载波多普勒频率测量方法、装置、电子设备及存储介质

1.本发明涉及卫星导航信号处理技术领域，尤其涉及一种载波多普勒频率测量方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.卫星导航定位系统可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人沿着即定的路线，安全、准确地到达目的地。自从美国成功建立全球导航定位系统gps(global positioning system)以来，欧洲、俄罗斯、中国相继推出了自己的卫星导航定位系统，如galileo、glonss、北斗等。但gps目前依然是应用最为广泛的卫星导航定位系统。
3.用户使用卫星导航接收机来接收跟踪导航卫星信号，其中信号跟踪的目的有两个，一个是实现对卫星导航信号中伪码分量的跟踪，另一个是实现对载波分量的跟踪。载波跟踪的关键是要恢复出与载波同频的相干载波，典型的载波跟踪环是由一个频率或相位鉴别器、环路滤波器和载波nco(numerically controlled oscillator)组成。无论是锁频环fll(frequency locked loop)还是锁相环pll(phase locked loop)，它们的环路带宽都是固定的，当多普勒动态变化较大时无法实现频率的稳定跟踪，为此国内外学者对改进载波跟踪技术提出了诸多方法，对环路结构中的鉴频器和环路滤波器进行优化，以扩宽线性鉴频范围，减小鉴频误差。
4.现有技术中，基于模糊控制的gps高动态载波跟踪算法设计了一种基于锁频环和锁相环的混合载波跟踪环路，环路可根据噪声环境变化自动切换工作模式，改善了环路状态转换过程中出现的频率阶跃问题；基于fft的微弱gps信号频率精细估计用平方法和差分法分别构造新的相干累加变量作为fft运算的输入，提升了在弱信号下的频率牵引速率；还有些文献中将最大似然估计mle(maximum likelihood estimation)、扩展卡尔曼滤波ekf(extend kalman filter)、无迹卡尔曼滤波ukf(unscented kalman filter)和叉积自动频率控制cpafc(cross-product automatic frequency control)等自适应技术引入到载波跟踪算法，使载波跟踪环的噪声带宽根据不同的动态环境自动调节，不同程度上提高了环路的动态跟踪性能，但同时也增加了算法的复杂性。以上方法本质上都是在i、q支路上使用数学统计规律对状态量进行一定条件下的最优估计，具有硬件成本高，动态适应范围小的固有缺点；基于频率补偿的时延估计方法虽然给出了四种测量两路信号间频率差的方法，分别是频域互相关法，频域自相关法，时域互相关法，相位构造法，但是这几种方法针对的是单频信号的情况，对于卫星导航中使用的直接序列扩频信号却不适用。


技术实现要素：

5.本发明提供一种载波多普勒频率测量方法、装置、电子设备及存储介质用以解决现有技术中卫星跟踪存在硬件成本高、动态适应范围小，无法实现精准的载波跟踪的技术问题，本发明以实现提高载波跟踪精度、扩大动态适应范围、降低硬件成本，提升用户体验为目的。
6.第一方面，本发明提供一种载波多普勒频率测量方法，包括：
7.选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波；
8.对所述中频信号进行信号处理，确认信号处理后的中频信号为接收输入信号；对所述本地复制载波进行信号处理，确认信号处理后的载波信号为本地输入信号；
9.根据所述接收输入信号和所述本地输入信号计算获取到的时域相位谱，得到相位条纹，根据所述相位条纹得到所述中频信号的载波多普勒频率。
10.进一步，根据本发明提供的载波多普勒频率测量方法，所述根据所述接收输入信号和所述本地输入信号计算获取到的时域相位谱，得到相位条纹，根据所述相位条纹得到所述中频信号的载波多普勒频率，包括：
11.对所述接收输入信号和所述本地输入信号进行共轭相乘处理，得到共轭相乘处理后的信号；
12.根据所述共轭相乘处理后的信号确定出时域相位谱，对所述时域相位谱进行hough变换处理得到相位条纹；
13.根据所述相位条纹获取相位条纹斜率，根据所述相位条纹斜率得到所述接收输入信号与本地输入信号的频率差，确认出所述中频信号的载波多普勒频率。
