一种b1c信号跟踪方法和装置
阅读说明：本技术 一种b1c信号跟踪方法和装置 (B1C signal tracking method and device ) 是由 陈俊林 贾志科 黄磊 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种B1C信号跟踪方法和装置,所述方法包括捕获B1I信号,根据B1I信号的捕获结果得到B1I信号的码相位和载波多普勒值；跟踪B1I信号,根据B1I信号的跟踪结果确定B1I信号的比特边界；根据B1I信号的码相位和B1I信号的比特边界,计算B1C信号的码相位；根据B1I信号的载波多普勒值,计算B1C信号的载波多普勒值；根据计算出的B1C信号的码相位和载波多普勒值,跟踪B1C信号。本申请通过捕获B1I信号,并根据B1I信号的捕获结果辅助跟踪B1C信号,降低了B1C信号搜索至跟踪的时间和功耗成本。(The application discloses a B1C signal tracking method and a device, wherein the method comprises the steps of capturing a B1I signal, and obtaining the code phase and the carrier Doppler value of a B1I signal according to the capture result of the B1I signal; tracking the B1I signal, and determining the bit boundary of the B1I signal according to the tracking result of the B1I signal; calculating the code phase of the B1C signal according to the code phase of the B1I signal and the bit boundary of the B1I signal; calculating the carrier Doppler value of the B1C signal according to the carrier Doppler value of the B1I signal; the B1C signal is tracked based on the calculated code phase and carrier doppler values of the B1C signal. The time and power consumption cost from B1C signal search to tracking are reduced by capturing the B1I signal and assisting in tracking the B1C signal according to the capture result of the B1I signal.)
技术领域
本申请涉及但不限于卫星导航技术领域，尤其涉及一种B1C信号跟踪方法和装置。
背景技术
全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)是一个具有多颗卫星的人造卫星系统，它能向地面GNSS接收机发送包含位置和时间信息的信号，借助这些信号，接收机可以实现定位。目前，主要的GNSS系统有欧盟伽利略(Galileo)卫星导航系统、美国全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)卫星导航系统和中国北斗导航系统。
如图1所示，GNSS接收机中主要包括射频前端、数字前端、捕获引擎、跟踪引擎和位置速度时间(Position Velocity and Time，PVT)计算等部分，其中，捕获引擎的主要任务是检测、搜索并计算接收机采样的信号中伪随机码的码相位和载波多普勒值，一旦搜索成功，则会捕获转跟踪，进入跟踪引擎，通过环路跟踪，比特解码，星历提取，完成位置速度和时间的精确计算，从而实现定位。
