一种基于方差比盲分离的北斗卫星信号高精度捕获模型制造技术

本发明专利技术涉及一种基于方差比盲分离的北斗卫星信号高精度捕获模型，通过盲分离技术，采用倍频采样方法，通道序列化后利用欧拉公式建立盲分离矩阵卫星信号模型，利用子空间分离对卫星信号进行盲分离，具体实现步骤为：S1.采用倍频采样方式，将接收机接收的卫星信号转换为一个多通道输出的混叠正弦模型；S2.序列化卫星接收信号；S3.利用欧拉公式将倍频采样后的卫星载波信号hsat(j)展开为盲分离矩阵模型；S4.求解卫星载波信号的多普勒效应频率；S5.对卫星载波信号的初始相位进行求解；S6.确定卫星信号的幅值Asat。本发明专利技术可减少卫星信号搜索范围局限性和相关估计带来的误差，实现快速精确的捕获。

【技术实现步骤摘要】
一种基于方差比盲分离的北斗卫星信号高精度捕获模型
本专利技术涉及卫星信号捕获领域，更具体地，涉及一种基于方差比盲分离的北斗卫星信号高精度捕获模型。
技术介绍
GNSS接收机按照其工作流程，通常分成三大部分，射频前端模块、基带信号处理模块和定位导航模块。基带信号处理模块的功能是：通过处理射频前端输出的数字中频信号，复现与卫星信号一致的本地载波码和伪码，达到对GNSS信号的捕获和跟踪，进而提取原始观测量和原始电文。基带信号处理模块是导航接收机的核心部分，而捕获是基带信号处理模块中至关重要的一步。因此，对捕获算法提出以下要求：(1)快速性，有效缩小搜索范围和搜捕时间，提高捕获效率；(2)准确性，捕获的精度决定跟踪的精度，捕获的结果必须准确。现有的卫星信号FFT并行捕获算法是卫星信号接收机接收并在射频前端处理后，数字下变频为数字中频信号，数字中频信号与本地I之路载波和Q支路载波相乘进行去载波过程，得到I支路信号和Q支路信号，I支路信号和Q支路信号组成复数形式的去载波结果I+jQ，并对这个结果进行傅里叶变换，然后将变换结果与本地复现信号傅里叶变换的共轭值相乘，将所有的乘积经傅里叶反变换得到在时域内的相关结果，在变换过程中，将傅里叶变换分为两部分的和，以减少傅里叶变换的点数，若无位翻转对上一步所得相关结果进行检测判断卫星信号是否存在，若存在位翻转对数字中频信号和本地浮现信号进行奇偶块的相关，得到相关结果，将两种情况的相关结果进行相干合成，得到较大的相关峰值，即可得到峰值处对应的频率和码相位。上述方法虽然能有效克服位翻转问题，延长相干积分时间，但是搜索精度主要取决于搜索步长，频率搜索步长横跨几百赫兹，求得的频率精度并不高，且确定频率和相位的搜索区间和步长后，需要将接收机产生的信号与接收的信号求它们的相关系数，计算速度慢，且需要相关估计会带来较大误差。
技术实现思路
本专利技术针对带有噪声的卫星弱信号模型，解决卫星信号盲分离和快速精确捕获问题，提供一种基于方差比盲分离的北斗卫星信号高精度捕获模型。所述模型通过盲分离技术，采用倍频采样方法，通道序列化后利用欧拉公式建立盲分离矩阵卫星信号模型，利用子空间分离对卫星信号进行盲分离，具体实现步骤如下：S1.采用倍频采样方式，将接收机接收的卫星信号转换为一个多通道输出的混叠正弦模型；S2.序列化卫星接收信号；S3.利用欧拉公式将倍频采样后的卫星载波信号模型hsat(j)展开为盲分离矩阵模型；S4.求解卫星载波信号的多普勒效应频率；S5.对卫星载波信号的初始相位进行求解；S6.确定卫星信号的幅值Asat。