專利名稱：定位接收機載波頻率預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及擴頻通信中偽隨機碼的快速搜索方法，尤其涉及定位接收機載波頻率預(yù)測技術(shù)。
背景技術(shù)：
在衛(wèi)星定位技術(shù)中，衛(wèi)星信號的捕獲和跟蹤通常分為搜索、確認、牽引、跟蹤幾個階段。 圖l為衛(wèi)星信號的調(diào)制方式，衛(wèi)星信號由載波經(jīng)過偽隨機碼的調(diào)制產(chǎn)生。接收機通過本地
為隨機碼產(chǎn)生器產(chǎn)生與衛(wèi)星信號同步的偽隨機碼和載波，從而實現(xiàn)衛(wèi)星信號的跟蹤和解調(diào)，
進而實現(xiàn)定位。
通常的衛(wèi)星定位接收機中，狀態(tài)遷移如圖2所示，根據(jù)輸入信號的處理結(jié)果，在搜索、確 認、牽引和跟蹤四個狀態(tài)之間變化。進入跟蹤狀態(tài)表示定位準(zhǔn)備工作完成。
雖然衛(wèi)星信號的中心頻率已知，但是由于衛(wèi)星信號多普勒頻移的存在，接收機必須先確 定衛(wèi)星信號的頻率和碼偏移。這意味著，接收機必須在頻率和碼偏移兩個自由度上搜索衛(wèi)星 信號。衛(wèi)星信號的搜索通常耗時很長，是定位接收機定位時間的重要組成部分，嚴(yán)重制約了 定位接收機的性能。目前主要有兩種搜索方法，串行相關(guān)和快速傅立葉變換。由于快速傅立 葉變換對的系統(tǒng)的運算資源需求較大，串行相關(guān)仍然是被廣泛采用的一種方法。圖2為定位接 收機典型狀態(tài)遷移圖，圖3為傳統(tǒng)串行相關(guān)搜索衛(wèi)星信號的原理圖，相關(guān)器需要對每一個衛(wèi)星 信號、每一個頻點上的每一個碼偏移作相關(guān)積分，搜索相關(guān)峰值。 一個典型的搜索頻率間隔 為200Hz，碼偏移間隔為0.5碼片，較為通用的做法是，利用多個相關(guān)器并行搜索來縮短搜索 時間。
在搜索過程中，對于比較強的衛(wèi)星信號，在比較大的頻率范圍土700Hz內(nèi)都能夠檢測到該 信號的相關(guān)峰值。但是，載波環(huán)路的牽引范圍通常約為土300Hz，這會導(dǎo)致牽引失敗。圖4為 一個典型的牽引失敗的相關(guān)值的星座圖。
傳統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在這種情況下有兩個缺點， 一個是對牽引失敗的檢測，由于碼元頻率的 偏移非常小，碼元環(huán)路的存在使相關(guān)峰值長期存在，牽引成功或者失敗的判斷依據(jù)不能只依 靠相關(guān)峰值大小，而要引入前后相位關(guān)系， 一方面增加的系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜性，另一方面檢測時間也有所延長。另一個缺點是檢測到牽引失敗以后，系統(tǒng)只能退回搜索階段重新搜索，這 樣做延長了捕獲時間，降低了系統(tǒng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是由于載波搜索帶寬大于鎖相環(huán)牽引帶寬，在距離目標(biāo)頻 率較遠的頻點上即搜索出衛(wèi)星信號，但此時的頻點尚不在鎖相環(huán)牽引范圍內(nèi)，而導(dǎo)致鎖相環(huán) 牽引失敗，從而使系統(tǒng)性能下降，因此提出一種在確認和牽引之間增加一個頻率預(yù)測，通過 對確認過程中所得到的相關(guān)值進行分析，預(yù)測載波頻率的方法。
本發(fā)明實現(xiàn)的方法
定位接收機載波頻率預(yù)測方法，包括如下步驟-
1) 在信號搜索階段獲取當(dāng)前本地載波頻率和射頻前端中心頻率差值的符號；當(dāng)前本 地載波頻率大于等于射頻前端中心頻率時，頻率差值符號為+ l;當(dāng)前本地載波頻 率小于射頻前端中心頻率時，頻率差值符號為-l;
2) 在信號確認過程中記錄下每一個偽隨機碼所對應(yīng)的相關(guān)峰值矢量；
3) 根據(jù)信號確認過程的相關(guān)峰值判斷信號是否存在；
4) 在頻率預(yù)測階段，根據(jù)相關(guān)峰值矢量的差值計算出衛(wèi)星信號載波頻率和當(dāng)前本地 載波頻率的差值；
5) 濾除衛(wèi)星信號數(shù)據(jù)跳變和偶然信號的影響；
6) 根據(jù)當(dāng)前頻率偏差計算本地載波頻率的目標(biāo)值，并改變系統(tǒng)本振。 在搜索階段，根據(jù)系統(tǒng)已有信息，將衛(wèi)星信號載波頻率初始化為最可能頻率，或者當(dāng)沒
有已知信息時，將衛(wèi)星信號載波頻率初始化為射頻前端的中心頻率；計算一個偽隨機碼周期 內(nèi)的相關(guān)峰值；根據(jù)相關(guān)峰值判斷
1) 如果該峰值大于或者等于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的門限，則進入確認階段；
