[发明专利]一种基于CSAC的高灵敏度GNSS接收机及重捕获实现方法

说明书

本发明提供一种基于CSAC的高灵敏度GNSS接收机及重捕获实现方法，包括如下：CSAC时钟模块提供基准信号；天线接收射频信号；射频前端，基于基准信号，对射频信号进行处理，输出数字IF信号；常规基带处理模块，对数字IF信号捕获、跟踪、电文解调及载噪比估计；当载噪比估计的结果大于预定的阈值时，由常规基带处理模块执行捕获和跟踪，否则进入高灵敏度工作模式，由高灵敏度跟踪与捕获模块来执行；高灵敏跟踪与重捕获模块对射频前端输出的数字IF信息进行处理，实现高灵敏度的捕获和跟踪；导航解算与辅助参数计算模块用于为高灵敏度的捕获和跟踪提供所需的本地码相位估计值和载波频率估计值；本发明GNSS接收机的灵敏度和动态性能具有显著提高。

技术领域

本发明属于导航定位技术领域，具体涉及一种基于CSAC的高灵敏度GNSS接收机及重捕获实现方法，适用于室内及城市峡谷等微弱GNSS信号环境下的行人、车辆和飞行器导航定位。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS)包括美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的BDS，以及其他相关的增强系统。由于具有全球连续覆盖、定位精度高、快速、全天候观测、操作简便等技术优点，GNSS已被广泛应用于航空、航天、陆地、海洋等用户的三维导航、定位和定时服务。

作为一种无线电导航定位系统，GNSS正常工作的关键在于信号传播时间的精确测量。在GNSS接收机中，信号传播时间的测量是通过本地信号和接收信号的同步来实现的，按照由粗到细的操作步骤，对应信号的捕获和跟踪两个相继过程。捕获是信号的粗同步，其目的是估计可见卫星及其多普勒频移、码相位等信号粗略参数；而跟踪则是信号的精同步过程。GNSS接收机的灵敏度、鲁棒性和连续性主要取决于这两个重要的基带处理过程。随着导航、定位服务需求的增加，GNSS逐渐被应用到一些复杂信号环境下。如在室内、森林和城市中心等弱信号环境中，由于受到外界遮挡、多径衰落以及电磁干扰等因素的影响，卫星信号的功率远低于普通GNSS接收机的捕获和跟踪门限，导致接收机无法保持精确、连续的定位功能。

高灵敏度接收机通过延长信号相关时间，能够获得较普通接收机更高的信号处理增益，适用于微弱信号环境中的导航定位。相干、非相干和差分相干积分是三种基本的信号相关技术。接收机综合利用这三种相关技术来提高其灵敏度。相同时间段内，相干积分的处理增益最高，差分相干增益次之；非相干增益最低。因此，延长相干积分时间是最有效的灵敏度增强技术，但相干积分时间主要受导航比特翻转、载体动态、晶振噪声的限制。提高接收机灵敏度须克服这三个因素的影响。

现有高灵敏度GNSS接收机通常采用导航比特预测或非相干技术消除导航比特翻转对相干积分增益的衰减效应。导航比特预测依据现有导航数据的调制格式，利用已解调出的导航比特对未知比特进行估计。该方法的缺点是难以准确预测预留比特(调制内容不确定)，且在导航电文更新时间段内，预测结果将完全失效。非相干积分的平方操作可消除导航比特翻转的影响，但其积分增益存在严重的平方损耗。随着新体制信号的研究和进展，各大GNSS系统已经或即将在新播发的信号中增加导频信号。导频信号未调制导航电文，不存在导航比特翻转问题。

对独立式GNSS而言，灵敏度和动态性能是两个相互制约的性能指标。现有高灵敏度GNSS接收机大都适用于静态或准静态，如室内或行人定位。长相干积分中，载体动态引入的载波频率误差和频率变化率会引入显著的相关幅值衰减。中国专利CN101666869A中，仅对载波频率误差进行修正，而未修正载波频率变化率的影响。文献[2]采用动态分割法补偿载体运动导致的相干累积衰减，该方法需对载波频率误差和频率变化率两个方向进行相关搜索，计算量大。本发明对载波频率误差和频率变化率的估计进行解耦，将二维搜索简化为两个独立方向的极值寻找问题，可显著减小计算量。