在北斗第三代导航系统中，每一颗中轨道(Medium Earth Orbit，MEO)和倾斜地球同步轨道(Inclined GeoSynchronous Orbit，IGSO)卫星都会同时发射B1I和B1C信号。考虑到北斗B1C信号伪随机码长度较长，如果在GNSS接收机的捕获引擎中直接捕获B1C信号，需要对B1C较大的码空间(码长10230)进行搜索，因此，搜索时间长，功耗成本高。
发明内容
本申请提供了一种B1C信号跟踪方法和装置，能够降低B1C信号搜索至跟踪的时间和功耗成本。
第一方面，本发明实施例提供了一种B1C信号跟踪方法，包括：
捕获B1I信号，根据B1I信号的捕获结果得到B1I信号的码相位和载波多普勒值；
跟踪B1I信号，根据B1I信号的跟踪结果确定B1I信号的比特边界；
根据B1I信号的码相位和B1I信号的比特边界，计算B1C信号的码相位；根据B1I信号的载波多普勒值，计算B1C信号的载波多普勒值；
根据计算出的B1C信号的码相位和载波多普勒值，跟踪B1C信号。
在一种示例性实施例中，所述根据B1I信号的码相位和B1I信号的比特边界，计算B1C信号的码相位，包括：
其中，codePhaseB1I为比特边界所在的1ms B1I采集数据的结束位置的码相位，codePhaseB1C为比特边界所在的10ms B1C采集数据的结束位置的码相位，codeFreqB1I为B1I信号中的伪随机码的码率，codeFreqB1C是B1C信号中的伪随机码的码率，N为比特边界距离比特边界所在的10毫秒B1C采集数据的结束位置的整毫秒数。
在一种示例性实施例中，所述根据B1I信号的载波多普勒值，计算B1C信号的载波多普勒值，包括：
其中，carrDopplerB1C为B1C信号的载波多普勒值，carrDopplerB1I为B1I信号的载波多普勒值，carrFreqB1C为B1C信号的载波频率，carrFreqB1I为B1I信号的载波频率。
第二方面，本发明实施例还提供了一种B1C信号跟踪方法，包括：
捕获B1I信号，根据B1I信号的捕获结果得到B1I信号的码相位和载波多普勒值；
根据B1I信号的码相位，计算B1C信号的多个码相位估计值；根据B1I信号的载波多普勒值，计算B1C信号的载波多普勒值；
根据计算出的B1C信号的多个码相位估计值及载波多普勒值，分别跟踪对应的估计B1C信道；
计算各个估计B1C信道的码相位误差，选取码相位误差最小的估计B1C信道，作为最终的B1C信道。
在一种示例性实施例中，根据以下公式计算所述B1C信号的多个码相位估计值：
其中，i为0至9之间的整数，codePhaseB1I为比特边界所在的1ms B1I采集数据的结束位置的码相位，codeFreqB1I为B1I信号中的伪随机码的码率，codeFreqB1C为B1C信号中的伪随机码的码率。
在一种示例性实施例中，所述根据B1I信号的载波多普勒值，计算B1C信号的载波多普勒值，包括：
其中，carrDopplerB1C为B1C信号的载波多普勒值，carrDopplerB1I为B1I信号的载波多普勒值，carrFreqB1C为B1C信号的载波频率，carrFreqB1I为B1I信号的载波频率。
第三方面，本发明实施例还提供了一种B1C信号跟踪装置，包括B1I捕获模块、B1I跟踪模块、第一计算模块和第一B1C跟踪模块，其中：
B1I捕获模块，用于捕获B1I信号，根据B1I信号的捕获结果得到B1I信号的码相位和载波多普勒值；
B1I跟踪模块，用于跟踪B1I信号，根据B1I信号的跟踪结果确定B1I信号的比特边界；
第一计算模块，用于根据B1I信号的码相位和B1I信号的比特边界，计算B1C信号的码相位；根据B1I信号的载波多普勒值，计算B1C信号的载波多普勒值；
第一B1C跟踪模块，用于根据计算出的B1C信号的码相位和载波多普勒值，跟踪B1C信号。
在一种示例性实施例中，所述第一计算模块根据B1I信号的码相位和B1I信号的比特边界，计算B1C信号的码相位，包括：
其中，codePhaseB1I为比特边界所在的1ms B1I采集数据的结束位置的码相位，codePhaseB1C为比特边界所在的10ms B1C采集数据的结束位置的码相位，codeFreqB1I为B1I信号中的伪随机码的码率，codeFreqB1C为B1C信号中的伪随机码的码率，N为比特边界距离比特边界所在的10毫秒B1C采集数据的结束位置的整毫秒数。
