無(wú)碼載波頻率初值估計(jì)與導(dǎo)航星識(shí)別

盧　歡, 郁　豐, 劉　瑩, 朱海微

(1.南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院, 江蘇 南京 210016; 2. 南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院,江蘇 南京 210016; 3. 上海衛(wèi)星工程研究所, 上海 200240)

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無(wú)碼載波頻率初值估計(jì)與導(dǎo)航星識(shí)別

盧歡1, 郁豐2, 劉瑩3, 朱海微2

(1.南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院, 江蘇 南京 210016; 2. 南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院,江蘇 南京 210016; 3. 上海衛(wèi)星工程研究所, 上海 200240)

當(dāng)導(dǎo)航衛(wèi)星的民碼信號(hào)不可用時(shí),利用無(wú)碼載波恢復(fù)技術(shù)測(cè)量各個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星的多普勒頻移能夠?qū)崿F(xiàn)多普勒定軌。針對(duì)偽碼未知的情況,提出了基于相位補(bǔ)償及數(shù)據(jù)塊累加來(lái)增強(qiáng)信號(hào),并結(jié)合快速傅里葉變換估計(jì)載波頻率的方法;為解決無(wú)碼條件下的導(dǎo)航衛(wèi)星識(shí)別問(wèn)題,提出了一種基于多普勒頻移特征的導(dǎo)航星識(shí)別方法,研究了基于三分法快速搜索優(yōu)化平移量的匹配算法,并采用全局匹配、局部剔除的策略來(lái)提高衛(wèi)星識(shí)別的全局可信度。仿真結(jié)果表明,對(duì)于80ms的衛(wèi)星中頻數(shù)據(jù),無(wú)碼載波頻率估計(jì)誤差保持在7Hz之內(nèi),并且正確估計(jì)的衛(wèi)星數(shù)在9顆以上;在考慮先驗(yàn)參數(shù)不精準(zhǔn)及測(cè)量誤差的情況下,正確識(shí)別的衛(wèi)星數(shù)大多為6顆及以上,滿足定軌要求的最少衛(wèi)星數(shù)目。

定軌; 無(wú)碼; 頻率估計(jì); 衛(wèi)星識(shí)別; 匹配

0　引　言

衛(wèi)星軌道參數(shù)的精密測(cè)定是衛(wèi)星應(yīng)用的基礎(chǔ)。多普勒定軌是一種測(cè)定衛(wèi)星軌道參數(shù)的重要方式。目前主要有兩種多普勒定軌方式,一種是利用跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)(trackinganddatarelaysatellitesystem,TDRSS)單向多普勒信息測(cè)定衛(wèi)星的軌道[1-2],其測(cè)軌原理是中繼衛(wèi)星發(fā)射帶有自身位置信息的信標(biāo)信號(hào),衛(wèi)星接收后,利用超穩(wěn)晶振提取單向多普勒信息,并根據(jù)這些多普勒信息計(jì)算出自己的軌道[2-4];另一種是地基多普勒定軌系統(tǒng),當(dāng)衛(wèi)星過(guò)境時(shí),利用多普勒頻移計(jì)算出衛(wèi)星相對(duì)地面站的速度進(jìn)而確定衛(wèi)星軌道參數(shù)[5-8]。

