔曼滤波器预测并校正载波频率和载波相位偏移值的过程为：预测过程：Xi+1|i＝AXi,Pi+1|i＝APiAT+Q校正过程：Xi+1＝Xi+1|i+Li[y(i)-hληXi+1|i],Pi+1＝(I-hλLiη)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于单比特量化北斗接收机的载波跟踪方法，其中北斗接收机包含一北斗二代卫星导航信号频段天线，一混频器，用于将接收到的北斗二代卫星导航射频信号下变频至中频频点；一单比特模数转换器，用于将北斗二代卫星导航中频信号量化为单比特数字信号s(k)，中频信号极性为正时，量化后的数字信号为+1，中频信号极性为负时，量化后的数字信号为‑1；一数控振荡器，用于产生I/Q两路本地载波信号r(k)，产生方法为：r(k)＝sgn[cos(ωokT+θo)]+jsgn[sin(ωokT+θo)]其中sgn(x)表示对x取符号，j为虚数符号，ωo为指定的载波频率，θo为载波相位偏移，k为采样点计数值，T为单比特模数转换器的采样间隔，r(k)的实数部分作为I路本地载波信号与单比特数字信号s(k)相乘，r(k)的虚数部分作为Q路本地载波信号与单比特数字信号s(k)相乘；一码发生器，用于产生北斗二代卫星导航信号的C/A码，送入乘累加器，与混频后I/Q路的信号做相关运算；两个乘累加器，分别用于完成I/Q路信号的相关运算，乘累加器的输出记y(i)，计算过程可表示为：y(i)=1NΣk=iN+1(i+1)Ns(k)r(k)]]>其中N表示一次完整乘累加过程包含的采样点数量，i表示当前乘累加过程序号；一信号跟踪处理器，完成对接收信号的载波频率、相位偏移量的跟踪处理过程，输入为乘累加器的输出y(i)，输出为载波频率ωo、载波相位偏移θo，其特征在于所述信号跟踪处理器对载波跟踪处理过程包括如下步骤：步骤1、将单比特量化北斗接收机乘累加器的输出y(i)作为信号跟踪处理器的输入，先进行信噪比SNR值估计，利用所估计的信噪比SNR值计算卡尔曼滤波过程中需要的滤波参数hλ；步骤2、滤波参数hλ的计算方法为：hλ=α-β∫-ππerfc(2SNRcosφ)dφ]]>式中α,β为固定参数，其中erfc函数定义为：erfc(x)=2π∫x∞exp(-t2)dt]]>其中Exp()表示指数函数，变量Φ和t为积分式的积分指示变量；步骤3、使用卡尔曼滤波器预测并校正载波频率和载波相位偏移值的过程为：预测过程：Xi+1|i＝AXi,Pi+1|i＝APiAT+Q校正过程：Xi+1＝Xi+1|i+Li[y(i)‑hληXi+1|i],Pi+1＝(I‑hλLiη)Pi+1|i其中Xi＝[θo,ωo,ωa]，η＝[1 NT/2 N2T2/6]，Li为卡尔曼滤波增益，Pi为状态估计协方差矩阵，A为状态转移矩阵，AT为A的变换矩阵，Q为过程噪声协方差矩阵，I为单位矩阵。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于单比特量化北斗接收机的载波跟踪方法，其中北斗接收机包含一北斗二代卫星导航信号频段天线，一混频器，用于将接收到的北斗二代卫星导航射频信号下变频至中频频点；一单比特模数转换器，用于将北斗二代卫星导航中频信号量化为单比特数字信号s(k)，中频信号极性为正时，量化后的数字信号为+1，中频信号极性为负时，量化后的数字信号为-1；一数控振荡器，用于产生I/Q两路本地载波信号r(k)，产生方法为：r(k)＝sgn[cos(ωokT+θo)]+jsgn[sin(ωokT+θo)]其中sgn(x)表示对x取符号，j为虚数符号，ωo为指定的载波频率，θo为载波相位偏移，k为采样点计数值，T为单比特模数转换器的采样间隔，r(k)的实数部分作为I路本地载波信号与单比特数字信号s(k)相乘，r(k)的虚数部分作为Q路本地载波信号与单比特数字信号s(k)相乘；一码发生器，用于产生北斗二代卫星导航信号的C/A码，送入乘累加器，与混频后I/Q路的信号做相关运算；两个乘累加器，分别用于完成I/Q路信号的相关运算，乘累加器的输出记y(i)，计算过程可表示为：其中N表示一次完整乘累加过程包含的采样点数量，i表示当前乘累加过程序号；一信号跟踪处理器，完成对接收信号的载波频率、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凌宇，彭敖，李耿民，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35