14.进一步，根据本发明提供的载波多普勒频率测量方法，所述对所述接收输入信号和所述本地输入信号进行共轭相乘处理，得到共轭相乘处理后的信号，包括：
15.所述接收输入信号为：
[0016][0017]
所述本地输入信号为：
[0018][0019]
将所述接收输入信号和所述本地输入信号进行共轭相乘处理，得到共轭相乘处理后的信号为：
[0020][0021]
其中，表示所述本地输入信号的共轭信号，f
d,k
表示卫星k相对接收机的载波多普勒频率，f0表示中心频率，ts为采样间隔；θk表示载波相位差，n表示离散化后的标识。
[0022]
进一步，根据本发明提供的载波多普勒频率测量方法，所述根据所述共轭相乘处理后的信号确定出时域相位谱，对所述时域相位谱进行hough变换处理得到相位条纹，包括：
[0023]
根据所述共轭相乘处理后的信号进行时域相位谱计算，得到时域相位谱，对所述时域相位谱进行阈值去噪和hough变换处理，得到相位条纹；其中，所述时域相位谱为：
[0024][0025]
进一步，根据本发明提供的载波多普勒频率测量方法，所述根据所述相位条纹获
取相位条纹斜率，根据所述相位条纹斜率得到所述接收输入信号与本地输入信号的频率差，确认出所述中频信号的载波多普勒频率，包括：
[0026]
对所述相位条纹进行一元线性回归处理，得到相位条纹斜率；
[0027]
根据所述相位条纹斜率和预设阈值得到所述接收输入信号与本地输入信号的频率差，将所述频率差确定为所述中频信号的载波多普勒频率。
[0028]
进一步，根据本发明提供的载波多普勒频率测量方法，所述对所述中频信号进行信号处理，确认信号处理后的中频信号为接收输入信号，包括：
[0029]
对所述中频信号进行采样、平方检波、去直流、希尔伯特变换和取共轭处理，将得到的信号确认为接收输入信号。
[0030]
进一步，根据本发明提供的载波多普勒频率测量方法，所述对所述本地复制载波进行信号处理，确认信号处理后的载波信号为本地输入信号，包括：
[0031]
对所述本地复制载波进行平方检波、去直流并希尔伯特变换处理，将得到的信号确认为本地输入信号。
[0032]
第二方面，本发明还提供一种载波多普勒频率测量装置，包括：
[0033]
选取模块，用于选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波；
[0034]
处理模块，用于对所述中频信号进行信号处理，确认信号处理后的中频信号为接收输入信号；对所述本地复制载波进行信号处理，确认信号处理后的载波信号为本地输入信号；
[0035]
计算模块，用于根据所述接收输入信号和所述本地输入信号计算获取到的时域相位谱，得到相位条纹，根据所述相位条纹得到所述中频信号的载波多普勒频率。
[0036]
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述载波多普勒频率测量方法的步骤。
[0037]
第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述载波多普勒频率测量方法的步骤。
[0038]
第五方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现如上任一项所述载波多普勒频率测量方法的步骤。
[0039]
本发明提供一种载波多普勒频率测量方法、装置、电子设备及存储介质，所述方法包括：选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波，对所述中频信号进行信号处理，确认信号处理后的中频信号为接收输入信号；对所述本地复制载波进行信号处理，确认信号处理后的载波信号为本地输入信号，根据所述接收输入信号和所述本地输入信号计算获取到的时域相位谱，得到相位条纹，根据所述相位条纹得到所述中频信号的载波多普勒频率。本发明提供的载波多普勒频率测量方法具有良好的动态适应性，能够提高载波跟踪的精度，降低跟踪环路的硬件成本，提升用户体验。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]
图1是本发明提供的载波多普勒频率测量方法的流程示意图；
[0042]
图2是本发明提供的载波多普勒频率测量方法的原理示意图；
[0043]
图3是本发明提供的两路信号的时域相位谱；
[0044]
