一種新的北斗信號(hào)二次捕獲算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及北斗衛(wèi)星信號(hào)捕獲方法，具體為一種新的北斗信號(hào)二次捕獲算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS)中需要長(zhǎng)時(shí)間 的積分來(lái)獲得較高的靈敏度，而B(niǎo)DS二代中新型擴(kuò)頻碼的采用給接收機(jī)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的 挑戰(zhàn)，新型擴(kuò)頻碼采用二次編碼與主碼的分層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)大大限制了導(dǎo)頻通道相干積 分時(shí)間的增加。
[0003] BDS接收機(jī)的信號(hào)處理包括三個(gè)階段：捕獲、跟蹤和位置，速度，時(shí)間（Position VelocityTime，PVT)解算。接收機(jī)通過(guò)捕獲可以粗略地估算信號(hào)多普勒頻偏和擴(kuò)頻碼相 位，跟蹤階段更加精準(zhǔn)地同步多普勒頻偏與碼相位，進(jìn)而提取導(dǎo)航電文和偽距信息，最終解 算出PVT信息。隨著B(niǎo)DS新技術(shù)的不斷應(yīng)用，未來(lái)接收機(jī)將面臨復(fù)雜環(huán)境（如深山、峽谷、 城市、室內(nèi)）的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，接收機(jī)的捕獲部分必須精心設(shè)計(jì)，確保在微弱信號(hào)環(huán)境下 正常工作。事實(shí)上，捕獲的目的是搜索所有可見(jiàn)衛(wèi)星，并確定不同衛(wèi)星擴(kuò)頻碼（PRN碼）相 位。
[0004] 接收信號(hào)與相應(yīng)的本地載波和擴(kuò)頻碼（PRN碼）副本做相關(guān)運(yùn)算，如果相關(guān)值超過(guò) 提前設(shè)定的閾值，則捕獲衛(wèi)星成功，同時(shí)得到多普勒頻偏和PRN碼相位。通過(guò)在不同的載頻 和碼相位上進(jìn)行重復(fù)搜索，直到搜索到所有可見(jiàn)衛(wèi)星。一般相關(guān)時(shí)間為單PRN碼周期，如果 需要提高接收機(jī)的靈敏度，單周期的相關(guān)時(shí)間是不夠的。因此，可以疊加不同碼周期的相關(guān) 結(jié)果來(lái)提高靈敏度，分為相干積分（即平方之前求和）和非相干累加（平方之后求和）。在 低信噪比的環(huán)境中，相干積分比非相干累加效果要好。關(guān)于這兩種方法已經(jīng)有文章見(jiàn)諸于 報(bào)，本文不再贅述。對(duì)于傳統(tǒng)GPS的Ll信號(hào)，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方法克服導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)位翻 轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)相干積分。然而，BDS二代中擴(kuò)頻碼特殊的編碼結(jié)構(gòu)需要在捕獲時(shí)考慮所有可能的 二次編碼NH碼相位組合，致使相干積分的實(shí)現(xiàn)難度變大。
[0005] 隨著B(niǎo)DS二代的廣泛使用，如何增加相干積分時(shí)間已成為研宄熱點(diǎn)。在[2]中作 者討論了一種樹(shù)形結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)時(shí)間相干積分方法，主要原理是：在指定長(zhǎng)度的二次編碼碼片 上嘗試所有可能的相位組合來(lái)增加相干積分時(shí)間，這種方法雖然一定程度上提高了靈敏 度，但相位組合的數(shù)量是按照二次編碼碼片數(shù)呈指數(shù)增長(zhǎng)，因而只適用于較短的二次編碼 捕獲，而且沒(méi)有獲取碼相位。因此本文提出了一種新的算法，在一個(gè)PRN碼周期上并行搜索 PRN碼相位，在整個(gè)NH碼周期上進(jìn)行并行二次搜索NH碼相位，提高靈敏度的同時(shí)也捕獲了 NH碼相位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了解決BDS二代中擴(kuò)頻碼特殊的編碼結(jié)構(gòu)大大限制了導(dǎo)頻通道相干積 分時(shí)間的增加的問(wèn)題，提供了一種新的北斗信號(hào)二次捕獲算法。