其中，(1)所述步骤S1如下：S1.1设卫星接收机接收到的信号模型为：其中，An为每个卫星C/A码的幅度，C(t)为C/A码，D(t)为导航数据码，fIF为中频载波频率，fn和θn,0为每个卫星信号的多普勒效应频率以及相位，该参数表征卫星的特征及卫星间的拓扑关系，n(t)为背景噪声；S1.2采集卫星信号后,通过倍频采样方式，将接收机接收到的卫星信号转换为多通道输出的混叠正弦形式：上式中，Psat(tkj)＝Csat(tkj)·Dsat(tkj),Fsat＝fIF+fsat；下标j＝1,2,…,M代表通道,时间下标k表示采样点；hsat(tkj)代表倍频采样后的卫星载波信号。(2)所述步骤S2序列化过程如下：S2.1只看某一采样点k时，S1所得方程可隐去采样点k坐标形式，化简为：上式中，下标j＝1,2,…,M代表通道；Psat为C/A码与导航电文码的乘积，由于倍频过采样，Psat与采样通道无关，可看作常量。S2.2假设同一时刻，通道之间的采样点呈等间距分布，则S2.1所得方程中的tj可写为：代回S2.1所得方程中得到序列化后的卫星接收信号：(3)所述步骤S3利用欧拉公式将倍频采样后卫星载波信号模型hsat(j)展开为盲分离矩阵模型，展开过程为：r＝A·x+n,上式中，T表示转置，H表示赫米特转置。r＝[r(1)r(2)…r(M)]代表同一采样点，不同通道采集的北斗卫星信号；系数矩阵A未知参数，Fn＝fIF+fn，列向量x未知参数A，θ分别为北斗卫星载波信号强度和初始相位；P为C/A码与导航电文码的乘积，由于倍频过采样，P与采样通道无关。(4)所述步骤S4卫星载波信号的多普勒效应频率的求解过程为：S4.1基于子空间分离对卫星多普勒频移进行盲估计；S4.2对卫星信号进行时延构造新卫星信号矩阵；S4.3根据S3所得方程得到两个信号系数矩阵的关系，分别求原信号的自相关矩阵和两个信号的互相关矩阵；S4.4求自相关矩阵关于互相关矩阵的广义特征值；S4.5通过广义特征值求解卫星载波信号的多普勒效应频率得到：上式中，Im表示对复数求虚部，Re表示对复数求实部。(5)所述步骤S5求解初始相位的求解过程为：对卫星载波信号的初始相位进行盲估计，对S3所得方程作线性最小二乘得到：上式中，为矩阵A的伪逆矩阵，于是初始相位可求解如下：(6)所述步骤S6卫星信号的幅值Asat可由下式确定：上式中，xsat为向量x中的元素，||表示对复数求模长，Csat代表C/A码，Dsat代表导航数据码，由于多普勒效应频率和相位能得到数学精确解析解，C/A码和导航电文均可以精确得到。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术技术方案对卫星信号进行盲分离，不需要进行二维搜索和相关估计，建立了单输入多输出的正弦信号盲分离模型，通过盲分离求解频率和初始相位，减少搜索范围局限性和相关估计带来的误差，实现快速精确的捕获。附图说明图1为基于方差比盲分离的北斗卫星信号高精度捕获模型实现步骤流程框图。图2接收机接收到的卫星载波信号。图3倍频采样和噪声分离后的卫星载波信号。图4卫星载波信号自相关矩阵的特征分解。图5卫星多普勒效应频率的盲估计。图6卫星载波信号初始相位的盲估计。图7卫星载波信号强度的盲估计。图8八颗卫星的多普勒效应频率、载波信号相位以及载波信号强度。图9基于方差比盲分离技术分离出的一号北斗卫星载波信号。图10基于方差比盲分离技术分离出的二号北斗卫星载波信号。图11基于方差比盲分离技术分离出的三号北斗卫星载波信号。图12基于方差比盲分离技术分离出的四号北斗卫星载波信号。图13基于方差比盲分离技术分离出的五号北斗卫星载波信号。图14基于方差比盲分离技术分离出的六号北斗卫星载波信号。图15基于方差比盲分离技术分离出的七号北斗卫星载波信号。图16基于方差比盲分离技术分离出的八号北斗卫星载波信号。