图4是本发明提供的相位条纹斜率的估计流程示意图；
[0045]
图5是本发明提供的hough变换的直线参数估计示意图之一；
[0046]
图6是现有技术中未进行houg变换的去噪前的示意图；
[0047]
图7是本发明提供的进行houg变换的去噪后的示意图；
[0048]
图8是本发明提供的仿真gps的时域相位谱示意图；
[0049]
图9是本发明提供的相位条纹的hough变换的仿真示意图；
[0050]
图10是本发明提供的相位条纹的一元线性回归的仿真示意图；
[0051]
图11是本发明提供的相位条纹法和二阶fll的载波多普勒测量误差的对比示意图；
[0052]
图12是本发明提供的相位条纹法和pll-fll法高动态信号的载波跟踪结果示意图；
[0053]
图13是本发明提供的相位条纹法和pll-fll法高动态信号载波跟踪误差的对比示意图；
[0054]
图14是本发明提供的载波多普勒频率测量装置的结构示意图；
[0055]
图15是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0056]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0057]
图1为本发明提供的载波多普勒频率测量方法的流程示意图，如图1所示，本发明提供的载波多普勒频率测量方法，具体包括以下步骤：
[0058]
步骤101：选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波。
[0059]
在本实施例中，需要选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波，其中，接收机可以是gps接收机，gps接收机对导航信号的跟踪主要是通过载波环和码环来完成的，跟踪环路复制出和卫星信号同步的载波以及伪码，从而实现载波剥离和信号解扩，得到导航电文的数据码。在跟踪信号的同时，接收机根据本地复制载波信号的参数获得卫星信号的多普勒频移和载波相位测量值，并根据复制伪码的参数获得该卫星信号的码相位和码伪距测量值。
[0060]
步骤102：对所述中频信号进行信号处理，确认信号处理后的中频信号为接收输入信号；对所述本地复制载波进行信号处理，确认信号处理后的载波信号为本地输入信号。
[0061]
在本实施例中，需要对选取的中频信号进行信号处理，将信号处理后的中频信号确认为接收输入信号，其中，对中频信号的信号处理可以包括采样、去直流、共轭、取相位、一元线性回归等处理，具体可见下述实施例，在此不作详细介绍。
[0062]
在本实施例中，需要对本地复制载波进行信号处理，确认信号处理后的载波信号为本地输入信号，其中，对本地复制载波的信号处理可以包括去直流、希尔伯特变换等处理，在此不作详细介绍。
[0063]
步骤103：根据所述接收输入信号和所述本地输入信号计算获取到的时域相位谱，得到相位条纹，根据所述相位条纹得到所述中频信号的载波多普勒频率。
[0064]
在本实施例中，需要根据步骤102确认的接收输入信号和本地输入信号计算获取时域相位谱，根据时域相位谱得到相位条纹，然后根据所述相位条纹得到中频信号的载波多普勒频率。
[0065]
需要说明的是，载波多普勒频率的计算是根据多普勒效应进行的，多普勒效应是指当伽马射线、光和无线电波等振动源与观测者以相对速度v相对运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。
[0066]
根据本发明提供的载波多普勒频率测量方法，选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波，对中频信号进行信号处理，确认信号处理后的中频信号为接收输入信号，对本地复制载波进行信号处理，确认信号处理后的载波信号为本地输入信号，根据接收输入信号和所述本地输入信号计算获取到的时域相位谱，得到相位条纹，根据相位条纹得到中频信号的载波多普勒频率。本发明提供的载波多普勒频率测量方法具有良好的动态适应性，能够提高载波跟踪的精度，降低跟踪环路的硬件成本，提升用户体验。
[0067]
基于上述任一实施例，在本实施例中，所述根据所述接收输入信号和所述本地输入信号计算获取到的时域相位谱，得到相位条纹，根据所述相位条纹得到所述中频信号的载波多普勒频率，包括：