[0007] 本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種新的北斗信號(hào)二次捕獲算法，包括以 下步驟：
[0008] 步驟一 ：BDS接收機(jī)接收到的RF信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻前端放大、下變頻和數(shù)字化后得到 中頻信號(hào)；
[0009] 步驟二：對(duì)中頻信號(hào)每隔Ims選取信號(hào)，一共選取m組作為輸入信號(hào)，m可任意選 定；
[0010] 步驟三：設(shè)定多普勒頻偏，生成Ims擴(kuò)頻碼作為本地?cái)U(kuò)頻碼；
[0011] 步驟四：將m組輸入信號(hào)分別與經(jīng)過(guò)本地副載波調(diào)制的本地?cái)U(kuò)頻碼進(jìn)行一個(gè)周期 的循環(huán)相乘，而后將乘積進(jìn)行Nsp點(diǎn)的累加得到相關(guān)輸出，Nsp是一周期本地?cái)U(kuò)頻碼的樣點(diǎn) 數(shù)；
[0012] 步驟五：相關(guān)輸出經(jīng)過(guò)Ns= 20次的串行捕獲，得到串行捕獲結(jié)果；
[0013] 步驟六：選取20ms本地二次編碼補(bǔ)20ms零構(gòu)成本地備用二次編碼，本地備用二次 編碼經(jīng)過(guò)FFT變換后取復(fù)共軛得到本地二次編碼復(fù)共軛信號(hào)；
[0014] 步驟七：將串行捕獲結(jié)果經(jīng)FFT變換后與本地二次編碼復(fù)共軛信號(hào)相乘，相乘結(jié) 果經(jīng)IFFT變換到時(shí)域得到時(shí)域信號(hào)；
[0015] 步驟八：將時(shí)域信號(hào)與設(shè)定的門限閾值進(jìn)行比較，檢測(cè)是否捕獲到衛(wèi)星信號(hào)，若時(shí) 域信號(hào)沒(méi)有超過(guò)閾值則將在下一個(gè)多普勒頻偏上重復(fù)步驟三到步驟八，直到捕獲到衛(wèi)星信 號(hào)或者搜索完所有的可能多普勒頻偏。
[0016] 本發(fā)明提出一種基于串并結(jié)合的北斗分層編碼信號(hào)的捕獲算法。本充分利用二次 編碼的特性搜索PRN碼和二次編碼的碼相位和多普勒頻偏。積分時(shí)間不再局限在一個(gè)主碼 周期內(nèi)而是擴(kuò)展到幾個(gè)主碼周期，在算法復(fù)雜度合理上升的同時(shí)提高了捕獲靈敏度。而且 為了在信號(hào)足夠強(qiáng)的情況下減少捕獲時(shí)間，算法采用大頻偏搜索步長(zhǎng)先捕獲主碼相位而后 進(jìn)行二次編碼的精細(xì)搜索，因此能夠?qū)崿F(xiàn)快速捕獲強(qiáng)信號(hào)。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的串并結(jié)合北斗衛(wèi)星信號(hào)捕獲流程圖。
[0018] 圖2是本發(fā)明北斗信號(hào)捕獲裝置的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 一種新的北斗信號(hào)二次捕獲算法，包括以下步驟：
[0020] 步驟一 ：BDS接收機(jī)接收到的RF信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻前端放大、下變頻和數(shù)字化后得到 中頻信號(hào)IF，X(nTs);
[0021] 步驟二：對(duì)中頻信號(hào)IF，X(nTs)每隔Ims選取信號(hào)，一共選取m組作為輸入信號(hào)；
[0022] 步驟三：設(shè)定多普勒頻偏，生成Ims擴(kuò)頻碼作為本地?cái)U(kuò)頻碼；
[0023] 步驟四：將m組輸入信號(hào)分別與經(jīng)過(guò)本地副載波調(diào)制的本地?cái)U(kuò)頻碼進(jìn)行一個(gè)周期 的循環(huán)相乘，而后將乘積進(jìn)行Nsp點(diǎn)的累加得到相關(guān)輸ayp(k)，Nsp是一周期本地?cái)U(kuò)頻碼的 樣點(diǎn)數(shù)；
[0024] 步驟五：相關(guān)輸出yp(k)經(jīng)過(guò)Ns= 20次的串行捕獲，得到串行捕獲結(jié)果ys。，Ns是 本地二次編碼的碼片數(shù)；
