本發明涉及一種高精度衛星導航接收機，特別是一種衛星導航半周跳變抑制裝置。

背景技術：

載波環短暫失鎖，導致整周計數發生錯誤的現象稱為周跳，引起周跳的原因可分為兩類：接收信號變化和接收機故障。接收信號變化主要包括衛星信號中斷、接收信號功率降低、多徑信號的影響等；接收機發生故障時也可能引發周跳，如晶振不穩定，環路參數設置不合理等。此外，接收機受外部信號干擾時也可能發生周跳。對于衛星導航接收機而言，可以通過使用載波相位整周模糊度估計方法，其估計精度遠高于半周模糊度估計，能檢測出載波相位的整周跳變，然而無法檢測出載波相位的半周跳變。半周跳變會導致數據的反向，導致解算出錯。因此，檢測和抑制半周跳變是高精度衛星導航接收機的關鍵所在。

現有的半周跳變的檢測方法，都是在半周跳變產生之后做出檢測并校正，具有一定的時間滯后性。相比而言，抑制半周跳變是降低半周跳變發生的幾率。目前，抑制半周跳變的主要方法是通過改變環路參數設置。例如，可以通過將環路濾波器的階數降低，利用二階環或者一階環穩定環路進行跟蹤。然而，低階環路在高動態環境下不能對衛星導航信號進行很好的跟蹤。并且，在發生外部干擾和電磁雜波干擾的情況，一階和二階環路依然無法避免半周跳變的發生。因此，比較常見的方法，是通過對環路濾波器的輸入做限幅處理，讓環路在外界干擾或者電路雜波干擾的情況下不發生半周跳變。目前限幅方法多數用于瞬時的環路輸入。發明專利“一種基于相位誤差限幅處理的載波相位周跳抑制方法”(公開號：CN105717526)采用了瞬時幅度限制和累積幅度限制的方式。然而，此方法的瞬時限幅函數非連續，并且累加限幅函數也是具有一定的間斷性，在實際應用系統中具有一定的局限性。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種衛星導航半周跳變抑制裝置。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種衛星導航半周跳變抑制裝置，包括：

天線：用于接收所需頻點的射頻信號；

射頻模塊：用于將所需頻點的射頻信號下變頻到中頻信號；

捕獲模塊：用于捕獲所述中頻信號的基帶信號；

跟蹤模塊：用于跟蹤鎖定所述基帶信號；

鑒相器：用于對跟蹤模塊輸出的信號的載波相位進行鑒相；

瞬時限幅器：用于對鑒相器輸出的信號做瞬時限幅處理；

環形累加限幅器：用于對瞬時限幅處理后的結果進行累加限幅處理；

環路濾波器：用于對累加限幅處理后的數據進行濾波，然后將濾波結果

送入到所述跟蹤模塊，繼續下一次跟蹤檢測和處理，同時，環形累加限

幅器的累加值送入瞬時限幅器，以便瞬時限幅器做限幅值的設定。

所述瞬時限幅值的限幅函數為：

條件1：

|x(k)|＜X_L1或者(x(k)＜X_L2and c(k)≤-C_L2)或者x(k)＜-X_L2且c(k)≥C_L2)；

條件2：x(k)＞X_L1且c(k)＞-C_L2；

條件3：x(k)＜-X_L1且c(k)＜C_L2；

條件4：x(k)≥X_L2且c(k)≤-C_L2；

條件5：x(k)≤-X_L2且c(k)≥C_L2；

其中，x(k)表示鑒相器在第k時刻的輸出信號，也是瞬時限幅器在k時刻的輸入信號；y(k)表示瞬時限幅器在k時刻的輸出信號；c(k)表示累加限幅器的累加值，即X_L1為瞬時限幅器的第一層限幅值，X_L2為瞬時限幅器的第二層限幅值，C_L1是環形累加限幅器的累加值門限；C_L2是輸入到瞬時限幅器中的環形累加限幅器條件門限值。

所述環形累加寄存器的長度設置為一個電文數據時間寬度(GPS信號的電文數據時間寬度為20ms，北斗非GEO星的電文數據時間寬度為20ms，GLONASS信號的電文數據時間寬度為10ms)除以鑒相器的輸入時間寬度。

環形累加限幅器的限幅函數為：

其中，z(k)為環形累加限幅器的輸出；當環形累加限幅器的累加值的絕對值超過C_L1時，環形累加限幅器的限幅值設置為z(k)＝y(k)-(c(k)-C_L1)，同時將環形累加限幅器的累加值c(k)更新為c(k)＝c(k)-y(k)+z(k)送給瞬時限幅器。

