[发明专利]北斗B1频点卫星信号载波频率高精度估计方法

摘要

一种北斗B1频点卫星信号载波频率高精度估计方法。其包括将输入的北斗数字中频信号与本振载波进行混频；利用混频后的信号与本地测距码序列在频域进行循环互相关操作；对粗略的基带信号在时域取模，从结果中搜索相关峰对应的测距码相位和载波频率；利用已知的码相位生成本地测距码并与粗略的基带信号在时域相乘；对相乘结果在频域取模，从结果中搜索相关峰对应的载波频率；比较载波频率点前后两个频点对应的相关峰值大小，并以二分查找法在已知载频点附近逐级缩小频率搜索步长精化载波频率，最终将载波频率精度稳定在十几～几十Hz范围。该方法能有效提高北斗卫星信号载波频率估计精度，而且捕获快速、可靠，实现简单。

主权项

1.一种北斗B1频点卫星信号载波频率高精度估计方法，其特征在于，所述的方法包括按顺序进行的下列步骤：1)将输入的北斗数字中频信号与本地载波信号进行混频，如果本地载波信号的频率与输入的北斗数字中频信号中调制载波的频率一致，则输入的测距码信号得到恢复；2)将步骤1)中得到的输入的测距码信号与本地测距码信号在频域进行循环互相关操作，若本地测距码信号与输入的测距码信号完全同步，则粗略的基带信号得到恢复；3)对步骤2)得到的粗略的基带信号在时域取模并进行非相干积分，然后从上述积分后的结果中搜索相关峰的索引值对应的测距码相位和载波频率，如果成功捕获该卫星，则进入步骤4)，反之，如果当第一轮完整的多普勒频移遍历搜索完成后，仍然没有捕获到该卫星信号，则重复步骤1)～步骤3)；4)根据步骤3)中得到的测距码相位信息生成本地测距码，并与步骤2)中得到的粗略的基带信号在时域相乘，恢复载波信号；5)对步骤4)中得到的载波信号在频域取模，从取模后的结果中搜索相关峰的索引值对应的载波频率点；6)比较步骤5)中得到的载波频率点前后两个频点对应的相关峰值大小，并以二分查找法在已知载波频率点附近逐级缩小频率搜索步长，精化对载波频率的搜索，最终将载频分辨率稳定在十几～几十Hz范围；在步骤3)中，所述的对步骤2)得到的粗略的基带信号在时域取模并进行非相干积分，然后从上述积分后的结果中搜索相关峰的索引值对应的测距码相位和载波频率，如果成功捕获该卫星，则进入步骤4)，反之，如果当第一轮完整的多普勒频移遍历搜索完成后，仍然没有捕获到该卫星信号，则重复步骤1)～步骤3)的方法是：将步骤2)中得到的粗略的基带信号进行IFFT运算得到时域相关结果，并对其进行取模运算，获得对应于测距码相位和载波频率的相关峰结果；对上述最大相关峰值所在码片范围进行剔除，然后从剩余的相关值中搜索第二相关峰值，计算最大相关峰值和第二相关峰值的比值；将上述比值与设定的捕获门限阈值进行比较，若超过捕获门限阈值，则B1卫星信号粗捕获成功，确定相应的测距码相位和载波频率参数，作为进入下一步操作的初始条件；若比值没有超过捕获门限阈值，则将在搜索完所有的可能多普勒频移后重复1)～步骤3)，直到捕获到卫星信号；在步骤6)中，所述的比较步骤5)中得到的载波频率点前后两个频点对应的相关峰值大小，并以二分查找法在已知载波频率点附近逐级缩小频率搜索步长，精化对载波频率的搜索，最终将载频分辨率稳定在十几～几十Hz范围的方法是：比较步骤5)中得到的载波频率点k前后两个频点对应相关值Z(f_k‑1)和Z(f_k+1)的大小，并在粗捕获确定的±500Hz范围内预先定义频率搜索步长Δf；如果Z(f_k‑1)≥Z(f_k+1)，则在区间[f_k‑Δf/2,f_k]对载波频率进行搜索以查找出最大相关峰值；反之，若Z(f_k‑1)＜Z(f_k+1)，则在区间[f_k,f_k+Δf/2]对载波频率进行搜索以查找出最大相关峰值；重复上述载波频率精化搜索过程，每次搜索后将预设步长Δf减小1/2，直到步长小于10Hz的预期阈值；若不能按要求完成载波频率的精化搜索，则重复步骤1)～步骤6)或换下一段数据继续进行搜索捕获，直至达到要求；若完成载波频率的精化搜索，则最终将载波频率精度稳定在十几～几十Hz以内，并输出前述测距码初始相位及精化后的载波频率，保证足够的跟踪环路需要。