一种基于最大似然相干积分的卫星导航信号跟踪方法技术

一种基于最大似然相干积分的卫星导航信号跟踪方法，在卫星导航信号跟踪阶段的载波跟踪环路中，在同一个数据码比特时间内的相干积分结果相加后，按照最大似然原理，依次递推随后的各个数据码比特时间内的相干积分结果相加值的极性，确定出最合理的数据极性通路，获得不同数据码比特时间相干积分结果相加的最大值，将总的相干积分时间加长到N个完整的数据码比特时间。本发明专利技术的方法能够加长跟踪中的相干积分时间，提高信号跟踪的灵敏度、稳定性及观测量的精度，同时运算量保持线性稳定。 1

A satellite navigation signal tracking method based on maximum likelihood coherent integration

A method of satellite navigation signal tracking based on maximum likelihood coherent integration. In the carrier tracking loop of the satellite navigation signal tracking phase, after the coherent integration results are added in the same data bit time, the coherent integrator in each data bit time is successively recurring in accordance with the maximum likelihood principle. The most reasonable data polarity path is determined by the polarity of the add value of the fruit, and the maximum value of the coherent integration results of different data bit time is obtained, and the total coherent integration time is lengthened to the N complete data bit time. The method of the invention can lengthen the coherent integration time in the tracking, and improve the sensitivity, stability and the accuracy of the measurement of the signal tracking, and the operation amount is kept linear and stable. One

【技术实现步骤摘要】
一种基于最大似然相干积分的卫星导航信号跟踪方法
本专利技术属于卫星导航
，特别是涉及一种基于最大似然相干积分的卫星导航信号跟踪方法。
技术介绍
全球卫星导航系统(GNSS,GlobalNavigationSatelliteSystem)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。卫星导航系统空间部分由分布在不同轨道平面上的多颗卫星组成，以保证地面接收机在任何时间、覆盖范围内的任何地点都可以接收到足够多卫星的信号，并通过运算得到准确的位置、时间、速度等信息。目前，全球卫星导航系统主要包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS，中国的北斗卫星导航系统，以及欧洲正在建设部署中的GALILEO系统。其中中国的北斗卫星导航系统简称北斗系统，英文缩写为BDS，其空间星座将由5颗地球静止轨道(GEO)卫星、27颗中圆地球轨道(MEO)卫星和3颗倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星组成。卫星导航系统接收机的工作原理是：由天线部分将空间中的导航卫星电磁波转换为电信号；然后由射频部分将导航卫星信号放大、下变频、滤波、数模转换，最后输出数字中频信号；接着由基带处理部分通过信号相关、中频载波生成、码时钟生成等部分完成对数字中频信号的处理；接收机的软件部分包含信号处理和解算两部分，根据基带处理部分的结果进行运算，同时将控制参数写入基带处理部分。卫星导航信号的跟踪部分是在基带处理和信号处理及解算完成。接收机对卫星信号的处理过程可以分为捕获、跟踪、失锁、重捕四个阶段。在卫星信号跟踪阶段，信号通道从捕获阶段获得的对当前这个卫星信号载波频率和码相位的粗略估计值出发，通过跟踪环路逐步精细对这两个信号参量的估计，同时输出对信号的各种观测量，再解调出信号中的导航电文数据比特。简单地讲，接收机对卫星信号的跟踪是一个与该接收信号同步的二维信号的复制过程。相干积分是信号跟踪中不可缺少的重要组成部分。相干积分的时间越长，其滤波带宽越窄，所以加长相干积分时间可以提高信噪比，从而增加信号跟踪的灵敏度。越长的相干积分时间意味着越高的相干积分增益。但是一般跟踪算法的相干积分时间会被卫星信号导航电文的速率和结构所限制，一旦相干积分时间超过出这些限制，积分增益便会因为极性反转数据跳变而产生损耗。而采用遍历所有可能极性的信号跟踪算法能够加长相干积分时间，该算法是指以第一个数据码比特为基准，遍历以后所有比特的可能极性后，再分别进行积分累加，并以最强能量路径进行解调运算。但是这种算法的数据运算量会随着积分时间的加长而成指数方式增长，从而导致相干积分时间不可能做得很长，得不到理想的增益。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的缺陷和不足，提出一种新的卫星导航信号跟踪方法，即一种基于最大似然相干积分的卫星导航信号跟踪方法，能够加长跟踪中的相干积分时间，提高信号跟踪的灵敏度、稳定性及观测量的精度，同时运算量保持线性稳定。本专利技术的技术方案是：1.一种基于最大似然相干积分的卫星导航信号跟踪方法，其特征在于，在卫星导航信号跟踪阶段的载波跟踪环路中，在同一个数据码比特时间内的相干积分结果相加后，按照最大似然原理，依次递推随后的各个数据码比特时间内的相干积分结果相加值的极性，确定出最合理的数据极性通路，获得不同数据码比特时间相干积分结果相加的最大值，将总的相干积分时间加长到N个完整的数据码比特时间。2.所述方法包括以下步骤：1)总相干积分时间Tcoherent包括N个完整的数据码比特时间，即把总的相干积分时间Tcoherent等分为若干段，Tcoherent/TD＝N，N为正整数，TD为数据码码宽；2)同一个数据码比特时间TD划分为M段，每一段时间长度为Tsegment，TD/Tsegment＝M，M为正整数，即每一段的相干积分时间为Tsegment，每一段Tsegment的相干积分的结果为Vseg；3)将同一个数据码比特时间TD的各个Tsegment的相干积分结果Vseg直接相加，得到各数据码比特时间相干积分结果相加值为Vbit；4)假定第一个Vbit的极性，然后以此假定极性，按照最大似然原理，随后的第二个Vbit的极性按照同相和反相分别计算两数据比特总的相干积分结果，取最大值作为真正的两数据比特总的相干积分结果Vsum，并取得第二个数据比特相对第一个数据比特的极性；5)后续Vbit按照同样方式处理，极性确定后继续累加到Vsum，最终确定一条能够获得Vsum最大值的通路，取得总相干积分时间Tcoherent内的总相干积分结果Vsum。3.其中，步骤2)中，取TC≤Tsegment≤TD，TC为测距码码宽；即同一个数据码比特时间TD内的每一段的相干积分时间Tsegmen不小于测距码码宽TC。4.所述总相干积分时间由获得的相干积分的增益Gcoh定义为：Gcoh＝10lg(BpdTcoh)式中Bpd为相关积分之前的噪声带宽，Tcoh为总相干积分时间。5.所述方法可依据具体的导航信号数据结构，支持位同步完成或未完成即导航电文数据边界确定或未确定时的卫星信号跟踪。6.所述方法可以应用于各种卫星导航体制，包括美国的GPS系统，俄罗斯GLONASS系统，欧洲的伽利略系统，中国的北斗系统，以及以后可能出现的新的卫星导航体制和新的导航卫星信号。7.所述方法也可以处理广域增强卫星信号，包括现有的北美的WAAS系统、欧洲的EGNOS系统，以及以后可能出现的新的广域增强卫星系统。8.所述方法可以加长相干积分时间，不涉及非相干积分，但可以通过非相干积分进一步提高信噪比。9.所述方法可应用于各种相位锁定环路PLL、频率锁定环路FLL和/或延迟锁定环路中。本专利技术的技术效果：本专利技术提出的一种基于最大似然相干积分的卫星导航信号跟踪方法，依据最大似然原理，避开卫星信号导航电文速率和结构的限制，在不确定数据极性的情况，加长跟踪算法的相干积分运算时间，判决出最合理的导航电文数据位的极性通路，可以使各种模式的卫星信号跟踪避开其导航电文速率和结构的限制，加长相干积分时间，提高卫星信号跟踪的灵敏度、稳定性及观测量的精度，同时保持数据运算量线性，从而提升单模和多模卫星导航接收机的性能。附图说明图1为GPSL1载波、C/A码和数据码三者之间的层级结构图。图2是一种典型的载波锁相环实现方式示意图。图3是本专利技术的方法原理图。图4是北斗系统B1I支路信号D1导航电文二次编码示意图。图5是相干积分时间与相干积分增益关系图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例做进一步的详细说明。卫星导航接收机可以同时收到n颗导航卫星发射的信号，这n颗导航卫星信号之和我们称之为导航卫星射频信号SRF：式中：上角标j表示卫星编号；A表示信号振幅；C表示扩频码，即测距码或者经过BOC副载波调制后的测距码，包括各种导航卫星体制中的所有码，如美国GPS系统中的C/A码、P码，中国北斗系统和欧洲伽利略系统中的各种码等，测距码码宽为TC；D表示测距码上调制的数据码和有可能的二次编码，数据码码宽为TD；f表示载波频率；表示载波初相。测距码是周期性的，其周期内码片数为L，一个数据码码宽内含有M个测距码周期，即TD/(L×TC)＝M。图1为GPSL1载波、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于最大似然相干积分的卫星导航信号跟踪方法，其特征在于，在卫星导航信

