低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获方法、装置及系统与流程

1.本发明涉及卫星导航领域，具体的涉及一种低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获方法、装置及系统。


背景技术：

2.近年来，低轨卫星系统蓬勃发展，低轨卫星由于轨道高度低，信号路径衰减小，信号落地功率高，若利用低轨卫星系统进行导航增强，可以很好的提升现有卫星导航系统的性能。但是低轨卫星导航系统具有卫星数量多、卫星运动速度快的特点，给低轨卫星导航信号的捕获带来了极高的计算复杂度。
3.传统的卫星导航信号采用bpsk(binary phase shift keying)、boc(binary offset carrier)等信号调制体制，上述信号体制在捕获过程中，载波频偏会导致相关损耗，因此需要对载波多普勒进行密集的频率搜索，从而消除载波模糊度，低轨卫星运动速度相比于中高轨道卫星高出约10倍，其多普勒搜索空间也高出约10倍，同时低轨卫星星座的规模也远高于中高轨卫星系统，因此所需要搜索的卫星的数量也远高于中高轨卫星，这就造成了捕获计算量被成倍的放大，导致用户机捕获信号的效率低、耗时长。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获方法、装置及系统，能够解决低轨卫星导航信号的捕获计算复杂度高的问题。
5.根据本发明第一方面实施例的低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.卫星载荷阶段：
7.生成卫星对应的扩频码，不同卫星对应扩频码的序列和周期不同；
8.根据扩频码对导航电文进行扩频调制，生成导航信号；
9.将所述导航信号播发出去；
10.用户机阶段：
11.接收来自不同卫星同时到达的导航信号；
12.对接收到的导航信号做延迟自相关得到相关峰；
13.根据所述相关峰的间隔和不同卫星对应扩频码的周期，判断出当前捕获到的卫星号；
14.生成不同卫星的扩频码；
15.根据当前捕获到的卫星的扩频码对导航信号进行精捕获、跟踪和解调。
16.根据本发明第一方面实施例的低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获方法，至少具有如下技术效果：本发明实施方式通过不同卫星播发采用不同序列和不同周期的扩频码生成的导航信号，用户机对接收到的导航信号进行延迟自相关，通过相关峰的间隔即可判断
当前需要捕获的卫星号，既不用对所有卫星依次进行捕获，也不用对载波多普勒进行搜索，提高了用户机捕获效率，节省了捕获时间。
17.根据本发明的一些实施例，所述扩频码采用gold码。
18.根据本发明的一些实施例，所述卫星载荷阶段中不同扩频码之间的周期间隔相同。
19.根据本发明的一些实施例，所述卫星载荷阶段中不同扩频码之间的周期间隔相同。
20.根据本发明的一些实施例，所述卫星载荷阶段中不同扩频码之间的周期相差不低于3个码片。
21.根据本发明的一些实施例，所述用户机阶段中接收的导航信号为当前用户机可视的卫星发出的导航信号的叠加。
22.根据本发明第二方面实施例的低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获装置，其特征在于，包括：扩频码生成模块，所述扩频码生成模块用于生成不同卫星对应的扩频码；
23.导航信号生成模块，所述导航信号生成模块与所述扩频码生成模块相连以用于根据扩频码对导航电文进行扩频调制，生成导航信号；
24.导航信号发送模块，所述导航信号发送模块与所述导航信号生成模块相连以用于播发所述导航信号；
25.导航信号接收模块，所述导航信号接收模块用于接收所述导航信号；
26.延迟自相关模块，所述延迟自相关模块与所述导航信号接收模块相连以用于对所述导航信号做延迟自相关得到相关值；
27.卫星号判决模块，所述卫星号判决模块与所述延迟自相关模块相连以用于根据所述相关峰的间隔和不同卫星扩频码的周期判断出当前捕获到的卫星号；
28.第二扩频码生成模块，所述第二扩频码生成模块与所述卫星号判决模块相连用于生成捕获到的卫星对应的扩频码；
29.导航信号处理模块，所述导航信号处理模块与所述第二扩频码生成模块相连以用于根据当前捕获到的卫星的扩频码对导航信号进行精捕获、跟踪和解调。
30.根据本发明第二方面实施例的低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获装置，至少具有如下技术效果：本发明实施方式通过不同卫星播发采用不同序列和不同周期的扩频码生成的导航信号，用户机对接收到的导航信号进行延迟自相关，通过相关峰的间隔即可判断当前需要捕获的卫星号，既不用对所有卫星依次进行捕获，也不用对载波多普勒进行搜索，提高了用户机捕获效率，节省了捕获时间。
31.根据本发明第三方面实施例的低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获系统，其特征在于，包括：包括卫星载荷和用户机，所述卫星载荷包括扩频码生成模块、导航信号生成模块和导航信号发送模块；所述用户机包括导航信号接收模块、延迟自相关模块、卫星号判决模块、第二扩频码生成模块和导航信号处理模块。
32.根据本发明第三方面实施例的低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获系统，至少具有如下技术效果：本发明实施方式通过不同卫星播发采用不同序列和不同周期的扩频码生成的导航信号，用户机对接收到的导航信号进行延迟自相关，通过相关峰的间隔即可判断当前需要捕获的卫星号，既不用对所有卫星依次进行捕获，也不用对载波多普勒进行搜索，
提高了用户机捕获效率，节省了捕获时间。
33.根据本发明第四方面实施例的计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序时实现上述的低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获方法。
34.根据本发明第四方面实施例的低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获系统，至少具有如下技术效果：本发明实施方式通过不同卫星播发采用不同序列和不同周期的扩频码生成的导航信号，用户机对接收到的导航信号进行延迟自相关，通过相关峰的间隔即可判断当前需要捕获的卫星号，既不用对所有卫星依次进行捕获，也不用对载波多普勒进行搜索，提高了用户机捕获效率，节省了捕获时间。