2) 如果該峰值小于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的門限，則改變偽隨機碼片偏移、本地載波頻率或 者衛(wèi)星編號，繼續(xù)搜索。
在所述頻率預(yù)測階段
1) 記錄三個偽隨機碼周期內(nèi)的同相和正交信號的相關(guān)峰值，根據(jù)相位關(guān)系剔除衛(wèi) 星信號數(shù)據(jù)符號跳變的影響，得到兩個有效點，分別記錄下這兩點的同相/正交 累加和，設(shè)為I"Q,和WQ(),其中，下標(biāo)l表示時間上后發(fā)生的點；
2) 根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù)結(jié)合偽隨機碼周期T，計算出衛(wèi)星信號載波頻率"^和當(dāng)前本地載波頻率W。的差值；
3) 根據(jù)當(dāng)前頻率偏差和搜索階段記錄的頻率差值符號計算本地載波頻率的目標(biāo)
值，并改變系統(tǒng)本振；
4) 轉(zhuǎn)入牽引階段。
當(dāng)零頻率點進入頻率預(yù)測階段時，當(dāng)前本地載波頻率等于射頻前端中心頻率，獲取的當(dāng) 前本地載波頻率和射頻前端中心頻率差值符號恒為+1，如果相關(guān)峰值依然存在，則轉(zhuǎn)入牽引 階段；如果相關(guān)峰值消失，則表示頻率差值符號相反，按反向頻率偏移重新調(diào)整系統(tǒng)本振。
本發(fā)明的有益效果-
將該方法應(yīng)用于全球定位接收機衛(wèi)星信號捕獲，可避免因鎖相環(huán)牽引失敗而再次重新搜 索，從而有效地縮短衛(wèi)星信號捕獲時間，提高定位接收機的性能，另外簡化的對于牽引失敗 的檢測機制。圖6為應(yīng)用本發(fā)明后牽引成功的相關(guān)值星座圖，從圖中可以看出在十個點內(nèi)鎖相 環(huán)已經(jīng)完成了對衛(wèi)星信號頻率的牽引；而未應(yīng)用本發(fā)明的傳統(tǒng)牽引方法則不能完成對信號的 牽引。利用本發(fā)明，可以將衛(wèi)星定位接收機的定位時間在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上縮短1 2秒。
本發(fā)明還可應(yīng)用于其他擴頻通信系統(tǒng)中，用以提高信號搜索的速度。


圖l衛(wèi)星信號的調(diào)制方式原理圖。
圖2定位接收機典型狀態(tài)遷移圖。
圖3傳統(tǒng)衛(wèi)星信號接收過程示意圖。
圖4牽引失敗時相關(guān)值的星座圖。
圖5應(yīng)用本發(fā)明的衛(wèi)星信號接收過程示意圖。
圖6應(yīng)用本發(fā)明后牽引成功的相關(guān)值星座圖。
具體實施例方式
參見圖5，定位接收機載波頻率預(yù)測方法的具體實現(xiàn)步驟如下 1.在搜索階段
1) 根據(jù)系統(tǒng)己有信息，初始化衛(wèi)星信號載波頻率為最可能頻率，在無已知信息的情 況下，初始化衛(wèi)星信號載波頻率為射頻前端的中心頻率；
2) 計算一個偽隨機碼周期內(nèi)的相關(guān)峰值。
3) 根據(jù)相關(guān)峰值判斷
a)如果該峰值大于或者等于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的門限，則進入確認階段。為頻率
6預(yù)測階段做準(zhǔn)備，此時系統(tǒng)需要記錄當(dāng)前本地載波頻率和射頻前端中心頻 率差值的符號+1 (當(dāng)前本地載波頻率大于等于射頻前端中心頻率)或者-l (當(dāng)前本地載波頻率小于射頻前端中心頻率)； b)如果該峰值小于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的門限，則改變偽隨機碼片偏移、本地載波 頻率或者衛(wèi)星編號，繼續(xù)搜索。
2. 確認階段
1) 在信號確認過程中記錄下每一個偽隨機碼所對應(yīng)的相關(guān)峰值矢量；
2) 根據(jù)信號確認過程的相關(guān)峰值判斷信號是否存在；
3) 如果連續(xù)若干偽隨機碼周期，相關(guān)峰值一直存在，則轉(zhuǎn)入頻率預(yù)測階段，否則為 虛警，調(diào)整參數(shù)回到搜索階段重行搜索；
3. 頻率預(yù)測階段-
1) 記錄三個偽隨機碼周期內(nèi)的同相和正交信號的相關(guān)峰值，根據(jù)相位關(guān)系剔除衛(wèi)星 信號數(shù)據(jù)符號跳變的影響，得到兩個有效點，分別記錄下這兩點的同相/正交累加 和，記為VQi和WQo，其中，下標(biāo)l表示時間上后發(fā)生的點；
2) 根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù)結(jié)合偽隨機碼周期T，利用下列公式，計算出衛(wèi)星信號載波 頻率"e^和當(dāng)前本地載波頻率",。的差值，
