一種兼容gps/bd雙系統衛星導航接收機相干積分方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種兼容GPS/BD(全球定位系統/北斗衛星導航系統)雙系統衛星導航接收機相干積分方法，屬于多系統衛星導航接收機信號基帶處理方法的技術領域。
【背景技術】
[0002]衛星導航在國民經濟建設、國防安全建設以及社會發展等各個領域都起到重大作用，衛星導航產業已成為全球性的高新技術型朝陽產業。隨著需求激增和導航產業進入快車道發展，傳統單一的導航接收機已不能滿足人們的需求。目前，導航接收機正在向導航一體化、高精度高靈敏度、室內室外無縫連接、低功耗低成本等方向發展。
[0003]在山川峽谷、森林隧道等類似復雜環境時，GNSS(全球衛星導航系統)衛星信號衰減嚴重，傳統的民用GNSS接收機難以持續提供定位定速服務。針對這種環境下弱信號的跟蹤已成為國內外研究的熱點，具有十分重要的意義和廣闊的前景。
[0004]加長相干積分時間是目前比較普遍的一種方法，但是針對目前的多個衛星導航系統如美國的GPS、中國的北斗、歐盟的伽利略等衛星導航系統，如果能找出一種兼容各系統的方法則可以節約很多設計成本和計算成本。
[0005]GPS導航電文速率是50bps，每20ms可能出現一次比特跳變，對于不超過20ms的相干積分例如1ms相干積分，相鄰兩個1ms積分至少有一個不存在比特跳變。而北斗MEO(中圓地球軌道)和IGSO(傾斜地球同步軌道)衛星BlI信號雖然速率是50bps，但是其電文調制了周期20ms，碼元寬Ims的NH(紐霍夫曼)碼，對于超過Ims的相干積分時刻存在著比特翻轉，相干積分成敗的關鍵因素就是能否消除比特跳變的影響。
[0006]所以，為了加長相干積分時間提高弱信號的跟蹤能力，必須消除由導航電文和NH碼帶來的比特翻轉，而消除比特翻轉最有效的方法就是先位同步后剝離NH碼。
【發明內容】
[0007]為了提高弱信號的跟蹤能力，采用加長相干積分時間的方法。為了兼容GPS/BD雙衛星導航系統，消除比特跳變給相干積分帶來的影響，發明了一種兼容GPS/BD系統的位同步方法，在位同步的基礎上剝離NH碼，然后在進行長時間的相干積分。
[0008]本發明為解決其技術問題采用如下技術方案:
[0009]一種兼容GPS/BD雙系統衛星導航接收機相干積分方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0010]步驟1、對GPS/BD雙系統接收機初始化，包括硬件上電復位、軟件全局變量和控制字初始化，設置初始相干積分時間Ims;
[0011]步驟2、連接GPS/BD雙頻天線，采用二維搜索先粗捕后精捕的方式對可能的可見星進行搜索，獲得可見星的粗略相位和頻率?目息；
[0012]步驟3、在步驟2獲得可見星粗略相位和頻率信息的基礎上，采用延遲鎖定環(DLL)和科斯塔斯鎖相環(PLL)對碼相位和載波頻率進行跟蹤，使得本地復制信號和接收到的衛星信號保持一致；
[0013]步驟4、在步驟3穩定跟蹤的基礎上徹底剝離載波和碼，得到Ims相干積分結果；
[0014]步驟5、對步驟4得到的Ims積分結果采用改進直方圖的方式實現位同步，找到比特翻轉的邊沿，若找不到比特翻轉的邊沿，則返回步驟4;
[0015]步驟6、在步驟5找到比特翻轉的邊沿之后剝離北斗導航電文中的NH碼，若未剝離北斗導航電文中的NH碼，則返回步驟5;
[0016]步驟7、在步驟6完成NH碼剝離后，將GPS/BD雙系統接收機環路中相干積分時間加長到20ms，輸出50bps的信息即是原始二進制導航電文，若不能輸出原始二進制導航電文，則返回步驟6;
[0017]步驟8、對步驟7中的二進制導航電文按照導航電文播發格式進行衛星星歷參數解調，利用三球交匯原理進行定位解算。
[0018]所述步驟5中對得到的Ims積分結果采用改進直方圖的方式實現位同步，具體步驟為:
