本发明专利技术涉及卫星导航与低轨卫星服务应用领域，提出一种基于高中轨辅助的低轨卫星导航增强信号捕获方法。该方法面向低轨卫星导航增强信号接收处理工程化实现需求，充分分析导航增强信号的信号特征与增强应用模式，利用高中轨星座时空信息辅助的方式实现低轨卫星导航增强信号动态的预估与修正，从而降低信号捕获的动态压力、时间压力与逻辑资源压力。配合频域补零分段匹配滤波的二维相关捕获方法实现低轨高动态信号的高灵敏度与高分辨率捕获处理，通过峰值判决获得信号的载波多普勒与伪码相位，最终实现高动态低轨卫星导航增强信号的捕获处理工作。该方法对低轨卫星导航增强接收机研制与我国高中低轨协同导航的星座建设具有重要意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星导航与低轨卫星服务应用领域，提出一种基于高中轨辅助的低轨卫星导航增强信号捕获方法。
技术介绍
1、全球卫星导航系统(gnss)作为信息化时代重要的时空基础设施，可向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，在军事、工业、科学、金融、消费等领域发挥着重要的支撑作用。近年来，随着卫星导航应用服务的不断拓展与用户对卫星导航服务的需求不断提高，以高精度与强鲁邦为目标的高性能导航服务正逐渐成为标配。精密单点定位(ppp)、实时动态载波相位差分(rtk)、地基增强系统(gbas)、星基增强系统(sbas)等各类导航增强系统与技术得到长足的发展，然而在卫星导航增强发展道路上，这些导航增强系统与技术存在着“碎片”和“补丁”式建设问题，均存在一定的局限性，无法满足全球广大用户对高性能导航服务的需求。
2、低轨卫星星座运动速度快、成本低，利用其作为天基平台进行卫星导航增强与高精度服务，可不依赖密集地面建站就完成全球覆盖，实现导航信号增强与高精度服务的实时收敛，有望解决当前高性能导航服务的瓶颈，成为下一代卫星导航系统的重要发展方向。随着铱星(iridium)、星链(starlink)、一网(oneweb)、电信卫星(telesat)等规模化低轨星座的蓬勃发展，基于低轨卫星的导航增强应用成为未来导航增强与高精度服务最具潜力的解决方案。目前，各个低轨卫星星座充分利用低轨星座的服务全球覆盖、强信号落地功率和高精度定位快速收敛等优势布局卫星导航的信号增强与精度增强等卫星导航应用服务，提升卫星导航的系统性能与综合服务能力。
3、低轨卫星导航增强是一种基于低轨星座的天基导航信号源，该信号充分利用低轨星座的近地优势，信号空间衰减小，对地发射功率强等优势实现卫星导航增强，通过卫星导航增强实现用户定位精度与抗干扰能力增强，从而提升卫星导航系统高性能服务能力。在充分享受低轨卫星信号空间衰小、星座几何构型变化快等优势的同时，低轨卫星导航增强信号的高动态与径向多普勒增大又成为信号捕获处理的难点。低轨卫星运行速度快，可视时间短，如果再面对高动态信号带来的长时间捕获，将给低轨卫星导航信号的使用效能带来巨大的影响。因此，将高动态低轨卫星导航增强信号的捕获处理按照传统卫星导航信号的捕获方法进行处理存在一定的局限性。
4、1.低轨卫星导航增强信号相对于传统卫星导航信号动态扩大了十倍以上，如果采用时域、频域、匹配滤波等传统的导航信号捕获方法，信号搜索频域范围大，捕获时间长，这将与低轨卫星的可视时间之间形成不可调和的矛盾；
5、2.面对低轨卫星导航增强信号的高动态捕获需求，拓展码域与频域二维相关搜索范围是工程化实现的唯一出路，但是拓展二维相关搜索的方式带来的就是硬件逻辑资源开销规模庞大，计算效率低，工程化实现不强。
6、3.低轨卫星导航增强的高动态信号在进行捕获时，无论采用什么样的捕获方式，因信号动态带来的频域损失将成为信号捕获中必然面对的问题，传统导航信号捕获方式在捕获高动态低轨卫星导航增强信号时，因频域损失造成的灵敏度降低将直接制约低轨卫星导航增强的应用场景；
7、如何实现高动态低轨卫星导航增强信号的捕获处理是卫星导航接收机处理低轨卫星导航增强信号的设计基础，是实现低轨卫星导航增强应用的关键。解决了低轨卫星导航增强信号的高动态捕获处理的工程化实现难点，对推进高中低轨卫星导航体系化融合应用具有重要意义。研究低轨卫星导航增强信号的高动态捕获处理方法对低轨卫星导航增强接收机研制与我国高中低轨协同导航的星座建设具有重要意义，同时提升我国综合导航、定位与授时(pnt)服务体系的精度、完好性、可用性和抗干扰等能力。