[0025] 步驟六：選取20ms本地二次編碼補(bǔ)20ms零構(gòu)成本地備用二次編碼，本地備用二次 編碼經(jīng)過(guò)FFT變換后取復(fù)共軛得到本地二次編碼復(fù)共軛信號(hào)；
[0026] 步驟七：將串行捕獲結(jié)果ys。經(jīng)FFT變換后與本地二次編碼復(fù)共軛信號(hào)相乘，相乘 結(jié)果經(jīng)IFFT變換到時(shí)域得到時(shí)域信號(hào);
[0027] 步驟八：將時(shí)域信號(hào)々(t't。，./；,)與設(shè)定的門限閾值進(jìn)行比較，檢測(cè)是否捕獲到衛(wèi) 星信號(hào)，若時(shí)域信號(hào)兌）沒(méi)有超過(guò)閾值則將在下一個(gè)多普勒頻偏上重復(fù)步驟三到步 驟八，直到捕獲到衛(wèi)星信號(hào)或者搜索完所有的可能多普勒頻偏。
[0028] 具體實(shí)施時(shí)，接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻前端放大、下變頻、數(shù)字化后得到 中頻信號(hào)IF,X(nTs)，中頻信號(hào)表達(dá)式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新的北斗信號(hào)二次捕獲算法，其特征在于包括以下步驟： 步驟一 ：BDS接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻前端放大、下變頻和數(shù)字化后得到中 頻信號(hào)； 步驟二：對(duì)中頻信號(hào)每隔Ims選取信號(hào)，一共選取m組作為輸入信號(hào)，m可任意選定； 步驟三：設(shè)定多普勒頻偏，生成Ims擴(kuò)頻碼作為本地?cái)U(kuò)頻碼； 步驟四：將m組輸入信號(hào)分別與經(jīng)過(guò)本地副載波調(diào)制的本地?cái)U(kuò)頻碼進(jìn)行一個(gè)周期的循 環(huán)相乘，而后將乘積進(jìn)行Nsp點(diǎn)的累加得到相關(guān)輸出，Nsp是一周期本地?cái)U(kuò)頻碼的樣點(diǎn)數(shù)； 步驟五：相關(guān)輸出經(jīng)過(guò)Ns= 20次的串行捕獲，得到串行捕獲結(jié)果； 步驟六：選取20ms本地二次編碼補(bǔ)20ms零構(gòu)成本地備用二次編碼，本地備用二次編碼 經(jīng)過(guò)FFT變換后取復(fù)共軛得到本地二次編碼復(fù)共軛信號(hào)； 步驟七：將串行捕獲結(jié)果經(jīng)FFT變換后與本地二次編碼復(fù)共軛信號(hào)相乘，相乘結(jié)果經(jīng) IFFT變換到時(shí)域得到時(shí)域信號(hào)； 步驟八：將時(shí)域信號(hào)與設(shè)定的門限閾值進(jìn)行比較，檢測(cè)是否捕獲到衛(wèi)星信號(hào)，若時(shí)域信 號(hào)沒(méi)有超過(guò)閾值則將在下一個(gè)多普勒頻偏上重復(fù)步驟三到步驟八，直到捕獲到衛(wèi)星信號(hào)或 者搜索完所有的可能多普勒頻偏。
【專利摘要】本發(fā)明涉及北斗衛(wèi)星信號(hào)捕獲方法，具體為一種新的北斗信號(hào)二次捕獲算法，本發(fā)明首先在主碼層面進(jìn)行串行捕獲；而后在整個(gè)二次編碼周期上進(jìn)行并行二次捕獲的方法，以去除二次編碼對(duì)積分時(shí)間的限制，達(dá)到提高接收機(jī)靈敏度的目的。本發(fā)明提出一種基于串并結(jié)合的北斗分層編碼信號(hào)的捕獲算法。本充分利用二次編碼的特性搜索PRN碼和二次編碼的碼相位和多普勒頻偏。積分時(shí)間不再局限在一個(gè)主碼周期內(nèi)而是擴(kuò)展到幾個(gè)主碼周期，在算法復(fù)雜度合理上升的同時(shí)提高了捕獲靈敏度。而且為了在信號(hào)足夠強(qiáng)的情況下減少捕獲時(shí)間，算法采用大頻偏搜索步長(zhǎng)先捕獲主碼相位而后進(jìn)行二次編碼的精細(xì)搜索，因此能夠?qū)崿F(xiàn)快速捕獲強(qiáng)信號(hào)。
【IPC分類】G01S19-30, G01S19-24
【公開(kāi)號(hào)】CN104765050
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510191930
【發(fā)明人】李燈熬, 牛文慧, 趙菊敏
【申請(qǐng)人】太原理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年4月21日