當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航信息的偽隨機(jī)碼不可知,即衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在特定區(qū)域徹底關(guān)閉了明碼信號(hào),就不能使用傳統(tǒng)的定軌方式測(cè)定軌道參數(shù)。本文提出了一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的新的多普勒定軌方法,其基本實(shí)現(xiàn)原理是在無(wú)需偽碼的條件下實(shí)現(xiàn)載波頻率初值估計(jì),作為載波跟蹤環(huán)的本地頻率初值,恢復(fù)出目標(biāo)載波,并測(cè)量出各個(gè)導(dǎo)航星信號(hào)的多普勒頻移,然后采用一定的匹配算法尋找出某頻移對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星,將導(dǎo)航衛(wèi)星當(dāng)作頻率已知的無(wú)線電信標(biāo),從而建立高精度測(cè)量模型,結(jié)合軌道動(dòng)力學(xué)模型,采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)融合算法估計(jì)出高精度軌道參數(shù)。其中,載波跟蹤環(huán)跟蹤恢復(fù)載波的條件是得到載波頻率的初始估計(jì)值。傳統(tǒng)的捕獲環(huán)節(jié)利用偽隨機(jī)碼良好的相關(guān)特性,完成載波頻率和碼相位的粗略估計(jì),實(shí)現(xiàn)跟蹤通道初始化[9-10]。但是,由于平方削弱了信號(hào)強(qiáng)度,對(duì)平方消碼信號(hào)直接進(jìn)行快速傅里葉變換(fastFouriertransform,FFT),幾乎檢測(cè)不到超過(guò)閾值的尖峰;而且高動(dòng)態(tài)條件下的多普勒頻移搜索范圍為幾十kHz[11-16],若采用逐步搜索法,會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間。所以,載波頻率估計(jì)值的獲取以及各個(gè)多普勒頻移對(duì)應(yīng)哪顆導(dǎo)航衛(wèi)星是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

載波頻率初值估計(jì)是獲取載波的初始頻率,能否正確估計(jì)初值將直接影響到平方環(huán)能否正常工作。文獻(xiàn)[17]提到了基于相位補(bǔ)償、同步數(shù)據(jù)塊累加及FFT變換的捕獲技術(shù):考慮Lms(L≤20)的衛(wèi)星中頻數(shù)據(jù),以1ms(偽碼周期)為單位分割為L(zhǎng)個(gè)長(zhǎng)度相同的數(shù)據(jù)塊。經(jīng)過(guò)相位補(bǔ)償和數(shù)據(jù)塊累加后,分析信號(hào)頻譜得到載波頻率的估計(jì)值[17-19]。但是,該算法受數(shù)據(jù)碼周期的限制,最多只能考慮20ms的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度;對(duì)累加后的信號(hào)做頻譜分析,并不是所有衛(wèi)星的信號(hào)都會(huì)呈現(xiàn)明顯的尖峰,往往是信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)的3顆衛(wèi)星的信號(hào)會(huì)有超過(guò)閾值的尖峰,正確估計(jì)頻率的衛(wèi)星數(shù)量較少。本文對(duì)該算法做了適應(yīng)性的調(diào)整,平方消除了中頻信號(hào)的調(diào)制碼,使分塊累加的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度擺脫了數(shù)據(jù)碼周期的限制,使其在偽碼未知情況下可以正確估計(jì)較多的衛(wèi)星數(shù)量。

在通常的衛(wèi)星導(dǎo)航中,是通過(guò)偽碼匹配的方式來(lái)識(shí)別導(dǎo)航衛(wèi)星的,但是無(wú)碼載波恢復(fù)技術(shù)[20-22]僅能得到不同頻移的單載波信號(hào)。限于調(diào)研的文獻(xiàn),目前國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有應(yīng)用于無(wú)碼條件下的匹配方法,所以本文提出了基于多普勒頻移的導(dǎo)航衛(wèi)星識(shí)別方法。用戶衛(wèi)星初始軌道可以認(rèn)為是已知的,而導(dǎo)航衛(wèi)星的星歷可以通過(guò)地面上注,所以可以計(jì)算得到一系列多普勒頻移的先驗(yàn)值。由于接收機(jī)時(shí)鐘頻差的存在,多普勒頻移的先驗(yàn)值與實(shí)測(cè)值有固定的頻率差,通過(guò)整體平移使得殘差最小,從而識(shí)別導(dǎo)航衛(wèi)星并獲取接收機(jī)時(shí)鐘頻差。

無(wú)碼載波頻率初值估計(jì)及導(dǎo)航衛(wèi)星識(shí)別技術(shù)是無(wú)碼多普勒定軌的關(guān)鍵技術(shù),其原理框圖如圖1所示。本文提出了基于相位補(bǔ)償及數(shù)據(jù)塊累加來(lái)增強(qiáng)信號(hào)并通過(guò)FFT估計(jì)載波頻率的方法和基于多普勒頻移特征的導(dǎo)航星識(shí)別技術(shù),用于實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的初始化,為實(shí)現(xiàn)無(wú)碼多普勒定軌提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

