一种GPS互相关消除方法技术

本发明专利技术公开了一种GPS互相关消除方法，利用已知参考信息中提供的可用信息在捕获弱信号的过程中，通过公式

【技术实现步骤摘要】
一种GPS互相关消除方法
本专利技术涉及一种消除方法，特别是一种GPS互相关消除方法。
技术介绍
在捕获弱信号时，由于强弱信号之间的多普勒频差和能量差引起的互相关干扰已成为制约其能否捕获的重要因素。常用消除GPS互相关的方法有：(1)Q路滤波法——利用强信号跟踪阶段的Q路信号特性滤除互相关干扰。在一般的接收机中，跟踪环路大多使用锁相环对载波相位进行连续跟踪，如果信号强度比较大时，锁相环的鉴相器呈线性，跟踪的精度很高。如果在强信号跟踪阶段直接使用强信号Q路基带信号对其他信号微弱的卫星进行捕获(相当于用Q路基带信号代替弱信号的CA码)，由于跟踪锁定阶段卫星信号的能量主要集中在I路，Q路中信号强的卫星的能量很小，所以可以消除互相关干扰。(2)预测弱信号法——通过捕获和跟踪得到的强信号及其它信息(卫星星历)，预测最有可能被接收到的弱信号。接着对混合数字中频信号中的弱信号进行捕获，计算强弱信号的互相关值，计算多普勒频移和码相位偏差导致的互相关衰减因子，计算强信号幅度与互相关的乘积得到强信号的干扰值。最后从混合信号中去除强信号的干扰以提取弱信号。这种方法不会造成弱信号强度的变化。(3)基于频差因子的互相关减轻算法——常用的互相关减轻算法都是估计出干扰强信号，然后把他们从接收信号中减去。但在一般情况下，GPS接收机接收信号的量化位数不超过2bit，如果直接从接收信号中减去，精度会很低，难以实现消除干扰强信号的目的。但是，可以对强信号进行估计后与被期望弱信号的CA码进行相关，得到强弱信号相关值并存储，并从接收信号与被期望弱信号的自相关值中将强弱信号互相关值减去，这样就不存在量化位数引起的问题，可以达到消除互相关的目的。如果对于干扰强信号与被期望弱信号互相关值进行准确估计，那么在减去互相关值后，将有效消除互相关，得到较好的效果。(4)子空间投影法是一种设计信号检测器的技术，这种信号检测器可以消除任何互相关干扰。在这种技术中，接收到的信号被看作是由一些基本向量构成的，则y＝x+b+v，x＝Hθ，b＝Sφ。式中：y为信号；x为想要捕获的卫星信号；b为结构性噪声；v为高斯白噪声；x为由矩阵H的列向量构成；b为由矩阵S的列向量构成的。通过投影寻找一个向量可以分解到H子空间，但是不被包含在S子空间，也就是先找到一个和S子空间垂直空间，然后将H向量投影到这个垂直空间。算法(1)消除互相关后的自相关峰峰值只有原来的1/2，所以SNR会减小3dB左右。该算法实现起来需要两个通道信息的互传，对该算法没有仿真出来，具体性能未知。算法(2)预测弱信号法是从专利上看到的方法，这个算法需要估计的参数从公式上看的话有十几个，而且运算步骤复杂，实现起来也比较困难。算法(4)的运算量巨大，消耗资源多，受时间和复杂度影响未能仿真成功。算法(3)虽然优势明显，然而其仍然有优化的空间。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种GPS互相关消除方法，提高互相关消除效果。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种GPS互相关消除方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一：捕获强信号、跟踪强信号，并计算干扰强信号的多普勒频率和码相位，捕获弱信号并计算强弱信号的多普勒频差；步骤二：判断干扰强信号和弱信号频差因子的绝对值是否属于[n*1kHz-△dopHz，n*1kHz+△dopHz)，其中n＝0……8，9，10，若属于则执行步骤三，否则直接执行步骤四；步骤三：计算干扰强信号和期望弱信号的互相关值；步骤四：计算期望弱信号的自相关值；步骤五：判断干扰强信号和弱信号频差因子的绝对值是否属于[n*1kHz-△dopHz，n*1kHz+△dopHz)，其中n＝0……8，9，10，若属于则执行步骤六，否则直接执行步骤七；步骤六：互相关消除，将弱信号的自相关值减去强弱信号的互相关值；步骤七：检测判决是否捕获，根据捕获门限进行判决，若捕获成功则开始跟踪。进一步地，所述步骤一中，强信号由跟踪程序获取，弱信号由星历信息获取。进一步地，所述步骤二判断干扰强信号是否存在的过程为强弱信号的dop频差位于主瓣的宽度范围内时，就认为互相关的影响是存在的。进一步地，所述步骤三中计算干扰强信号和期望弱信号的互相关值的过程为若接收GPS信号码之一具有下标q，则此信号与对应信号k的本地CA码的乘积为：其中，Aq为信号幅度，mq为信号中的导航数据，并假设其在积分周期T(T<＝20ms)上不变化，φq为信号的载波相位，Rq为码多普勒，Pq为信号的PRN码，d为信号码片延迟，s为本地码码片延迟，△fq为载波多普勒频差，即△fq＝dopstrong-dopweak；若忽略码片速率上的多普勒效应，则F帧的积分时间产生下列关系：其中Pq和Pk具有帧周期为Tf的(Tf＝1ms)周期性，T＝F*Tf，F<20；对上式进行进一步推导，得到相干积分累加中互相关的精确计算方法如下：在公式(3)中表示互相关强度和多普勒频差之间的关系，F表示相干积分的ms数；若多普勒频差为0，则增益是F，表示有F帧的数据叠加而没有损失；因此增益的归一化公式如下：公式(4)和已知的sinc(x)＝sin(x)/x函数类似，特别地当F取很大值的时候，公式(4)和相干积分的ms数F以及多普勒频差△fq有关。进一步地，所述步骤四中计算期望弱信号的自相关值的过程为假设接收信号由强弱两信号构成，分别用q和k表示，强弱信号的多普勒频率分别用fq和fk表示，计算弱信号的自相关公式如下：上式中第一项是强弱信号的互相关值，第二项是弱信号的自相关值。进一步地，所述步骤六中将弱信号的自相关值减去强弱信号的互相关值过程为对接收信号先做强信号多普勒频率的下变频，再做多普勒频差的下变频，最后再和弱信号的CA码进行相关，具体实现公式如下本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：本专利技术对现有技术的方法进行优化，互相关消除的效果比较明显，缩减捕获的时间，也不会带来相关峰的较大损耗。附图说明图1是本专利技术的一种GPS互相关消除方法的流程图。图2是本专利技术的多普勒频差的互相关增益曲线图(F＝10)。图3是本专利技术的多普勒频差的互相关增益曲线图的局部放大图。图4是本专利技术的主瓣宽度与强弱信号的能量差有关的归纳表格。具体实施方式下面结合附图并通过实施例对本专利技术作进一步的详细说明，以下实施例是对本专利技术的解释而本专利技术并不局限于以下实施例。如图1所示，本专利技术的一种GPS互相关消除方法，包含以下步骤：步骤一：捕获强信号、跟踪强信号，并计算干扰强信号的多普勒频率和码相位，捕获弱信号并计算强弱信号的多普勒频差；强信号由跟踪程序获取，弱信号由星历信息获取。步骤二：判断干扰强信号和弱信号频差因子的绝对值是否属于[n*1kHz-△dopHz，n*1kHz+△dopHz)，其中n＝0……8，9，10，若属于则执行步骤三，否则直接执行步骤四；强弱信号的dop频差位于主瓣的宽度范围内时，就认为互相关的影响是存在的。由图2可以看出仅在多普勒频差为0，±1kHz,±2kHz……也就是1kHz整数倍的附近，互相关才有影响。其影响的范围和增益曲线的”主瓣”宽度有关，与F成反比关系。具体关系由图3的局部放大可见：当F＝10时，”主瓣”宽度大约是80Hz；当F＝5时，”主瓣”宽度大约是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GPS互相关消除方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一：捕获强信号、跟踪强信号，并计算干扰强信号的多普勒频率和码相位，捕获弱信号并计算强弱信号的多普勒频差；步骤二：判断干扰强信号和弱信号频差因子的绝对值是否属于[n*1kHz‑△dop Hz，n*1kHz+△dop Hz)，其中n＝0……8，9，10，若属于则执行步骤三，否则直接执行步骤四；步骤三：计算干扰强信号和期望弱信号的互相关值；步骤四：计算期望弱信号的自相关值；步骤五：判断干扰强信号和弱信号频差因子的绝对值是否属于[n*1kHz‑△dop Hz，n*1kHz+△dop Hz)，其中n＝0……8，9，10，若属于则执行步骤六，否则直接执行步骤七；步骤六：互相关消除，将弱信号的自相关值减去强弱信号的互相关值；步骤七：检测判决是否捕获，根据捕获门限进行判决，若捕获成功则开始跟踪。

