[发明专利]开环GNSS信号载波跟踪方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航定位系统，尤其涉及在高灵敏度接收机中跟踪微弱卫星信号或者强度快变信号的开环GNSS信号载波跟踪方法和系统。

背景技术

GNSS（全球导航卫星系统）接收机接收开阔环境中正常强度的卫星信号，然后对信号进行捕获、跟踪和解调。卫星信号由载波、伪码和导航电文组成，由于卫星与接收机的相对运动，接收机端接收到的卫星信号的载波频率与卫星发送信号的标称频率会有区别，即存在多普勒效应。由于多普勒效应的存在，伪码相位也会发生变化。接收机进行跟踪就是为实现载波多普勒频率的估计以及码相位偏移的估计，从而调整载波发生器与伪码发生器。传统的GNSS接收机中载波多普勒频率以及码相位偏移利用闭环跟踪系统通过反馈方式实现跟踪。

然而在卫星信号强度较弱的情况下，为了实现对卫星信号的跟踪，需要加长积分时间，降低环路更新频率。环路噪声带宽Bn与积分时间T的乘积应满足Bn*T<0.5，因此在积分时间T增大时最大环路噪声带宽Bn必须减小，此时环路很难保证稳定并且当环路噪声带宽减小后跟踪动态下降，此外噪声带宽减小后晶振相位抖动造成的影响会急剧上升。当在城市环境中，信号由于建筑遮挡等原因会出现信号强度快速变化的现象，此种环境下闭环跟踪系统也不能很好的跟踪卫星信号。

鉴于闭环跟踪系统在上述情况下的不适用，部分接收机开始使用开环快速傅里叶变换（FFT）跟踪方法，该方法直接利用当前多对I/Q积分值的平方进行FFT变换，从而得到载波多普勒残余，在得到载波多普勒残余之后将其补偿到载波发生器中使载波发生器产生的本地载波与接收信号的载波频率同步。该方法避免了闭环系统的不稳定性，同时又具有加长积分时间带来的增益，能够较好解决上述问题。

虽然基于FFT变换可获得较精确的频率估计值，然而直接在硬件系统中进行FFT变换相当耗费资源，而且使用不灵活且是属于计算密集型。公告号为CN100399044C的中国专利提供了一种基于信道化滤波器的开环跟踪GPS信号的方法，虽然较传统的开环FFT跟踪方法更为灵活，但却无法达到开环FFT跟踪方法的精度，且由于未对I/Q积分值进行平方操作，在进行累加积分时必须将I/Q限制在一个数据比特之内，导致灵敏度难以进一步提高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明基于开环快速傅里叶变换（FFT）跟踪法，提供了一种资源优化的开环GNSS信号载波跟踪方法和系统。

本发明的基本思想为：

传统的开环快速傅里叶变换（FFT）跟踪法会计算所有频点的傅里叶变换值，但是实际应用中可能仅需少数频点的傅里叶变化值；在动态不是很大的情况下（即行人导航和市区内车辆导航情况下），残余载波多普勒频率不会发生突变，因此在进行频谱分析时只有零频附近的频率谱线有意义，其余频率点均可看作噪声谱线。基于这种思想，本发明采用仅对特定频点进行傅里叶变换来替代传统的开环快速傅里叶变换（FFT）跟踪法，在不降低跟踪性能的前提下可大大节省硬件资源的使用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一、资源优化的开环GNSS信号载波跟踪方法，包括：对接收机接收的GNSS信号进行载波剥离和伪码相关获得I/Q积分值序列，I表示对GNSS信号采样得到的中频同相信号，Q表示对GNSS信号采样得到的中频正交信号；根据I/Q积分值序列获得两组GNSS信号参数估计值，并基于两组GNSS信号参数估计值调整载波发生器和伪码发生器。

上述两组GNSS信号参数估计值为载波多普勒频率残余估计值和伪码相位误差估计值。

所述的载波多普勒频率残余估计值通过对特定频点进行离散傅里叶变换得到，所述的特定频点数量为不小于3的奇数，序号k=1的频点为特定频点之一，除序号k=1的频点外，其他特定频点两个一组满足条件：同组内的特定频点序号与的差值的绝对值相等，N为离散傅里叶变换点数，根据灵敏度要求可选择不同数值。

作为优选：在对特定频点进行离散傅里叶变换之前，对I/Q积分值序列进行平方。

作为优选：对特定频点进行离散傅里叶变换时，对离散傅里叶变换进行加窗处理。

二、资源优化的开环GNSS信号载波跟踪系统，包括：

基带相关器通道，用来对接收机接收的GNSS信号进行载波剥离和伪码相关获得I/Q积分值序列；

频谱分析模块，用来对同一码相位延时的I/Q积分值序列进行离散傅里叶变换获得载波多普勒频率残余估计值；

码误差鉴定模块，用来基于超前码I/Q积分值和滞后码I/Q积分值获得伪码相位误差估计值；