[0068]
对所述接收输入信号和所述本地输入信号进行共轭相乘处理，得到共轭相乘处理后的信号；
[0069]
根据所述共轭相乘处理后的信号确定出时域相位谱，对所述时域相位谱进行hough变换处理得到相位条纹；
[0070]
根据所述相位条纹获取相位条纹斜率，根据所述相位条纹斜率得到所述接收输入信号与本地输入信号的频率差，确认出所述中频信号的载波多普勒频率。
[0071]
在本实施例中，需要对确定的接收输入信号和本地输入信号进行共轭相乘处理，根据共轭相乘处理后的信号确定出时域相位谱，对该时域相位谱进行hough变换处理得到相位条纹，然后根据得到的相位条纹获取相位条纹斜率，根据该相位条纹斜率得到接收输入信号与本地输入信号的频率差，将该频率差确定为中频信号的载波多普勒频率。其中，hough变换是一种能有效识别多根直线的数据处理方法，具体内容见下述实施例，在此不作详细介绍。
[0072]
在本实施例中，如图2所示，基于相位条纹的载波多普勒频率测量方法是利用时域
相位参数估计实现的，通过对输入的中频信号和本地产生的本地复制载波两路信号分别做希尔伯特变换，再计算时域互相关功率谱，最后通过测量时域相位条纹的斜率，得到信号的载波多普勒频率。
[0073]
根据本发明提供的载波多普勒频率测量方法，通过对接收输入信号和本地输入信号进行共轭相乘处理，得到共轭相乘处理后的信号，然后根据共轭相乘处理后的信号确定出时域相位谱，对时域相位谱进行hough变换处理得到相位条纹，根据相位条纹获取相位条纹斜率，根据相位条纹斜率得到所述接收输入信号与本地输入信号的频率差，确认出中频信号的载波多普勒频率，能够提高载波跟踪的精度，降低跟踪环路的硬件成本，提升用户体验。
[0074]
基于上述任一实施例，在本实施例中，所述对所述接收输入信号和所述本地输入信号进行共轭相乘处理，得到共轭相乘处理后的信号，包括：
[0075]
所述接收输入信号为：
[0076][0077]
所述本地输入信号为：
[0078][0079]
将所述接收输入信号和所述本地输入信号进行共轭相乘处理，得到共轭相乘处理后的信号为：
[0080][0081]
其中，表示所述本地输入信号的共轭信号，f
d,k
表示卫星k相对接收机的载波多普勒频率，f0表示中心频率，ts为采样间隔；θk表示载波相位差，n表示离散化后的标识。
[0082]
在本实施例中，需要对选取的中频信号和本地复制载波信号进行一定的处理，将确定的接收输入信号和本地输入信号进行共轭相乘处理，得到共轭相乘处理后的信号。
[0083]
其中，接收机载波跟踪环输入的中频信号为：
[0084][0085]
式中，v为卫星与接收机之间的相对速度，c为光速，f0为中心频率，ts为采样间隔，θ为初始相位。
[0086]
由于导航电文d是由值为
±
1的数据构成，采用平方检波的方法可剥离导航电文，得到载波平方信号如下：
[0087][0088]
滤除直流分量后的信号为：
[0089][0090]
式中，f
d,k
为卫星k相对接收机的载波多普勒频率，θk为载波相位差。现对其进行希尔伯特变换，表示成解析形式，有：
[0091][0092]
同理，得到本地载波nco输出信号的解析形式为：
[0093][0094]
两路解析信号共轭相乘，得：
[0095][0096]
根据本发明提供的载波多普勒频率测量方法，通过对接收输入信号和本地输入信号进行共轭相乘处理，得到共轭相乘处理后的信号，能够提高载波跟踪的精度，降低跟踪环路的硬件成本，提升用户体验。
[0097]
基于上述任一实施例，在本实施例中，所述根据所述共轭相乘处理后的信号确定出时域相位谱，对所述时域相位谱进行hough变换处理得到相位条纹，包括：
[0098]
根据所述共轭相乘处理后的信号进行时域相位谱计算，得到时域相位谱，对所述时域相位谱进行阈值去噪和hough变换处理，得到相位条纹；其中，所述时域相位谱为：
[0099][0100]
在本实施例中，根据上述实施例得到的共轭相乘处理后的信号，进行时域相位谱计算，得到如图3所示的时域相位谱，然后对该时域相位谱进行阈值去噪和hough变换处理，得到相位条纹。
[0101]
需要说明的是，在本实施例中，通过分析计算载波多普勒频率的时域相位谱，可以得到相位条纹斜率，再将条纹斜率除以4π即可得到载波多普勒频率，条纹截距除以2则可以得到载波相位差。由于时域相位谱具有多条纹周期性排列的特点，随着多普勒频率的改变，每条条纹的位置也在发生变化，因此先要识别出条纹中最清晰直线的位置，再对范围中单根条纹进行一元线性回归计算斜率。