第四方面，本发明实施例还提供了一种B1C信号跟踪装置，包括B1I捕获模块、第二计算模块、第二B1C跟踪模块和B1C选择模块，其中：
B1I捕获模块，用于捕获B1I信号，根据B1I信号的捕获结果得到B1I信号的码相位和载波多普勒值；
第二计算模块，用于根据B1I信号的码相位，计算B1C信号的多个码相位估计值；根据B1I信号的载波多普勒值，计算B1C信号的载波多普勒值；
第二B1C跟踪模块，用于根据计算出的B1C信号的多个码相位估计值及载波多普勒值，分别跟踪对应的估计B1C信道；
B1C选择模块，用于计算各个估计B1C信道的码相位误差，选取码相位误差最小的估计B1C信道，作为最终的B1C信道。
在一种示例性实施例中，所述第二计算模块根据以下公式计算所述B1C信号的多个码相位估计值：
其中，i为0至9之间的整数，codePhaseB1I为比特边界所在的1ms B1I采集数据的结束位置的码相位，codeFreqB1I为B1I信号中的伪随机码的码率，codeFreqB1C为B1C信号中的伪随机码的码率。
本申请的B1C信号跟踪方法和装置，通过捕获B1I信号，并根据B1I信号的捕获结果辅助跟踪B1C信号，降低了B1C信号搜索至跟踪的时间和功耗成本。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为相关技术中的一种GNSS接收机的结构示意图；
图2为相关技术中的B1I和B1C信号中PRN码的结构示意图；
图3为本发明实施例的一种B1I辅助的B1C跟踪方法的流程示意图；
图4为本发明实施例的一种B1C码相位的计算原理示意图；
图5为本发明实施例的另一种B1I辅助的B1C跟踪方法的流程示意图；
图6为本发明实施例的一种B1C信号的多个码相位估计值的计算原理示意图；
图7为本发明实施例的一种B1C跟踪装置的结构示意图；
图8为本发明实施例的另一种B1C跟踪装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。
在北斗第三代导航系统中，每一颗MEO和IGSO卫星会同时发射B1I和B1C信号，如图2所示，B1I信号和B1C信号的码长分别是1ms和10ms，并且B1I信号的码搜索空间(码长2046)远小于B1C信号的码搜索空间(码长10230)，虽然二者的码长和码率不同，但二者在时间上严格对齐，即：B1I信号和B1C信号中调制的比特信号的边界是对齐的。需要注意的是：B1I信号中调制的比特长度是20ms，包含20个完整的B1I的伪随机噪声(Pseudo Random Noise，PRN)码。
实施例一B1C信号跟踪方法一
如图3所示，根据本发明实施例的一种B1C信号跟踪方法，包括如下步骤：
步骤301：捕获B1I信号，根据B1I信号的捕获结果得到B1I信号的码相位和载波多普勒值；
步骤302：跟踪B1I信号，根据B1I信号的跟踪结果确定B1I信号的比特边界；
需要说明的是，在本步骤中，找到B1I信号中调制的比特信息的边界，即：20ms的起始位置，并将确定的B1I信号的比特边界作为B1C信号的比特边界。
步骤303：根据B1I信号的码相位和B1I信号的比特边界，计算B1C信号的码相位；根据B1I信号的载波多普勒值，计算B1C信号的载波多普勒值；
在本步骤中，由于B1I信号的比特边界和B1C信号在时间上是对齐的，通过B1I信号的码相位、B1I信号的比特边界和载波多普勒值，可以计算出对应的B1C信号的码相位和载波多普勒值。
在一种示例性实施例中，所述根据B1I信号的码相位和B1I信号的比特边界，计算B1C信号的码相位，包括：
其中，codePhaseB1I为比特边界所在的1ms B1I采集数据的结束位置的码相位，codePhaseB1C为比特边界所在的10ms B1C采集数据的结束位置的码相位，codeFreqB1I为B1I信号中的伪随机码的码率，codeFreqB1C是B1C信号中的伪随机码的码率，codeFreqB1I和codeFreqB1C分别为2.046Mcps和1.023Mcps，N为比特边界距离比特边界所在的10毫秒B1C采集数据的结束位置的整毫秒数。
公式(1)的推导过程如下：