圖1　無(wú)碼載波頻率初值估計(jì)及導(dǎo)航星識(shí)別技術(shù)Fig.1　Codeless carrier frequency initial value estimation and navigation satellite recognition

1　無(wú)碼載波頻率初值估計(jì)方法

為了獲得無(wú)碼載波跟蹤環(huán)的初始頻率,本文提出相位補(bǔ)償及數(shù)據(jù)塊累加來(lái)增強(qiáng)信號(hào)并結(jié)合FFT算法估計(jì)載波頻率的方法,原理分析如下。

衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)射頻前端下變頻得到中頻復(fù)信號(hào),中頻數(shù)據(jù)可表示為

(1)

式中,A為信號(hào)的幅度;C(t)為偽隨機(jī)噪聲碼,取值為±1;D(t)為導(dǎo)航數(shù)據(jù)碼,取值為±1;f為實(shí)際的載波頻率;n(t)為噪聲信號(hào)。

對(duì)中頻信號(hào)r(t)平方消碼:

(2)

處于+1狀態(tài)的調(diào)制碼,經(jīng)平方后均為+1,而+1不改變信號(hào)相位和載波頻率。平方后的載波信號(hào)變?yōu)檫B續(xù)的二倍頻載波,其他兩項(xiàng)頻譜依然是噪聲,用n′(t)表示。

由于信號(hào)疊加可增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度,所以考慮將平方信號(hào)以T為單位分成L個(gè)數(shù)據(jù)塊,對(duì)L個(gè)數(shù)據(jù)塊疊加:

(3)

所以,本地產(chǎn)生一個(gè)頻率為Δf的載波調(diào)整信號(hào)p(t),對(duì)r2(t)進(jìn)行相位補(bǔ)償:

(4)

載波調(diào)整信號(hào)的引入只改變了載波頻率,與噪聲相乘依然是噪聲。類似地,將相位補(bǔ)償后的信號(hào)以T為單位分為L(zhǎng)個(gè)數(shù)據(jù)塊,并對(duì)L個(gè)數(shù)據(jù)塊累加:

(5)

式中,f′=2f+Δf。

當(dāng)f′T=M是一個(gè)整數(shù)時(shí),才有

(6)

若數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度T=1ms,f′T是整數(shù)的條件就是f′是1kHz的整數(shù)倍,Δf的搜索范圍是[0kHz,1kHz]。

當(dāng)式(6)成立時(shí),累加后的數(shù)據(jù)可表示為

(7)

平方信號(hào)經(jīng)相位補(bǔ)償和數(shù)據(jù)塊累加得到了一個(gè)被放大L倍的信號(hào)。對(duì)增強(qiáng)后的信號(hào)做FFT運(yùn)算,尋找超過(guò)門限值的頻譜峰值,將尖峰對(duì)應(yīng)的頻率值減去Δf再除以2,結(jié)果就對(duì)應(yīng)某個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的實(shí)際載波頻率。

無(wú)碼載波頻率初值估計(jì)算法如圖2所示。

圖2　無(wú)碼載波初值估計(jì)算法流程圖Fig.2　Chart of codeless carrier frequency initial value estimation

2　導(dǎo)航衛(wèi)星識(shí)別匹配算法

利用得到的頻率估計(jì)值作為平方環(huán)的頻率初值,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)載波的連續(xù)跟蹤,獲得了一系列的多普勒頻移,但是每個(gè)多普勒頻移對(duì)應(yīng)哪顆導(dǎo)航衛(wèi)星仍然是未知的。傳統(tǒng)的偽碼匹配識(shí)別導(dǎo)航衛(wèi)星的方法已經(jīng)失效。本文提出了一種基于多普勒頻移特征識(shí)別導(dǎo)航衛(wèi)星和估計(jì)頻差的算法,具體分析如下。

2.1基于頻移特征的導(dǎo)航星識(shí)別與頻差估計(jì)指標(biāo)

假設(shè)用戶衛(wèi)星接收到第k顆導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào),則接收機(jī)測(cè)量的多普勒頻移可以表示為

(8)