[0102]
需要说明的是，hough变换是一种能有效识别多根直线的数据处理方法，其基本原理为将数据空间中以x，y为坐标轴的直线方程表达式，转变为以斜率a，截距b为坐标轴的直线方程表达式。在直角坐标系xoy中，相位条纹为一条直线，一条直线的方程表达式为y＝a
*
×
x b，在直线上任取一点(x0，y0)，对于该点直线方程可写成b＝-x0×
a y0，此时a，b为变量，定义aob坐标系为hough空间。若选取直线上若干点(xi，yi)，即可在hough空间中得到若干条直线方程b＝-xi×
a yi，那么所有直线都将交于点(a
*
，b
*
)。
[0103]
在本实施例中，如图5和图6所示，数据空间中的一点，对应hough空间中一条直线；数据空间中一条直线上的若干点，对应hough空间中交于同一点的若干条直线，交点(a，b)就是数据空间直线的斜率和截距参数。
[0104]
将时域相位谱方程写为极坐标形式有；
[0105][0106]
对此数据进行hough变换，检测到hough空间中的峰值点(θ0，ρ0)后，分别令得到方程组
[0107][0108]
解出ta,tb后，再令
[0109]
t
min
＝min{ta,tb}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0110]
t
max
＝max{ta,tb}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0111]
就可以得到单根直线所在的范围[t
min
,t
max
]。考虑到hough变换对直线位置的粗测存在hough空间最小分辨率的误差，因此单根直线的范围可能比真实的范围稍大，会导致临近的直线数据混入到本直线的范围内，对一元线性回归造成误差，因此选取直线的横坐标范围内前30％-70％的数据，舍弃两边有可能和其它直线混淆的区域。这样为接下来做直线拟合提供了相应的相位谱数据。
[0112]
根据本发明提供的载波多普勒频率测量方法，根据共轭相乘处理后的信号进行时域相位谱计算，得到时域相位谱，对时域相位谱进行阈值去噪和hough变换处理，得到相位条纹，能够提高载波跟踪的精度，降低跟踪环路的硬件成本，提升用户体验。
[0113]
基于上述任一实施例，在本实施例中，所述根据所述相位条纹获取相位条纹斜率，根据所述相位条纹斜率得到所述接收输入信号与本地输入信号的频率差，确认出所述中频信号的载波多普勒频率，包括：
[0114]
对所述相位条纹进行一元线性回归处理，得到相位条纹斜率；
[0115]
根据所述相位条纹斜率和预设阈值得到所述接收输入信号与本地输入信号的频率差，将所述频率差确定为所述中频信号的载波多普勒频率。
[0116]
在本实施例中，如图4所示，需要对得到的相位条纹进行阈值去噪、一元线性回归处理后得到相位条纹斜率，然后根据该相位条纹斜率和预设阈值得到接收输入信号与本地输入信号的频率差，将频率差确定为中频信号的载波多普勒频率。
[0117]
在本实施例中，由于相位谱数据是如图3所示的多个条纹重复的形式，不能直接用一元线性回归从整个采样时间段上提取斜率，必须先确定单个条纹所在的时间范围。本实施例中利用hough变换识别出数据中的直线，确定直线的位置后，对单根直线进行一元线性回归，从而提取出载波多普勒频率。
[0118]
需要说明的是，在本实施例中，假设预设阈值为4π，通过分析计算载波多普勒频率的时域相位谱，可以得到相位条纹斜率，再将条纹斜率除以4π即可得到载波多普勒频率，条纹截距除以2则可以得到载波相位差。由于时域相位谱具有多条纹周期性排列的特点，随着载波多普勒频率的改变，每条条纹的位置也在发生变化，需要先识别出条纹中最清晰直线的位置，再对范围中的单根条纹进行一元线性回归计算斜率。
[0119]
根据本发明提供的载波多普勒频率测量方法，通过对相位条纹进行一元线性回归处理，得到相位条纹斜率，根据相位条纹斜率和预设阈值得到接收输入信号与本地输入信号的频率差，将所述频率差确定为所述中频信号的载波多普勒频率。能够提高载波跟踪的精度，降低跟踪环路的硬件成本，提升用户体验。
[0120]