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。本专利技术技术方案通过盲分离技术，采用倍频采样方法，通道序列化后利用欧拉公式建立盲分离矩阵卫星信号模型，利用子空间分离对卫星信号进行盲分离。参见图1，本专利技术的方法包括以下步骤：步骤1过程如下：S1.1如图2所示，接收机接收到的卫星信号模型为：其中，An为每个卫星C/A码的幅度，C(t)为C/A码，D(t)为导航数据码，本例中CA码频率为1.023MHz，fIF＝4.092MHz为中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于方差比盲分离的北斗卫星信号高精度捕获模型，其特征在于，所述模型通过盲分离技术，采用倍频采样方法，通道序列化后利用欧拉公式建立盲分离矩阵卫星信号模型，利用子空间分离对卫星信号进行盲分离，具体实现步骤如下：S1.采用倍频采样方式，将接收机接收的卫星信号转换为一个多通道输出的混叠正弦模型；S2.序列化卫星接收信号；S3.利用欧拉公式将倍频采样后的卫星载波信号模型hsat(j)展开为盲分离矩阵模型；S4.求解卫星载波信号的多普勒效应频率；S5.对卫星载波信号的初始相位进行求解；S6.确定卫星信号的幅值Asat。

【技术特征摘要】
1.一种基于方差比盲分离的北斗卫星信号高精度捕获模型，其特征在于，所述模型通过盲分离技术，采用倍频采样方法，通道序列化后利用欧拉公式建立盲分离矩阵卫星信号模型，利用子空间分离对卫星信号进行盲分离，具体实现步骤如下：S1.采用倍频采样方式，将接收机接收的卫星信号转换为一个多通道输出的混叠正弦模型；S2.序列化卫星接收信号；S3.利用欧拉公式将倍频采样后的卫星载波信号模型hsat(j)展开为盲分离矩阵模型；S4.求解卫星载波信号的多普勒效应频率；S5.对卫星载波信号的初始相位进行求解；S6.确定卫星信号的幅值Asat。2.根据权利要求1所述的基于方差比盲分离的北斗卫星信号高精度捕获模型，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：S1.1设卫星接收机接收到的信号模型为：其中，An为每个卫星C/A码的幅度，C(t)为C/A码，D(t)为导航数据码，fIF为中频载波频率，fn和θn,0为每个卫星信号的多普勒效应频率以及相位，该参数表征卫星的特征及卫星间的拓扑关系，n(t)为背景噪声；S1.2采集卫星信号后,通过倍频采样方式，将接收机接收到的卫星信号转换为多通道输出的混叠正弦形式：上式中，Psat(tkj)＝Csat(tkj)·Dsat(tkj),Fsat＝fIF+fsat；下标j＝1,2,…,M代表通道,时间下标k表示采样点；hsat(tkj)代表倍频采样后的卫星载波信号。3.根据权利要求1所述的基于方差比盲分离的北斗卫星信号高精度捕获模型，其特征在于，所述步骤S2序列化过程如下：S2.1只看某一采样点k时，S1所得方程可隐去采样点k坐标形式，化简为：上式中，下标j＝1,2,…,M代表通道；Psat为C/A码与导航电文码的乘积，由于倍频过采样，Psat与采样通道无关，可看作常量。S2.2假设同一时刻，通道之间的采样点呈等间距分布，则S2.1方程中的tj可写为：代...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宗泽，周凤，谢胜利，白玉磊，周郭许，黄婷婷，方乐由，梁奕念，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44