已知初始軌道及上注的導(dǎo)航衛(wèi)星的星歷,可計(jì)算得到一系列先驗(yàn)多普勒頻移:

(9)

(10)

但是,先驗(yàn)根數(shù)的不精準(zhǔn)、噪聲以及測(cè)量誤差等因素使得兩種頻率并不能完全匹配。在大多數(shù)頻率對(duì)齊的基礎(chǔ)上,采用全局匹配、局部剔除的策略。即在e最小的情況下,若某顆衛(wèi)星的匹配殘差與總體誤差的比值超過(guò)門限值M,則剔除對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)多普勒頻移。剔除多普勒頻移的條件可表示為

(11)

2.2匹配算法優(yōu)化

(12)

在兩種頻率幾乎對(duì)齊時(shí),e有一個(gè)最小值,所以采用三分法尋找優(yōu)化平移量,算法步驟如下。

圖3　三分法的3種情況Fig.3　Three kinds of situation of trichotomy

步驟 3重復(fù)執(zhí)行步驟1、步驟2,直到m1、m2的距離小于設(shè)定閾值,取(m1+m2)/2為優(yōu)化平移量。

3　仿真及分析

為了對(duì)無(wú)碼載波頻率初值估計(jì)方法和導(dǎo)航星識(shí)別匹配算法進(jìn)行驗(yàn)證,本文搭建了衛(wèi)星捕獲的仿真平臺(tái),其中導(dǎo)航衛(wèi)星星座由24顆全球定位系統(tǒng)(global positioning system,GPS)衛(wèi)星組成,用戶衛(wèi)星的初始位置(單位：m)為p=[6 878 137,0,0],初始速度(單位：m/s)為v=[0,-981,7 549];信號(hào)載噪比為45 dB-Hz,下變頻后信號(hào)的中頻為0.204 6 MHz,中頻數(shù)據(jù)采樣頻率為1.023 MHz;鎖相環(huán)阻尼因子為0.637,環(huán)路帶寬為20 Hz,積分時(shí)間為5 ms,壓控振蕩器靈敏度為0.008 5 Hz/V;接收機(jī)時(shí)鐘頻率誤差δf=45 Hz。由無(wú)碼載波頻率估計(jì)技術(shù)的理論分析可知,累加可以增加信號(hào)強(qiáng)度,所以考慮80 ms的數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)塊越長(zhǎng),搜索范圍越小,所得的搜索頻率越精確,所以選擇數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度為4 ms,對(duì)應(yīng)的搜索頻率范圍是[0 Hz,250 Hz],搜索步長(zhǎng)選為6.25 Hz,可產(chǎn)生41個(gè)候選頻率。無(wú)碼載波頻率估計(jì)方法的估計(jì)頻率誤差如圖4所示。從圖4中可知,估計(jì)誤差范圍為±5 Hz,與上述分析的理論值6.25 Hz相符。

圖4　載波頻率估計(jì)初值與頻率真實(shí)值的差值Fig.4　Difference value of carrier frequency 　　　estimated initial value and real value

常規(guī)的捕獲算法為基于FFT的并行捕獲算法,設(shè)置頻率搜索步長(zhǎng)為50 Hz,則由該算法所得的載波頻率和碼相位的捕獲估計(jì)值如圖5所示。從圖5中可得頻率和相位估值分別為67 350 Hz和351碼片。這種算法的頻率估計(jì)誤差如圖6所示,估計(jì)誤差范圍為±35 Hz。

圖5　基于FFT的并行捕獲實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.5　Result of the experiment of FFT parallel capture

圖6　并行捕獲算法頻率估計(jì)誤差Fig.6　Error of FFT parallel capture

常規(guī)算法若要取得與本文算法一致的精度,需要將搜索補(bǔ)償減小為5 Hz,需要搜索的頻率點(diǎn)數(shù)目為(75 000/5=15 000)次,在不考慮偽碼搜索的前提下,運(yùn)算次數(shù)已經(jīng)很龐大了。在本文的估計(jì)算法中,需要41次FFT運(yùn)算可以獲得載波頻率估計(jì)值。所以從運(yùn)算量上看,本文的頻率估計(jì)算法運(yùn)算量較小。