基于上述任一实施例，在本实施例中，所述对所述中频信号进行信号处理，确认信号处理后的中频信号为接收输入信号，包括：
[0121]
对所述中频信号进行采样、平方检波、去直流、希尔伯特变换和取共轭处理，将得到的信号确认为接收输入信号。
[0122]
在本实施例中，需要对选取的中频信号进行信号处理，包括对中频信号进行采样、平方检波、去直流、希尔伯特变换和取共轭处理，将信号处理后得到的信号确认为接收输入信号。其中，希尔伯特变换是指在数学与信号处理的领域中，一个实值函数的希尔伯特变换(hilbert transform)—在此标示为h—是将信号s(t)与1/(πt)做卷积，以得到s
′
(t)。希尔伯特变换结果s
′
(t)可以被解读为输入是s(t)的线性时不变系统(linear time invariant system)的输出，而此系统的脉冲响应为1/(πt)。
[0123]
根据本发明提供的载波多普勒频率测量方法，通过对中频信号进行采样、平方检波、去直流、希尔伯特变换和取共轭处理，将信号处理后得到的信号确认为接收输入信号，能够提高载波跟踪的精度，降低跟踪环路的硬件成本，提升用户体验。
[0124]
基于上述任一实施例，在本实施例中，所述对所述本地复制载波进行信号处理，确认信号处理后的载波信号为本地输入信号，包括：
[0125]
对所述本地复制载波进行平方检波、去直流并希尔伯特变换处理，将得到的信号确认为本地输入信号。
[0126]
在本实施例中，需要对本地复制载波进行信号处理，包括对本地复制载波进行平方检波、去直流并希尔伯特变换处理，将信号处理后得到的信号确认为本地输入信号。能够提高载波跟踪的精度，降低跟踪环路的硬件成本，提升用户体验。
[0127]
基于上述任一实施例，在本实施例中，提供了基于本发明提供的载波多普勒频率测量方法的仿真实验，以仿真生成的gps l1频点中频信号为测试对象，验证本发明的静态测量精度，设置接收信号的中频信号的载波频率为6.5mhz，采样率为28mhz，多普勒频率为200hz。仿真结果如图7到图10所示。
[0128]
图7为接收信号与本地复制载波信号的时域相位谱，可以看出条纹淹没在噪声中，图8为阈值去噪后的相位谱，相位条纹明显清晰了。图9为时域相位谱在分辨率为120
×
120的hough空间下的数据表征，沿ρ轴看有5个峰值，表示了相位谱中有5条直线，沿θ轴可以看出ρ的5个峰值基本对应同一个θ，这表示相位条纹的5条直线都具有相似的斜率。再根据θ和ρ的最大值从相位条纹中提取出最可靠的一段数据，然后对这部分相位点做一元线性回归，如图10所示，回归直线的斜率除以4π即为载波多普勒的测量结果。
[0129]
在不同载噪比情况下分别进行1000次蒙特卡罗仿真，并将多普勒频率测量误差于环路带宽为30hz的2阶fll鉴频误差进行对比，仿真结果如图11所示，可以看出相位条纹法在低载噪比时鉴频精度具有明显优势。当载噪比为32db-hz时，载波多普勒频率的测量误差为13.42hz，相对二阶锁频环精度提高了约31％。随着载噪比的提高，相位条纹算法的鉴频精度与锁相环逐步接近。
[0130]
为了验证相位条纹法的动态适应性，根据美国喷气推进实验室(jpl)的高动态模型设置接收机与卫星的相对运动状态。设初始速度为100m/s，在0—0.5s有-25g的恒定加速度，然后在0.5—1s引入100g/s的加加速度，输入信号载噪比设置为44db-hz。传统pll-fll算法和本发明的相位条纹法对高动态模型的载波多普勒频率测量结果如图12所示，可以看
出相位条纹法能精确跟踪载波多普勒，其跟踪误差如图13所示，对比环路带宽为60hz的传统pll-fll算法，相位条纹算法的鉴频误差更小，尤其是在0.5—1s即使有较大的加加速度它的误差也不会有明显增大；另外可以看出相位条纹法的频率跟踪误差在0—0.4s逐渐减小，0.4—0.7s又逐渐增大，表现出与多普勒频率呈正比关系的特性。
[0131]
根据本发明提供的基于相位条纹的载波多普勒频率测量方法，采用该方法对gps接收机在不同运动状态下的载波跟踪进行了分析，研究结果表明：
[0132]
1、本发明提供的相位条纹算法的跟踪精度高，在32db-hz的低载噪比环境下，对静态信号载波多普勒频率的跟踪精度比二阶锁频环的跟踪精度提高了约31％。
[0133]
2、本发明提供的相位条纹算法的动态适应性优良，在载噪比为44db-hz的环境下，可实现对jpl高动态模型的载波跟踪。且应对加加速度时，跟踪精度比传统pll-fll方法具有明显优势，误差减小了约50％。
