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专利号: 2021101985072
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种长时间相干积分捕获的多普勒频率估计与补偿方法,其特征在于,步骤如下:

S1:获取长度为TIms的GNSS零中频数据IGIFS作为输入信号r(·);

S2:选取一组调整频率δf,得到一组共m条相位补偿序列 Ts为采样周期,上标j为虚数单位;对于其中任意第n条相位补偿序列β(n),n=1,2,…m,分别执行S21~S23的计算过程:S21:将所述输入信号r(·)与相位补偿序列值β(n)相乘,得到乘积结果 然后根据伪码周期将 分为M块,每块N个采样数据,M块数据块叠加表示为:其中, 表示 中第i+1块数据块,r(n)表示 中第1块数据块,v(n)为

噪声,fd表示多普勒频率;HLN(fd)为分块叠加操作的响应函数,计算公式为:

S22:用平方运算去除结果rLN(n)中调制的伪随机码PRN码,得到分块信号数据叠加结果S23:通过快速傅立叶变换将分块信号数据叠加结果转换到频域上,得到其中f表示自变量为频率;

S3:分别针对m条相位补偿序列执行S21~S23后,得到m个N维向量 分别记为m个N维向量视为一个m×N维矩阵;然后,分别遍历m个向量 中的每一维,将m个向量 中第j维即m×N维矩阵第j列的最大值以及该最大值所属向量的序号n分别保存于矩阵 第j列的第一行和第二行中,n∈{1,2,…,m},j∈{1,2,…,N};最终得到2×N阶矩阵S4:每颗可见卫星的信号频谱附近都会出现 的最大值,搜索并记录 第一

行N个元素的最大值max,并确定该最大值max所在列的序号j和对应第二行保存的相位补偿序列的序号n,分别记为j*和n*,j*∈{1,2,…,N},n*∈{1,2,…,m};最后计算载波多普勒频率其中,IF表示GNSS中频信号的标称频率。

2.如权利要求1所述的长时间相干积分捕获的多普勒频率估计与补偿方法,其特征在于,还包括轨迹观测法作为估计卫星信号多普勒频率的辅助方法;所述轨迹观测法中,基于地球静止接收机24小时内的GNSS每颗卫星信号多普勒频率实时检测数据,预先制作GNSS每颗卫星信号绕地球运行一周期内的多普勒频率曲线,接收机捕获时根据接收机时钟计算当前所处的周期内时间,进而根据所述多普勒频率曲线估计出该颗卫星信号的多普勒频率将多普勒频率 和多普勒频率 进行融合,得到最终的多普勒频率估计值:其中:τ=min{SNR/SNRB,1},τ≤1,SNRB为空旷地方GPS接收机采样输出端的信噪比,SNR为实际中频采样信号IGIFS的信噪比。

3.如权利要求2所述的长时间相干积分捕获的多普勒频率估计与补偿方法,其特征在于,设rn(n)为不含GPS信号时的中频采样信号,r(n)为含GPS信号时的中频采样信号,则信噪比SNR采用如下公式计算:式中E表示求期望,Var表示求方差。

4.如权利要求3所述的长时间相干积分捕获的多普勒频率估计与补偿方法,其特征在于,当卫星信号极弱导致块叠加与相位补偿模块无法检测并估计GNSS信号多普勒频率的时候,完全通过所述轨迹观测法估计载波多普勒频率,即设此时的参数τ=0。

5.如权利要求2所述的长时间相干积分捕获的多普勒频率估计与补偿方法,其特征在于,所述轨迹观测法中的多普勒频率曲线的制作方法为:从GNSS每颗卫星信号绕地球运行一周期内的多普勒频率变化数据中选取6~12个取值变化最为明显的数据点,做分段线性内插,得到建模形成的多普勒频率曲线。

6.如权利要求1所述的长时间相干积分捕获的多普勒频率估计与补偿方法,其特征在于,所述多普勒频率 的估计结果存储在查找表Acqb中;估计完多普勒频率后,开始执行GNSS信号捕获算法。

7.如权利要求6所述的长时间相干积分捕获的多普勒频率估计与补偿方法,其特征在于,所述查找表Acqb中共有10条记录。

8.一种长时间相干积分捕获的多普勒频率估计与补偿系统,其特征在于,包括依次连接的块叠加与相位补偿模块、平方模块、谱峰检测模块、轨迹观测模块、存储模块和查表模块;所述块叠加与相位补偿模块中对输入GNSS的中频数据进行分块和叠加操作,压缩载波频率搜索空间,其模块输出端的信号输入平方模块中去掉导航电文后再输入谱峰检测模块;所述谱峰检测模块中,首先对输入信号进行傅里叶变换将其转换到频域上,然后通过搜索谱峰最大值或极大值的方式检测卫星信号,进而估计出存于卫星信号中的多普勒频率,所述谱峰检测模块的输出端连接存储子模块,用于存储估计得到的多普勒频率;所述存储子模块输出端连接查表子模块的输入端,用于查找估计得到的多普勒频率;所述查表子模块输出端连接本地载波生成器的输入端,根据查表得到的多普勒频率估计值生成本地载波信号。