表1　多普勒頻移優(yōu)化平移先驗(yàn)值、測(cè)量值及頻差絕對(duì)值

正確識(shí)別的衛(wèi)星數(shù)目是評(píng)價(jià)識(shí)別算法最重要的參數(shù),對(duì)定軌的實(shí)現(xiàn)有直接的影響;導(dǎo)航星正確識(shí)別的概率也是評(píng)價(jià)識(shí)別算法的一個(gè)指標(biāo),將正確識(shí)別的衛(wèi)星數(shù)目與可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)目的比值作為評(píng)價(jià)的依據(jù)。圖7為100s(以1s為步長(zhǎng),每秒跟蹤400ms的衛(wèi)星中頻信號(hào))內(nèi),正確識(shí)別衛(wèi)星的數(shù)目,從圖7中可以看出,正確識(shí)別的衛(wèi)星只在2s、76s、78s的時(shí)刻為5顆,大部分時(shí)間為6顆及以上,超出了定軌要求的最少衛(wèi)星數(shù)目;圖8為100s內(nèi)衛(wèi)星正確識(shí)別的概率。從圖8中可看出,識(shí)別正確率極少數(shù)為0.6,大部分在0.8附近。

圖7　正確識(shí)別的衛(wèi)星數(shù)目Fig.7　Number of properly identify satellites

圖8　導(dǎo)航衛(wèi)星正確識(shí)別的概率Fig.8　Probability of properly identify of satellites

(1) 先驗(yàn)根數(shù)的不準(zhǔn)確對(duì)匹配的影響

使用衛(wèi)星軌道真值獲得多普勒頻移的真實(shí)值,軌道參數(shù)插值獲得多普勒頻移先驗(yàn)值。兩組頻率的差值即為先驗(yàn)根數(shù)不精準(zhǔn)對(duì)匹配的影響。以第8顆可見(jiàn)衛(wèi)星為例,頻差如圖9所示,從圖中可以看出,先驗(yàn)根數(shù)的不精準(zhǔn)產(chǎn)生多普勒頻移誤差為±0.15Hz,對(duì)匹配的影響較小。

(2) 測(cè)量誤差對(duì)匹配的影響

由軌道真值獲得多普勒頻移的真實(shí)值,由平方環(huán)獲得多普勒頻移的測(cè)量值,兩種頻率的差值即為環(huán)路的測(cè)量誤差。以第5顆可見(jiàn)星為例,所得頻差如圖10所示。從圖中可以看出,環(huán)路穩(wěn)定時(shí),頻差在均值為0,波動(dòng)為±15Hz的范圍內(nèi)振動(dòng)。這說(shuō)明測(cè)量誤差對(duì)匹配的影響比較大。所以,測(cè)量誤差是多普勒頻移誤匹配的主要原因。

圖9　多普勒頻移的真實(shí)值與先驗(yàn)值之差Fig.9　Difference frequency of empirical value and real frequency

圖10　多普勒頻移的真實(shí)值與測(cè)量值之差Fig.10　Difference frequency of empirical value and measurement

4　結(jié)　論

本文提出了一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的新的多普勒定軌方法,并研究了其關(guān)鍵技術(shù):無(wú)碼載波頻率初值估計(jì)和導(dǎo)航衛(wèi)星的識(shí)別匹配。本文首先提出了基于相位補(bǔ)償和數(shù)據(jù)塊累加提高信號(hào)強(qiáng)度,并通過(guò)FFT估計(jì)載波頻率的方法;接著對(duì)提出的基于多普勒頻移特征的導(dǎo)航衛(wèi)星識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了闡述,使用三分法尋找優(yōu)化平移量,提高了衛(wèi)星識(shí)別的效率;最后利用仿真的中頻數(shù)據(jù)對(duì)兩種算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明,在偽碼未知條件下,無(wú)碼載波初值估計(jì)算法大多數(shù)時(shí)間里可以正確估計(jì)9顆衛(wèi)星;在各種誤差存在的情況下,導(dǎo)航衛(wèi)星識(shí)別算法基本可以正確識(shí)別6顆及以上的衛(wèi)星,滿足定軌要求。

[1]NingXL,FangJC.Spacecraftautonomousnavigationusingunscentedparticlefilter-basedcelestialDopplerinformationfusion[J].Measurement Science & Technology,2008, 19(9):44-46.