[0134]
3、本发明提供的相位条纹算法可简化接收机跟踪环路的设计，降低跟踪环路的硬件成本。
[0135]
图14为本发明提供的载波多普勒频率测量方法，如图14所示，本发明提供的载波多普勒频率测量装置，包括：
[0136]
选取模块1401，用于选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波；
[0137]
处理模块1402，用于对所述中频信号进行信号处理，确认信号处理后的中频信号为接收输入信号；对所述本地复制载波进行信号处理，确认信号处理后的载波信号为本地输入信号；
[0138]
计算模块1403，用于根据所述接收输入信号和所述本地输入信号计算获取到的时域相位谱，得到相位条纹，根据所述相位条纹得到所述中频信号的载波多普勒频率。
[0139]
根据本发明提供的载波多普勒频率测量装置，选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波，对中频信号进行信号处理，确认信号处理后的中频信号为接收输入信号，对本地复制载波进行信号处理，确认信号处理后的载波信号为本地输入信号，根据接收输入信号和所述本地输入信号计算获取到的时域相位谱，得到相位条纹，根据相位条纹得到中频信号的载波多普勒频率。本发明提供的载波多普勒频率测量装置具有良好的动态适应性，能够提高载波跟踪的精度，降低跟踪环路的硬件成本，提升用户体验。
[0140]
由于本发明实施例所述装置与上述实施例所述方法的原理相同，对于更加详细的解释内容在此不再赘述。
[0141]
图15为本发明实施例中提供的电子设备实体结构示意图，如图15所示，本发明提供一种电子设备，包括：处理器(processor)1501、存储器(memory)1502和总线1503；
[0142]
其中，处理器1501、存储器1502通过总线1503完成相互间的通信；
[0143]
处理器1501用于调用存储器1502中的程序指令，以执行上述各方法实施例中所提供的方法，例如包括：选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波；对所述中频信号进行信号处理，确认信号处理后的中频信号为接收输入信号；对所述本地复制载波进行信号处理，确认信号处理后的载波信号为本地输入信号；根据所述接收输入信号和所述本地输入信号计算获取到的时域相位谱，得到相位条
纹，根据所述相位条纹得到所述中频信号的载波多普勒频率。
[0144]
此外，上述的存储器1503中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0145]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的方法，该方法包括：选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波；对所述中频信号进行信号处理，确认信号处理后的中频信号为接收输入信号；对所述本地复制载波进行信号处理，确认信号处理后的载波信号为本地输入信号；根据所述接收输入信号和所述本地输入信号计算获取到的时域相位谱，得到相位条纹，根据所述相位条纹得到所述中频信号的载波多普勒频率。
[0146]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的方法，该方法包括：选取接收机射频前端下变频的中频信号，以及跟踪环路进入稳定跟踪状态后的本地复制载波；对所述中频信号进行信号处理，确认信号处理后的中频信号为接收输入信号；对所述本地复制载波进行信号处理，确认信号处理后的载波信号为本地输入信号；根据所述接收输入信号和所述本地输入信号计算获取到的时域相位谱，得到相位条纹，根据所述相位条纹得到所述中频信号的载波多普勒频率。
[0147]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0148]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0149]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。