图4中垂直的虚线表示B1C信号和B1I信号的比特边界的位置，需要强调的是，比特边界和接收机采集数据中每毫秒开始的位置并不需对齐。在B1C和B1I比特边界处，相应的采集数据的码相位都是0，在比特边界所在的1ms采集数据的结束位置的B1I码相位标记为codePhaseB1I，在比特边界所在的10ms采集数据的结束位置的B1C码相位标记为codePhaseB1C。
由于B1C信号的码相位是从比特边界开始的，10ms采集数据的边界处的码相位，codePhaseB1C＝t*codeFreqB1C,其中codeFreqB1C是B1C信号中伪随机码的码率，t表示从比特边界到10ms采集数据边界之间的时间长度，如图4所示，t＝t1+t2,其中t1是B1I的比特边界到B1I的1ms采集数据边界的时间，
t2是时间的整数部分，即：N ms，N为比特边界到10ms B1C采集数据结束时刻之间整毫秒数，在B1I确定比特边界时计算得到。
那么，根据t1和t2可得到如公式(1)所示的B1C的码相位计算公式。
在一种示例性实施例中，所述根据B1I信号的载波多普勒值，计算B1C信号的载波多普勒值，包括：
其中，carrDopplerB1C为B1C信号的载波多普勒值，carrDopplerB1I为B1I信号的载波多普勒值，carrFreqB1C为B1C信号的载波频率(1575.42MHz)，carrFreqB1I为B1I信号的载波频率(1561.098MHz)。
步骤304：根据计算出的B1C信号的码相位和载波多普勒值，跟踪B1C信号。
在本步骤中，使用计算出的B1C信号的码相位和载波多普勒值信息来直接跟踪B1C信号。
实施例二B1C信号跟踪方法二
如图5所示，根据本发明实施例的另一种B1C信号跟踪方法，包括如下步骤：
步骤501：捕获B1I信号，根据B1I信号的捕获结果得到B1I信号的码相位和载波多普勒值；
步骤502：根据B1I信号的码相位，计算B1C信号的多个码相位估计值；根据B1I信号的载波多普勒值，计算B1C信号的载波多普勒值；
在一种示例性实施例中，根据以下公式计算所述B1C信号的多个码相位估计值：
其中，codePhaseB1I为比特边界所在的1ms B1I采集数据的结束位置的码相位；codeFreqB1I和codeFreqB1C分别是B1I信号和B1C信号中的伪随机码的码率，分别为2.046Mcps和1.023Mcps。
由于B1C信号和B1I信号零相位的位置对齐，而B1I和B1C的码长分别是1ms和10ms，因此，如果确定了B1I的码相位codePhaseB1I，则B1C的码相位codePhaseB1C一定在公式(3)表示的10个可能的相位中。
公式(3)的推导过程如下：
图6表示了B1I捕获后B1C信号的码相位计算原理。对B1I信号，第1ms采集数据结束位置的码相位是codePhaseB1I，这是B1I捕获引擎的计算结果，由于相邻整ms结束位置的码相位变化很小，相邻10ms中整ms结束位置的码相位都用codePhaseB1I表示。由于B1C和B1I同时发送，B1C的比特边界(零相位)和B1I的零相位对齐，由于B1I码长1ms，B1C码长10ms,因此B1C的零相位位置相对B1I有10种可能情况，如图6所示，假设B1C信号的比特边界所在的位置和B1I信号的10ms采集数据之间间隔i毫秒(i＝0～9)，那么在10ms B1C采集数据结束时刻的码相位codePhaseB1C＝t*codeFreqB1C，t表示B1C零相位到10ms采集数据结束时刻间的时间，由两部分组成，t＝t1+t2，其中，t1是时间的小数部分，在数值上等于B1I的零相位到B1I 1ms结束时刻间的时间，t2是时间的整数部分，代表0～9之间可能的整数ms。
在一种示例性实施例中，根据B1I信号的载波多普勒值，计算B1C信号的载波多普勒值，包括：
其中，carrDopplerB1C为B1C信号的载波多普勒值，carrDopplerB1I为B1I信号的载波多普勒值，carrFreqB1C为B1C信号的载波频率(1575.42MHz)，carrFreqB1I为B1I信号的载波频率(1561.098MHz)。
由公式(3)计算得到10个B1C可能的码相位，分别初始化10个信道跟踪B1C。10个B1C信道可以同时配置或顺序配置，且没有先后顺序的要求。值得说明的是，这10个初始化跟踪信道的载波多普勒值都由公式(2)计算得到。