[2]GramlingCJ,LongAC.AutonomousnavigationusingtheTDRSSonboardnavigationsystem(TONS)[J].Advances in Space Research, 1995, 16(12):77-80.

[3]WangFX,LuBY,ZhouZM.ResearchonautonomousnavigationmethodusingTDRSS[J].Space Electronic Technology,2005,2(3):8-13. (王飛行,陸必應(yīng),周智敏.利用TDRSS自主導(dǎo)航定位的方法研究[J].空間電子技術(shù)2005,2(3):8-13.)

[4]WuTY,WuSQ.ComparisonbetweenseveralsatelliteconstellationschemesforME-OTDRSSofChina[J].Journal of Systems Engineering and Electronics, 2008,19(5):907-913.

[5]ZhaoL,DingJC,MaXF. Satellite navigation principles and applications[M].Xi’an:NorthwesternPolytechnicalUniversityPress, 2011:78-110.(趙琳,丁繼成,馬雪飛. 衛(wèi)星導(dǎo)航原理與應(yīng)用[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2011:78-110.)

[6]TsuiJ. Fundamentals of global positioning system receivers-a software approach[M].Hoboken,NJ:Wiley, 2005: 224-270.

[7]KaplanED,HegartyC. Understanding GPS: principles and applications[M].2nded.Boston:ArtechHouse,2006: 153-240.

[8]MisraP,EngeP. Global positioning system: signals, measurements and performance[M].Lincoln:GangaJamunaPress, 2006: 431-498.

[9]ZengQX,TangLL,WangQ,etal.AcquisitionoffinecarrierfrequencyunderwidecarriertonoiseratioinGPSsoft-warereceivers[J].Journal of Chinese Inertial Technology,2013,21(4):500-505.(曾慶喜,唐琳琳,王慶,等.GPS軟件接收機(jī)寬載噪比載波頻率精確捕獲策略[J].中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào),2013,21(4):500-505.)

[10]ZhangWM,ZhouYY,JiangL.AnalysisofthesignalacquisitionperformanceoftheGPS[J].Systems Engineering and Electronics, 2012, 34(10):73-75.(張文明,周一宇,姜利.GPS信號(hào)捕獲性能的分析[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2012,34(10):73-75.)

[11]DongZH,WuSL.NewacquisitionmethodforDSSSwithlargeDoppler[J].Systems Engineering and Electronics,2008, 30(8):1424-1426.(董智紅,吳嗣亮. 大多普勒偏移下直接序列擴(kuò)頻信號(hào)捕獲新方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2008,30(8):1424-1426.)

[12]PsiakiML.BlockacquisitionofweakGPSsignalsinasoftwarereceiver[C]∥Proc.of the Institute of Navigation GPS, 2001:2838-2850.

[13]SpangenbergSM,ScottI,McLaughlinS,etal.AnFFT-basedapproachforfastacquisitioninspreadspectrumcommunicationsystems[J].Wireless Personal Communications,2000,13(1/2):27-55.

[14]BetzJ,CapozzaP,FiteJ.Systemfordirectacquisitionofreceivedsignals[P].US:20040071200,2004.

[15]PatelV,ShuklaP.FastermethodsforGPSsignalacquisitioninfrequencydomain[C]∥Proc.of the IEEE International Conference on Emerging Trends in Networks and Computer Communications, 2011: 84-88.

[16]ZhuXF,ChenXY,TuGY,etal.Newhigh-sensitivityacquisitionmethodandimplementationforGNSSsoftwarereceiver[J].Systems Engineering and Electronics, 2009,31(9): 2055-2058. (祝雪芬,陳熙源,涂剛毅,等.GNSS軟件接收機(jī)新型高靈敏度捕獲算法及實(shí)現(xiàn)[J].系統(tǒng)工程與電子術(shù)，2009,31(9):2055-2058.)