所述瞬時限幅器的第一層限幅值設置為X_L1＝π/6，環形累加限幅器的累加值門限設置為C_L1＝π/2；當環形累加限幅器的累加值超過C_L2＝π/3的時候，設置瞬時限幅器的第二層限幅值X_L2＝π/4。

與現有技術相比，本發明所具有的有益效果為：本發明利用滑動窗口的機制，設置環形寄存器，利用瞬時限幅器和累加限幅器相互配合的方式，從而達到半周跳變抑制的目的，本發明的方法通用性強，容易實現。

附圖說明

圖1為本發明裝置結構框圖；

圖2為本發明基于環形累加限幅器的半周跳變統計圖；

圖3為本發明基于瞬時限幅器的半周跳變統計圖；

圖4為本發明無限幅器的半周跳變統計圖。

具體實施方式

如圖1所示。其中，各個模塊的功能和整體實現流程如下：

步驟1：通過射頻通道分別將所需頻點的射頻信號下變頻到中頻信號；

步驟2：中頻信號經過捕獲模塊進行下變頻成，并且被捕獲；

步驟3：捕獲的基帶信號經過跟蹤模塊被跟蹤鎖定；

步驟4：跟蹤鎖定的基帶信號進入鑒相器，對信號的載波相位進行鑒相；

步驟5：鑒相結果送入瞬時限幅器做瞬時限幅處理；

步驟6：瞬時限幅的結果送入環形累加限幅器進行累加限幅處理；

步驟7：累加限幅后的數據送入環路濾波器濾波，濾波器的結果送入到跟蹤模塊，繼續下一次跟蹤檢測和處理。與此同時，累加限幅器的累加值送入瞬時限幅器，以便瞬時限幅器做限幅值的設定。

本發明提出的半周跳變抑制的原理和具體實現過程包括：

1、判斷信號是否被跟蹤鎖定，如果信號鎖定，才進行限幅處理，否則不進行限幅處理；

通過利用鎖定標志位進行信號跟蹤鎖定狀態檢測。

2、瞬時限幅器結構。

瞬時限幅器對鑒相器的結果進行限幅處理，同時瞬時限幅值又受到累加限幅值的影響。

其中，x(k)表示鑒相器在第k時刻的輸出信號，也是瞬時限幅器在k時刻的輸入信號；y(k)表示瞬時限幅器在k時刻的輸出信號；c(k)表示累加限幅器的累加值，即與傳統的限幅器不同，本發明實行了兩級限幅，并且瞬時限幅器的輸出與累加限幅器的累加值相關。

3、環形累加限幅器結構。

利用滑動窗口的機制，設置環形寄存器，將瞬時限幅輸出的信號進行累加限幅判斷，進而輸出經過累加限幅器之后的值。環形累加寄存器的長度設置為一個電文數據時間寬度除以鑒相器的輸入時間寬度，即N_c＝T_d/T_p。以北斗導航的MEO星的B1頻點為例，一個電文的數據時間寬度為20ms，假設鑒相器輸入為4ms的積分累積值，那么環形累加寄存器的長度為其中，z(k)為累加限幅器的輸出。當累加限幅器的累加值的絕對值超過C_L1時，累加限幅器的限幅值設置為z(k)＝y(k)-(c(k)-C_L1)，同時將累加限幅器的累加值c(k)更新為c(k)＝c(k)-y(k)+z(k)送給瞬時限幅器。

4、瞬時限幅器和環形累加限幅器的參數設置

此瞬時限幅器和環形累加限幅器的參數較多，并且相互影響，因此需要進行設置。首先考慮信號的瞬時限幅，考慮到信號鎖定以后，不會出現大的信號相位波動，通過大規模數據實驗發現，以下參數設置最符合實際要求，將瞬時限幅器的第一層限幅值設置為X_L1＝π/6，累加限幅器的累加值門限設置為C_L1＝π/2。當累加限幅器的累加值超過C_L2＝π/3的時候，設置瞬時限幅器的第二層限幅值X_L2＝π/4。其基本原因為，當累加限幅器的累加值過大之后，如果下一個時刻的瞬時限幅器的值與從環形累加限幅器反饋的累加值不同符號時，應當放寬瞬時限幅器的限幅值。

5、半周跳變統計分析

圖2、3、4分別表示，基于本發明的環形累加限幅器，基于瞬時限幅器，和無限幅器的半周跳變統計分析圖。從圖中可以發現，本發明的環形累加限幅器能夠有效地抑制半周跳變，并且使得信號一直處于跟蹤鎖定狀態，而瞬時限幅器對于半周跳變的抑制并不明顯，無限幅器的情況下信號甚至容易發生失鎖。