[0019][I]在FPGA中設計基于RAM的深度60寬度20的移位寄存器REG_IP1，用于緩存Ims相干積分的結果共1.2秒，輸入信號是Ims積分結果符號位，使能時鐘是Ims;
[0020][ 2 ]在FPGA中設計4個基于RAM的深度60寬度I的移位寄存器REG_IP2、REG_IP3、REG_IP4、REG_IP5，用于移位緩存REG_IP1的輸出；
[0021 ] [ 3]對上述5個寄存器依次兩兩進行相關，相關結果記為resultl、result2、result3^Presult4;
[0022][4]對相關結果進行判斷，如果^81111:1大于30，且168111丨2、代8111丨3和代811]^4等于0，則判定實現位同步，否則判定沒有實現位同步。
[0023]所述步驟6中剝離北斗導航電文中的NH碼，具體步驟為:
[0024]a、在FPGA 中定義參數變量等于 NH 碼即 0000_0100_1101_0100_1110；
[0025]b、從比特邊沿開始，取當前Ims積分結果一次與NH碼相異或，剝離NH碼，所得Ims積分結果用于下一步長時間相干積分。
[0026]所述步驟7中相干積分時間加長到20ms，具體步驟為:
[0027 ] a、步驟5實現位同步，找到比特翻轉的邊沿；
[0028]b、從比特翻轉的邊沿開始，取步驟6剝離NH碼之后的Ims積分結果再次進行積分累加，當不超過20ms時則不存在比特翻轉，超過20ms時則存在比特翻轉，能夠完全消除比特跳變的影響。
[0029]本發明的有益效果如下:
[0030]本發明方法針對GPS/BD不同導航系統的衛星信號，采用改進直方圖的思想設定門限上限和門限下限找到比特跳變的邊沿即位同步，位同步之后剝離北斗電文上的NH碼，然后在進行長時間相干積分提高弱信號的跟蹤能力。此方法兼容GPS和BD系統，能夠有效的消除導航電文跳變和NH碼跳變帶來的比特翻轉的影響。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發明北斗二次編碼不意圖。
[0032]圖2是本發明的相干積分方法步驟流程圖。
[0033]圖3是本發明實施例的結構框圖。
[0034]圖4是本發明位同步檢測原理圖。
[0035]圖5是本發明中位同步Modelsim仿真結果示意圖。
[0036]圖6是本發明相干積分實現結構圖。
[0037]圖7是本發明相干積分結果示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖對本發明創造做進一步詳細說明。
[0039]本發明提供一種兼容GPS/BD雙系統衛星導航接收機相干積分方法如圖2所示，采用改進直方圖的方式，通過設定直方圖統計結果門限上限和門限下限，找到比特跳變的邊沿;通過與NH碼相關操作剝離NH碼;知道比特跳變的邊沿和剝離NH碼之后可以很好地消除導航電文跳變和NH碼跳變帶來的電文翻轉，最后進行相干累積加長積分時間。
[0040]圖1為北斗導航電文的二次編碼，與GPS最大的一個區別就是調制有NH碼，使得每Ims積分結果的電文都可能存在跳變，如果不剝離NH碼，相干積分累加結果相互抵消，達不到提高信號信噪比的效果。要剝離NH碼，必須首先找到比特翻轉的的邊沿，然后與NH碼相關進行剝離，研究NH碼發現，NH碼開始5個碼元是連續5個O不存在跳變，這與GPS電文I比特中20ms不存在跳變是相似的，利用這種相似性，設計改進直方圖的方法，可以同時找到GPS/BD電文跳變的邊沿。
[0041]圖3是本發明實施例的裝置結構示意圖。圖中所示主要是中頻后續算法結構示意圖，整個發明裝置還包括外圍設備:雙頻天線、射頻單元、電源、數據傳輸模塊等。
[0042]圖4和圖6是位同步、剝I^NH碼和相干積分原理圖，也是本發明的核心部分，圖5是在Modelsim仿真平臺上對圖4中位同步的仿真。
[0043]具體的步驟如下:
[0044]步驟1、對GPS/BD雙系統接收機初始化，包括硬件上電復位、軟件全局變量和控制字初始化，設置初始相干積分時間Ims;
[0045]步驟2、連接GPS/BD雙頻天