【技术特征摘要】
1.一种基于最大似然相干积分的卫星导航信号跟踪方法，其特征在于，在卫星导航信号跟踪阶段的载波跟踪环路中，在同一个数据码比特时间内的相干积分结果相加后，按照最大似然原理，依次递推随后的各个数据码比特时间内的相干积分结果相加值的极性，确定出最合理的数据极性通路，获得不同数据码比特时间相干积分结果相加的最大值，将总的相干积分时间加长到N个完整的数据码比特时间。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)总相干积分时间Tcoherent包括N个完整的数据码比特时间，即把总的相干积分时间Tcoherent等分为若干段，Tcoherent/TD＝N，N为正整数，TD为数据码码宽；2)同一个数据码比特时间TD划分为M段，每一段时间长度为Tsegment，TD/Tsegment＝M，M为正整数，即每一段的相干积分时间为Tsegment，每一段Tsegment的相干积分的结果为Vseg；3)将同一个数据码比特时间TD的各个Tsegment的相干积分结果Vseg直接相加，得到各数据码比特时间相干积分结果相加值为Vbit；4)假定第一个Vbit的极性，然后以此假定极性，按照最大似然原理，随后的第二个Vbit的极性按照同相和反相分别计算两数据比特总的相干积分结果，取最大值作为真正的两数据比特总的相干积分结果Vsum，并取得第二个数据比特相对第一个数据比特的极性；5)后续Vbit按照同样方式处理，极性确定后继续累加到Vsum，最终确定一条能够获得Vsum最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：北京北方联星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11