技术实现思路
1、本专利技术方法主要针对低轨卫星导航增强信号的多普勒频移大、可见时间短等问题，创新性地利用低轨卫星的导航增强工作模式，解决了高动态信号在捕获过程中，因多普勒频移导致的信号捕获时间长、捕获灵敏度低及逻辑资源开销大等工程实现难题，为低轨卫星导航接收机的研制与高中低轨协同导航的系统建设提供工程化解决方案。
2、本专利技术充分分析低轨卫星导航增强信号的信号特征与应用模式，并利用已有的高中轨卫星导航星座与传统导航信号捕获处理为基础，提出一种基于高中轨辅助的低轨卫星导航增强信号捕获方法，充分利用高中轨卫星的先验时空信息对低轨卫星的信号多普勒进行估计，实现低轨卫星增强信号的高动态捕获。
3、本专利技术采用的技术方案为：
4、一种基于高中轨辅助的低轨卫星导航增强信号捕获方法，包括如下步骤：
5、(1)接收空间所有可视卫星导航信号，并通过射频前端变频为基带信号，然后将基带信号进行采样，得到数字卫星导航基带信号；
6、(2)按照卫星导航信号接收处理模式对数字卫星导航基带信号中的高中轨卫星导航增强信号进行信号贯序捕获与跟踪，并进行电文解调与定位解算；
7、(3)基于定位解算处理结果，进行接收机定位，获取接收机的时间、位置与卫星历书信息；
8、(4)基于时间信息进行低轨卫星导航增强信号捕获的时间同步，基于卫星历书判定可视低轨卫星的卫星号和卫星位置，利用低轨卫星的卫星位置和接收机位置进行低轨卫星导航增强信号的多普勒动态预测；
9、(5)完成低轨卫星导航增强信号的多普勒动态预测后，采用频域补零分段匹配滤波的捕获方式对低轨卫星导航增强信号进行码域与频域的二维相关捕获搜索，并通过频域峰值判决获得信号的载波多普勒与伪码相位，最终完成低轨卫星导航增强信号的捕获处理。
10、进一步的，步骤(4)中，利用低轨卫星的卫星位置和接收机位置进行低轨卫星导航增强信号的多普勒动态预测具体过程为：
11、利用低轨卫星的卫星位置和接收机位置获取卫星运行速度与信号到达角，然后按照下式进行低轨卫星导航增强信号的多普勒动态预测：
12、
13、式中，fd为信号多普勒，vs为卫星运动速度，re为地球半径，
14、rs为卫星地心高度，θ为信号到达夹角，fc为载波频率，c为光速；
15、然后将信号多普勒转化为卫星导航信号接收处理模式中本地载波与伪码的动态参数，对载波nco与伪码nco进行补偿。
16、进一步的，步骤(5)具体过程为：
17、(501)将长为n的低轨卫星导航增强信号与本地载波相乘及数字下变频之后，等分成p段，进入p个部分匹配滤波中利用本地伪码序列进行相关匹配，则有n＝p*x，x为每个匹配滤波器的相关点数；
18、(502)对于每一段内位于同一位置匹配滤波器的相关积分结果进行k点fft，若fft求模之后的最大值超过设定门限，则判定为捕获成功进入跟踪阶段，获得信号的载波多普勒与伪码相位；否则将本地伪码序列移动一个码片，返回步骤(501)，最终完成低轨卫星导航增强信号的捕获处理。
19、本专利技术与
技术介绍
中的采用传统导航信号捕获方法捕获高动态低轨卫星导航增强信号相比，具有如下优点：
20、1、本专利技术针对低轨卫星本文档来自技高网
...
【技术保护点】
1.一种基于高中轨辅助的低轨卫星导航增强信号捕获方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高动态低轨卫星导航增强信号的捕获处理方法，其特征在于，步骤(4)中，利用低轨卫星的卫星位置和接收机位置进行低轨卫星导航增强信号的多普勒动态预测具体过程为：
3.根据权利要求1所述的一种高动态低轨卫星导航增强信号的捕获处理方法，其特征在于，步骤(5)具体过程为：
【技术特征摘要】
1.一种基于高中轨辅助的低轨卫星导航增强信号捕获方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高动态低轨卫星导航增强信号的捕获处理方法，其特征在于，步骤(4)中，利用低轨...
【专利技术属性】
技术研发人员：段召亮，徐如，陈锡春，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：
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