35.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
36.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
37.图1为本发明实施例中低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获方法的应用场景图；
38.图2为本发明实施例中低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获方法的流程示意图；
39.图3为本发明实施例中低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获方法的不同卫星扩频码的结构示意图；
40.图4为本发明实施例中低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获方法的延迟自相关的相关峰示意图；
41.图5为本发明实施例中低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获装置的原理框图；
42.图6为本发明实施例中适用于低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获系统的原理框图。
具体实施方式
43.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
44.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
45.本发明实施例涉及一种低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获方法，应用于图1所示的环境中，参考图2，包括卫星载荷阶段和用户机阶段。
46.卫星载荷阶段：
47.s100、卫星载荷生成扩频码，不同卫星采用的扩频码的序列不同，也就是不同卫星生成扩频码的初相和多项式不同，并且周期相差一定的码片数量。周期相差可以是5个码片或者其他不低于3的码片数，因为3个码片以内相关峰容易发生混叠看不出来，为了使性能达到最佳，周期间隔需保持一致，性能最佳指的是捕获时的检测算法最简单，间隔不一致会
增加检测算法的复杂度。参考图3，本发明实例中的四颗卫星发送的扩频码序列均采用初相和多项式不同的gold序列，序列分别为pn1、pn2、pn3和pn4，对应的周期分别为t1、t2、t3和t4。当然，卫星数不限制为四颗，可以是数十颗甚至上百颗；扩频码也不限制为gold码，还可以是m序列或者其他伪随机序列。
48.s200、卫星载荷用相应的扩频码对预设的导航电文信息进行扩频调制，生成导航信号，不同卫星的导航信号不同。
49.s300、卫星载荷将导航信号播发出去。
50.用户机阶段：
51.s400、用户机接收来自不同卫星同时到达的导航信号，该导航信号是当前用户机可视的卫星发出的导航信号的叠加。
52.s500、用户机对接收到的导航信号做延迟自相关，得到相关峰。具体步骤为用户机利用相隔一定距离的两段重复序列之间的相关性，对接收到的导航信号做延迟自相关。本发明实施例中采用的相干积分时间为t1，对2*t1长度的导航信号进行相关峰搜索，得到的相关峰如图4所示，由于不同卫星的扩频码周期不同，因此除了零点的最大的相关峰之外，还会出现若干个相关次峰。当然，相关积分时长、搜索的导航信号长度和相关峰的门限值可以根据实际情况进行优化设置。
53.s600、用户机根据相关峰的间隔和不同卫星扩频码的周期，判断出当前捕获到的卫星号；具体步骤为将搜索得到的相关峰的间隔与不同卫星扩频码的周期进行对比，与相关峰的间隔相等的扩频码的周期所对应的卫星即为当前捕获到的卫星。参考图4，本发明实例中得到的相关峰间隔为t1、t2、t3和t4，分别于卫星1、卫星2、卫星3和卫星4对应，因此当前捕获到的卫星号为1、2、3和4。
54.s700、用户机生成不同卫星的扩频码，不同卫星采用的扩频码的序列不同，并且周期相差一定的码片数量。
55.s800、用户机根据当前捕获到的卫星的扩频码对导航信号进行精捕获、跟踪和解调。详细步骤为用户机根据步骤s600得到的卫星号，从步骤s700中生成的扩频码中选出相应的扩频码，用这些扩频码进行进一步的精捕获、跟踪和解调。
56.参考图5，本发明还涉及一种低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获装置，包括：扩频码生成模块110、导航信号生成模块120、导航信号发送模块130、导航信号接收模块210、延迟自相关模块220、卫星号判决模块230、第二扩频码生成模块240和导航信号处理模块250。其中扩频码生成模块110用于生成不同卫星对应的扩频码，导航信号生成模块120与扩频码生成模块110相连以用于根据扩频码对导航电文进行扩频调制，生成导航信号；导航信号发送模块130与导航信号生成模块120相连以用于播发导航信号；导航信号接收模块210用于接收导航信号；延迟自相关模块220与导航信号接收模块210相连以用于对导航信号做延迟自相关得到相关值；卫星号判决模块230与延迟自相关模块220相连以用于根据相关峰的间隔和不同卫星扩频码的周期判断出当前捕获到的卫星号；第二扩频码生成模块240与卫星号判决模块230相连以用于生成捕获到的卫星的扩频码，导航信号处理模块250与卫星号判决模块230相连以用于根据当前捕获到的卫星的扩频码对导航信号进行精捕获、跟踪和解调。
57.参考图6，本发明实施例还涉及一种低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获系统，包
括：包括卫星载荷100和用户机200，卫星载荷包括扩频码生成模块110、导航信号生成模块120和导航信号发送模块130；用户机包括导航信号接收模块210、延迟自相关模块220、卫星号判决模块230第二扩频码生成模块240和导航信号处理模块250。
58.本发明还涉及一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述的低轨卫星导航信号的延迟自相关捕获方法。
59.综上所述，本发明实施例通过不同卫星播发采用不同序列和不同周期的扩频码生成的导航信号，用户机对接收到的导航信号进行延迟自相关，通过相关峰的间隔即可判断当前需要捕获的卫星号，既不用对所有卫星依次进行捕获，也不用对载波多普勒进行搜索，提高了用户机捕获效率，节省了捕获时间。
60.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。