【技术特征摘要】
1.一种GPS互相关消除方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一：捕获强信号、跟踪强信号，并计算干扰强信号的多普勒频率和码相位，捕获弱信号并计算强弱信号的多普勒频差；步骤二：判断干扰强信号和弱信号频差因子的绝对值是否属于[n*1kHz-△dopHz，n*1kHz+△dopHz)，其中n＝0……8，9，10，若属于则执行步骤三，否则直接执行步骤四；步骤三：计算干扰强信号和期望弱信号的互相关值；步骤四：计算期望弱信号的自相关值；步骤五：判断干扰强信号和弱信号频差因子的绝对值是否属于[n*1kHz-△dopHz，n*1kHz+△dopHz)，其中n＝0……8，9，10，若属于则执行步骤六，否则直接执行步骤七；步骤六：互相关消除，将弱信号的自相关值减去强弱信号的互相关值；步骤七：检测判决是否捕获，根据捕获门限进行判决，若捕获成功则开始跟踪。2.按照权利要求1所述的一种GPS互相关消除方法，其特征在于：所述步骤一中，强信号由跟踪程序获取，弱信号由星历信息获取。3.按照权利要求1所述的一种GPS互相关消除方法，其特征在于：所述步骤二判断干扰强信号是否存在的过程为强弱信号的dop频差位于主瓣的宽度范围内时，就认为互相关的影响是存在的。4.按照权利要求1所述的一种GPS互相关消除方法，其特征在于：所述步骤三中计算干扰强信号和期望弱信号的互相关值的过程为若接收GPS信号码之一具有下标q，则此信号与对应信号k的本地CA码的乘积为：其中，Aq为信号幅度，mq为信号中的导航数据，...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄文学，
申请(专利权)人：南京铁道职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32