"/。 - =會[atan2(A ， Q) - atan2(/。,込)];
3) 根據(jù)當(dāng)前頻率偏差和捕獲階段記錄的頻率差值符號計算本地載波頻率的目標(biāo)值， 并改變系統(tǒng)本振；
4) 由于捕獲階段有可能在零頻率點進入頻率預(yù)測階段，這種情況下的頻率差值符號 恒為+1，有可能與實際符號相反；此時需要判斷峰值，如果峰值依然存在，則可 以正式轉(zhuǎn)入牽引階段；如果峰值消失，則表示符號相反，按反向頻率偏移重新調(diào) 整系統(tǒng)本振；
5) 轉(zhuǎn)入牽引階段。
權(quán)利要求
1、定位接收機載波頻率預(yù)測方法，包括如下步驟1)在信號搜索階段獲取當(dāng)前本地載波頻率和射頻前端中心頻率差值的符號；當(dāng)前本地載波頻率大于等于射頻前端中心頻率時，頻率差值符號為+1；當(dāng)前本地載波頻率小于射頻前端中心頻率時，頻率差值符號為-1；2)在信號確認過程中記錄下每一個偽隨機碼所對應(yīng)的相關(guān)峰值矢量；3)根據(jù)信號確認過程的相關(guān)峰值判斷信號是否存在；4)在頻率預(yù)測階段，根據(jù)相關(guān)峰值矢量的差值計算出衛(wèi)星信號載波頻率和當(dāng)前本地載波頻率的差值；5)濾除衛(wèi)星信號數(shù)據(jù)跳變和偶然信號的影響；6)根據(jù)當(dāng)前頻率偏差計算本地載波頻率的目標(biāo)值，并改變系統(tǒng)本振。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述定位接收機載波頻率預(yù)測方法，其特征在于在搜索階段，根據(jù)系統(tǒng) 已有信息，將衛(wèi)星信號載波頻率初始化為最可能頻率，或者當(dāng)沒有已知信息時，將衛(wèi)星 信號載波頻率初始化為射頻前端的中心頻率；計算一個偽隨機碼周期內(nèi)的相關(guān)峰值；根 據(jù)相關(guān)峰值判斷1) 如果該峰值大于或者等于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的門限，則進入確認階段；2) 如果該峰值小于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的門限，則改變偽隨機碼片偏移、本地載波頻率 或者衛(wèi)星編號，繼續(xù)搜索。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述定位接收機載波頻率預(yù)測方法，其特征在于在所述頻率預(yù)測階段1) 記錄三個偽隨機碼周期內(nèi)的同相和正交信號的相關(guān)峰值，根據(jù)相位關(guān)系剔除衛(wèi) 星信號數(shù)據(jù)符號跳變的影響，得到兩個有效點，分別記錄下這兩點的同相/正交 累加和，設(shè)為VCh和Io/Qo，其中，下標(biāo)l表示時間上后發(fā)生的點；2) 根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù)結(jié)合偽隨機碼周期T,計算出衛(wèi)星信號載波頻率"oarr和當(dāng)前本地載波頻率A。的差值；3) 根據(jù)當(dāng)前頻率偏差和搜索階段記錄的頻率差值符號計算本地載波頻率的目標(biāo) 值，并改變系統(tǒng)本振；4) 轉(zhuǎn)入牽引階段。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述定位接收機載波頻率預(yù)測方法，其特征在于當(dāng)零頻率點進入頻率預(yù) 測階段時，當(dāng)前本地載波頻率等于射頻前端中心頻率，獲取的當(dāng)前本地載波頻率和射頻前 端中心頻率差值符號恒為+1，如果相關(guān)峰值依然存在，則轉(zhuǎn)入牽引階段；如果相關(guān)峰值消 失，則表示頻率差值符號相反，按反向頻率偏移重新調(diào)整系統(tǒng)本振。
全文摘要
本發(fā)明涉及定位接收機載波頻率預(yù)測方法。在擴頻通信中，在確認和牽引之間增加一個頻率預(yù)測，通過對確認過程中所得到的相關(guān)值進行分析，預(yù)測載波頻率值。本發(fā)明解決了由于載波搜索帶寬大于鎖相環(huán)牽引帶寬，在距離目標(biāo)頻率較遠的頻點上即搜索出衛(wèi)星信號，但此時的頻點尚不在鎖相環(huán)牽引范圍內(nèi)，而導(dǎo)致鎖相環(huán)牽引失敗，從而使系統(tǒng)性能下降的問題。
文檔編號G01S5/14GK101515819SQ200810043148
公開日2009年8月26日 申請日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者健 陳, 立 鮑 申請人:上海思謀微電子技術(shù)有限公司