[17]LuY. GPS global positioning receiver-principle and software implementation[M].Beijing:ElectronicIndustryPress, 2009:58-67.(魯郁.GPS全球定位接收機(jī)——原理與軟件實(shí)現(xiàn)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009:58-67.)

[18]ChenK,WangSC,ZhaoX,etal.Delayingwithmultiplyingandsynchronousdatablockaccumulation-basedalgorithmforGPSsignalacquisition[J].Science Technology and Engineering, 2012, 36(12):9845-9850. (陳科,王仕成,趙欣,等. 基于延時(shí)相乘和同步數(shù)據(jù)塊累加的GPS捕獲算法[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2012,36(12):9845-9850.)

[19]BorioD.Squaringandcross-correlationcodelesstracking:analysisandgeneralisation[J].IET Radar,Sonar and Navigation,2011,5(9): 958-969.

[20]BorioD,RaoM,DriscollCO.Codelessprocessingofbinaryoffsetcarriermodulatedsignals[J].IET Radar, Sonar and Navigation, 2013, 7(2): 143-152.

[21]JewellD.GPSL2P(Y)phaseshift[J].GPS World, 2010, 21(1):22-23.

[22]MaJW.Codelessandsemi-codelesstrackingtechnologyresearchandimplementationintheGPSreceiver[J].Science and Technology Information, 2014,12(4): 165-166.(麻軍偉.GPS接收機(jī)無(wú)碼半無(wú)碼跟蹤技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].科技信息,2014,12(4):165-166.)

Codeless carrier frequency initial value estimation andnavigationsatelliterecognition

LU Huan1, YU Feng2, LIU Ying3, ZHU Hai-wei2

(1.College of Automation Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics,Nanjing 210016, China; 2. College of Astronautics, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics,Nanjing 210016, China;3.Shanghai Institute of Satellite Engineering, Shanghai 200240, China)

ThereisawayofDopplerorbitdeterminationthatrecoverscarriersignaleffectively,andmeasurestheDopplerfrequencyshiftpreciselywhencivilcodesofsatellitenavigationsignalsarenotavailable.Forunknownpseudo-code,amethodbasedonphasecompensationanddatablockaccumulationispresentedtoestimatethecarrierfrequencyofthesquaresignalaccurately.Forcodelessnavigationsatelliteidentification,amethodbasedonthecharacteristicsofDopplerfrequencyshiftisproposed,andtheclockfrequencyoffsetofthereceiverisreceived,andthematchalgorithmbasedonthethreepointsmethodisresearched.Theglobalmatch,localeliminationstrategyisadopttoimprovethereliabilityofsatelliterecognition.Thesimulationrevealsthatcodelesscarrierfrequencyestimationerroriswithin7Hz,andthenumberofsatellitesestimatedcorrectlyis9ormore.Consideringtheinaccuracypriorparametersandmeasurementerrors,atleast6satellitesareidentifiedcorrectly,whichsatisfiestherequirementoforbitdeterminationofsatellites.

orbitdetermination;codeless;frequencyestimation;satelliterecognition;match

2015-06-24；

2015-12-18；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期：2016-07-05。

國(guó)家自然科學(xué)基金(61203197)；上海航天科技創(chuàng)新基金(SAST201424)資助課題

V448.2

ADOI:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.10.20

盧歡(1992-),女,碩士研究生,主要研究方向?yàn)樾l(wèi)星軟件接收機(jī)衛(wèi)星應(yīng)用。

E-mail:luhuan5566@126.com

郁豐(1980-),男,副研究員,博士,主要研究方向?yàn)槲⑿⌒l(wèi)星姿態(tài)軌道控制技術(shù)、航天器自主導(dǎo)航。

E-mail:yufeng@nuaa.edu.cn

劉瑩(1988-),女,助理工程師,碩士,主要研究方向?yàn)樾⌒l(wèi)星、納米衛(wèi)星技術(shù)。

E-mail:xy1617@qq.com

朱海微(1993-),女,碩士研究生,主要研究方向?yàn)樾l(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航及組合導(dǎo)航系統(tǒng)。

E-mail:zhhwwei@163.com

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20160705.1730.010.html