一種基于差分循環(huán)相干積分的gps弱信號(hào)捕獲方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于差分循環(huán)相干積分的GPS弱信號(hào)捕獲方法，步驟1：取一段20Mms中頻信號(hào)的數(shù)據(jù)，M=1，2，3…，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)以L=10ms的長(zhǎng)度進(jìn)行分塊；設(shè)定多普勒頻移范圍(ωDmin，ωDmax)和搜索頻率步進(jìn)ΔωD，同時(shí)設(shè)定檢測(cè)閾值γ；步驟2：對(duì)數(shù)據(jù)比特翻轉(zhuǎn)進(jìn)行估計(jì)，選取數(shù)據(jù)塊；步驟3：將選取的數(shù)據(jù)進(jìn)行載波剝離，分別與本地復(fù)制載波的同相支路上的正弦信號(hào)和正交之路的余弦信號(hào)進(jìn)行混頻，得到I路信號(hào)和Q路信號(hào)；對(duì)同相和正交之路數(shù)據(jù)進(jìn)行相干積分；步驟4：將每個(gè)塊的數(shù)據(jù)和它后面相鄰塊的復(fù)數(shù)共軛相乘，即進(jìn)行差分循環(huán)相關(guān)；步驟5：將步驟4的結(jié)果相干求和，獲得峰值Y；將峰值Y與檢測(cè)閾值γ作比較，判斷信號(hào)是否捕獲成功。
【專利說明】一種基于差分循環(huán)相干積分的GPS弱信號(hào)捕獲方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于差分循環(huán)相干積分的GPS弱信號(hào)捕獲方法。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)70年代，美國(guó)國(guó)防部聯(lián)合陸?？杖婇_始研制全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)一Global Positioning System，簡(jiǎn)稱GPS。GPS能夠?yàn)橛脩籼峁┚_的位置、速度、時(shí)間等信息，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。GPS (全球定位系統(tǒng))是發(fā)展最早，也是目前發(fā)展最成熟的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS的優(yōu)越性收到了大家的關(guān)注，應(yīng)用范圍極其廣泛，但還是存在局限性:比如在室內(nèi)、森林、城市等環(huán)境時(shí)信號(hào)被衰減至很弱的情況下，GPS就不能得到很好的應(yīng)用。在GPS軟件接收機(jī)中，捕獲是接收機(jī)最先啟動(dòng)的模塊，對(duì)整個(gè)接收機(jī)的性能都有重要影響。為保證接收機(jī)的靈敏度，微弱信號(hào)的捕獲算法是GPS接收機(jī)信號(hào)處理的關(guān)鍵部分。
[0003]GPS信號(hào)的捕獲過程一般是通過對(duì)該衛(wèi)星信號(hào)的載波頻率和碼相位這兩個(gè)參量值進(jìn)行掃描式二維搜索來完成的。具體的說就是輸入信號(hào)的多普勒頻率和C/Α碼碼相位的二維平面上尋找最大相關(guān)峰峰值，從而找到輸入信號(hào)的載波頻率和C/Α碼碼相位。目前典型的捕獲方法有串行捕獲算法和基于快速傅里葉變換(FFT)的循環(huán)相關(guān)算法。串行捕獲算法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)，但它需要進(jìn)行很多碼相位和多普勒頻率的組合，運(yùn)算量變大，處理速度緩慢?；诳焖俑道锶~變換的循環(huán)相關(guān)算法易于實(shí)現(xiàn)且效率高，它按照多普勒頻率范圍內(nèi)的每一種多普勒頻移，對(duì)所有不確定的碼時(shí)延，計(jì)算相干積分值，這樣二維搜索空間被簡(jiǎn)化成一維搜索空間，即多普勒頻移，從而減少了計(jì)算量，提高了捕獲速度。但是捕獲的精度與數(shù)據(jù)長(zhǎng)度密切相關(guān)，精度越高，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，隨著數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，運(yùn)算量和導(dǎo)航數(shù)據(jù)比特翻轉(zhuǎn)的概率都會(huì)增大。
[0004]對(duì)于GPS弱信號(hào)的捕獲算法，為了能夠達(dá)到較高的載噪比，傳統(tǒng)的解決方法是進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的相干積分和多次的非相干積分。但是隨著積分時(shí)間長(zhǎng)度的增加，信號(hào)的相干積分值會(huì)相對(duì)下降。由于數(shù)據(jù)比特跳變的影響，不能無限制的增加相干積分時(shí)間，而非相干積分會(huì)引起平方損耗也不能無限制的進(jìn)行非相干積分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種基于差分循環(huán)相干積分的GPS弱信號(hào)捕獲方法，能夠減小非相干積分引起的平方損耗，有效提高GPS弱信號(hào)的捕獲速度。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案:
[0007]—種基于差分循環(huán)相干積分的GPS弱信號(hào)捕獲方法,其特征在于:
[0008]步驟1:取一段20Mms中頻信號(hào)的數(shù)據(jù)，M=l，2，3...，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)以L=IOms的長(zhǎng)度進(jìn)行分塊；設(shè)定多普勒頻移范圍(ωΜη，coDmax)和搜索頻率步進(jìn)Λ ωΒ，同時(shí)設(shè)定檢測(cè)閾值Y ;
[0009]步驟2:對(duì)數(shù)據(jù)比特翻轉(zhuǎn)進(jìn)行估計(jì)，選取數(shù)據(jù)塊；
[0010]步驟3:將選取的數(shù)據(jù)進(jìn)行載波剝離，分別與本地復(fù)制載波的同相支路上的正弦信號(hào)和正交之路的余弦信號(hào)進(jìn)行混頻，得到I路信號(hào)和Q路信號(hào)；對(duì)同相和正交之路數(shù)據(jù)進(jìn)行相干積分；
[0011]步驟4:將每個(gè)塊的數(shù)據(jù)和它后面相鄰塊的復(fù)數(shù)共軛相乘，即進(jìn)行差分循環(huán)相關(guān)；
[0012]步驟5:將步驟4的結(jié)果相干求和，獲得峰值Y ;將峰值Y與檢測(cè)閾值Y作比較，判斷信號(hào)是否捕獲成功。
[0013]步驟I中，將每20ms的數(shù)據(jù)分成兩塊，依次記為F1J，其中m=l，2，3，…，Μ;
[0014]步驟2中，首先讀取前兩塊IOms的數(shù)據(jù)，即1?, U ;將g數(shù)據(jù)塊與本地載波相乘進(jìn)去取載波處理，然后將每塊數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)累加成Ims的數(shù)據(jù)塊，將累加后的Ims數(shù)據(jù)塊分別與本地C/Α碼進(jìn)行相關(guān)，比較兩組的幅值能量/4、/4大小，若&|; > L，則選取.F,?的數(shù)
據(jù)塊，若jFj〈 iV3，則選取*2的數(shù)據(jù)塊，其中m=l，2，3...，M0
[0015]步驟3中，對(duì)步驟2中選取的數(shù)據(jù)塊的每IOms數(shù)據(jù)累加成1ms，記為FnM(n=i，2},對(duì)IT數(shù)據(jù)與本地載波和本地C/Α碼相乘并且進(jìn)行相干積分后表示為:
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種基于差分循環(huán)相干積分的GPS弱信號(hào)捕獲方法,其特征在于: 步驟1:取一段20Mms中頻信號(hào)的數(shù)據(jù)，M=l，2，3...，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)以L=IOms的長(zhǎng)度進(jìn)行分塊；設(shè)定多普勒頻移范圍(ωΜη，ωΒ_)和搜索頻率步進(jìn)△ ωΒ，同時(shí)設(shè)定檢測(cè)閾值Y; 步驟2:對(duì)數(shù)據(jù)比特翻轉(zhuǎn)進(jìn)行估計(jì)，選取數(shù)據(jù)塊； 步驟3:將選取的數(shù)據(jù)進(jìn)行載波剝離，分別與本地復(fù)制載波的同相支路上的正弦信號(hào)和正交之路的余弦信號(hào)進(jìn)行混頻，得到I路信號(hào)和Q路信號(hào)；對(duì)同相和正交之路數(shù)據(jù)進(jìn)行相干積分； 步驟4:將每個(gè)塊的數(shù)據(jù)和它后面相鄰塊的復(fù)數(shù)共軛相乘，即進(jìn)行差分循環(huán)相關(guān)； 步驟5:將步驟4的結(jié)果相干求和，獲得峰值Y;將峰值Y與檢測(cè)閾值Y作比較，判斷信號(hào)是否捕獲成功。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于差分循環(huán)相干積分的GPS弱信號(hào)捕獲方法，其特征在于: 步驟I中，將每20ms的數(shù)據(jù)分成兩塊，依次記為--，K,其中m=l，2，3，…，M ； 步驟2中，首先讀取前兩塊IOms的數(shù)據(jù)，即:4，F(xiàn)i , 1^數(shù)據(jù)塊與本地載波相乘進(jìn)去取載波處理，然后將每塊數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)累加成Ims的數(shù)據(jù)塊，將累加后的Ims數(shù)據(jù)塊分別與本地C/Α碼進(jìn)行相關(guān)，比較兩組的幅值能量& 、Ir大小，若> 1F ' *則選取U的數(shù)據(jù)塊，若，則選取G的數(shù)據(jù)塊，其中πι=1，2，3...，Μ。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于差分循環(huán)相干積分的GPS弱信號(hào)捕獲方法，其特征在于:步驟3中，對(duì)步驟2中選取的數(shù)據(jù)塊的每IOms數(shù)據(jù)累加成1ms，記為I；"(η= 1,2),對(duì)K:數(shù)據(jù)與本地載波和本地C/Α碼相乘并且進(jìn)行相干積分后表示為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于差分循環(huán)相干積分的GPS弱信號(hào)捕獲方法，其特征在于:步驟5中，將步驟4的結(jié)果相干求和，獲得峰值Y，具體公式為，

【文檔編號(hào)】G01S19/29GK103969664SQ201410216218
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】沈鋒, 桑靖, 韓浩, 周陽, 李強(qiáng), 劉明凱, 蘭曉明, 遲曉彤, 張金麗, 李偉東 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)