步骤503：计算各个估计B1C信道的码相位误差，选取码相位误差最小的估计B1C信道，作为最终的B1C信道；
分别计算10个跟踪环路的码相位误差，选取码相位误差最小的信道继续跟踪B1C，并同时释放其余9个跟踪信道。通常来说，当B1C信号的CN0(CN0为到达基带时的信号载噪比)较大时，比如40dBHz,计算码相位误差仅需要20毫秒的相关结果；CN0较小或码相位误差较大时，则需要更长时间的相关结果。
需要强调的是，实施例一和实施例二这两个方法可以根据时间和功耗的要求，各自独立的用在GNSS接收机中来实现B1C信号的免捕获跟踪。
实施例三B1C信号跟踪装置一
如图7所示，根据本发明实施例的一种B1C信号跟踪装置，包括B1I捕获模块701、B1I跟踪模块702、第一计算模块703和第一B1C跟踪模块704，其中：
B1I捕获模块701，用于捕获B1I信号，根据B1I信号的捕获结果得到B1I信号的码相位和载波多普勒值；
B1I跟踪模块702，用于跟踪B1I信号，根据B1I信号的跟踪结果确定B1I信号的比特边界；
第一计算模块703，用于根据B1I信号的码相位和B1I信号的比特边界，计算B1C信号的码相位；根据B1I信号的载波多普勒值，计算B1C信号的载波多普勒值；
第一B1C跟踪模块704，用于根据计算出的B1C信号的码相位和载波多普勒值，跟踪B1C信号。
在一种示例性实施例中，第一计算模块703根据B1I信号的码相位和B1I信号的比特边界，计算B1C信号的码相位，包括：
其中，codePhaseB1I为比特边界所在的1ms B1I采集数据的结束位置的码相位，codePhaseB1C为比特边界所在的10ms B1C采集数据的结束位置的码相位，codeFreqB1I和codeFreqB1C分别是B1I信号和B1C信号中的伪随机码的码率，N为比特边界距离比特边界所在的10毫秒B1C采集数据的结束位置的整毫秒数。
在一种示例性实施例中，第一计算模块703根据B1I信号的载波多普勒值，计算B1C信号的载波多普勒值，包括：
其中，carrDopplerB1C为B1C信号的载波多普勒值，carrDopplerB1I为B1I信号的载波多普勒值，carrFreqB1C为B1C信号的载波频率，carrFreqB1I为B1I信号的载波频率。
实施例四B1C信号跟踪装置二
如图8所示，根据本发明实施例的一种B1C信号跟踪装置，包括B1I捕获模块801、第二计算模块802、第二B1C跟踪模块803和B1C选择模块804，其中：
B1I捕获模块801，用于捕获B1I信号，根据B1I信号的捕获结果得到B1I信号的码相位和载波多普勒值；
第二计算模块802，用于根据B1I信号的码相位，计算B1C信号的多个码相位估计值；根据B1I信号的载波多普勒值，计算B1C信号的载波多普勒值；
第二B1C跟踪模块803，用于根据计算出的B1C信号的多个码相位估计值及载波多普勒值，分别跟踪对应的估计B1C信道；
B1C选择模块804，用于计算各个估计B1C信道的码相位误差，选取码相位误差最小的估计B1C信道，作为最终的B1C信道。
在一种示例性实施例中，第二计算模块802根据以下公式计算所述B1C信号的多个码相位估计值：
其中，codePhaseB1I为比特边界所在的1ms B1I采集数据的结束位置的码相位，codeFreqB1I和codeFreqB1C分别是B1I信号和B1C信号中的伪随机码的码率。
在一种示例性实施例中，第二计算模块802根据B1I信号的载波多普勒值，计算B1C信号的载波多普勒值，包括：
其中，carrDopplerB1C为B1C信号的载波多普勒值，carrDopplerB1I为B1I信号的载波多普勒值，carrFreqB1C为B1C信号的载波频率，carrFreqB1I为B1I信号的载波频率。
综上，本发明实施例公开了两种免捕获的B1C跟踪方法和装置，和直接捕获B1C信号转跟踪的方法和装置相比，这两种方法和装置都有低功耗和低耗时的特点。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
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