CN102508271B - 基于峰值位置比较的导航卫星信号捕获方法 - Google Patents

基于峰值位置比较的导航卫星信号捕获方法 Download PDF

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Abstract

基于峰值位置比较的导航卫星信号捕获方法，涉及一种导航卫星信号捕获方法。它解决了现有的导航卫星信号捕获方法对弱信号下较小的相关峰值的检测概率较低，以及***虚警率高问题。其方法：对信号进行多次相关运算，每次相关运算之后都要进行最大值的搜索，并且记录下最大值出现的位置。当记录了足够多的最大值位置后，通过最大值的位置关系来判断信号的有无，从而确定导航卫星信号捕获是否捕获成功。本发明适用于捕获导航卫星信号。

Description

基于峰值位置比较的导航卫星信号捕获方法
技术领域
本发明涉及一种导航卫星信号捕获方法。
背景技术
导航卫星信号的捕获工作可以被看作是在频率和码相位两个维度上进行的二维搜索，在搜索中将整个搜索范围分为多个单元进行搜索和判决。传统的导航卫星信号捕获电路中所采用的判决策略采用的是唐搜索和N中取M的策略。唐搜索的工作流程如图1所示。
唐搜索通过合理的选取K的门限值A和初始值B，来实现搜索速度、检测率和虚警率之间的平衡。对难以确定信号是否存在的单元追加更多的搜索时间，并对超过门限的单元进行多次判决以降低虚警。
N中取M的策略对每个搜索单元都进行N次搜索如果其中有M次超过门限，则认为捕获成功。
两种搜索模式都是通过多次检测的方式对不确定的搜索单元进行重复搜索，同时也是通过多次检测的方式降低虚警。但对于弱信号下，搜索单元中检测出的相关峰值可能会比较小，每次检测出的相关峰值虽然不能超过门限，但确实存在，而这两种传统的判决手段无法利用这部分能量。同时如果在设计中门限值的选择不合理，会导致一些噪声的最大值也超过门限，给***带来虚警，或是***付出额外的代价。
发明内容
本发明是为了解决现有的导航卫星信号捕获方法对弱信号下较小的相关峰值的检测概率较低，导致***虚警率高问题，从而提供一种基于峰值位置比较的导航卫星信号捕获方法。
基于峰值位置比较的导航卫星信号捕获方法，它由以下步骤实现：
步骤一、接收导航卫星信号；
步骤二、将步骤一接收的导航卫星信号与本地码进行相关运算，获得一组相关函数；
步骤三、对步骤二获得的相关函数进行峰值搜索，纪录峰值的位置；
步骤四、重复步骤一到步骤三k次，得到相应的k个峰值位置，K为大于或等于2的正整数；
步骤五、对所有k个峰值位置进行比较，获得比较结果；
步骤六、判断比较结果是否满足预期的变化规律，如果判断结果为是，则判定信号存在，完成导航卫星信号捕获；如果判断结果为否，则判定信号不存在，并返回步骤一，对导航卫星信号进行下一次接收。
步骤六中所述的预期变化规律根据码多普勒大小和每两次相关运算之间的时间间隔确定。
有益效果：本发明的导航卫星信号捕获方法对弱信号(尤其是低于-128dBm)下较小的相关峰值的检测概率高，***虚警率大幅度降低。
附图说明
图1是背景技术中所述唐搜索的工作流程示意图；图2是本发明的方法的流程示意图。图3是具体实施方式一中的中央控制状态机捕获判决策略流程图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，基于峰值位置比较的导航卫星信号捕获方法，它由以下步骤实现：
步骤一、接收导航卫星信号；
步骤二、将步骤一接收的导航卫星信号与本地码进行相关运算，获得一组相关函数；
步骤三、对步骤二获得的相关函数进行峰值搜索，纪录峰值的位置；
步骤四、重复步骤一到步骤三k次，得到相应的k个峰值位置，K为大于或等于2的正整数；
步骤五、对所有k个峰值位置进行比较，获得比较结果；
步骤六、判断比较结果是否满足预期的变化规律，如果判断结果为是，则判定信号存在，完成导航卫星信号捕获；如果判断结果为否，则判定信号不存在，并返回步骤一，对导航卫星信号进行下一次接收。
步骤六中所述的预期变化规律根据码多普勒大小和每两次相关运算之间的时间间隔等因素确定。
原理：每次相关运算的结果中必定包含一个最大值，此最大值有可能是由信号的相关性产生的，亦可能是噪声中的最大值。由噪声产生的最大值会随着信号强度，或者接收机累积时间的改变而改变。对于由信号相关性得到的峰值，位置应该是不变，或者是由于码多普勒效应而缓变的。而对于噪声中的峰值，其位置是随机变化的。利用这一点，可以由多次判决后得到的峰值位置，分析得出信号是否存在。
在峰值位置比较的判决策略当中，仍然是要对信号进行多次相关运算，每次相关运算之后都要进行最大值的搜索，并且记录下最大值出现的位置。当记录了足够多的最大值位置后，通过最大值的位置关系来判断信号的有无。
若将第k次相关运算得到的相关函数以数组的形式记为Ck，其中每个元素，即每个码相位上的相关值记为akx，这里x的取值从1到***的总采样点数n。
Ck＝[ak1 ak2 ak3…akn]
在每组相关函数中必存在一个最大值amax，将其在序列中的位置记为b，
amax＝max(C)＝ab
***进行m次相关运算后会得到m组相关函数序列，并构成一个m行n列的相关函数矩阵M。
Figure BDA0000094845030000031
记录下矩阵M中每行的最大值位置by，这里y的取值从1到m，来构成反应峰值位置的向量P，P中元素b1到bm之间的关系便可反映信号的有无。
P＝[b1 b2 b3…bm]
例如，对于不存在多普勒频移的情况下，每次搜索到的最大值位置应该是固定的，或者是受***时钟源稳定度的影响，在一定范围内浮动的。而对于有多普勒频移的情况下，每次搜索到的最大值位置应该是按照一定规律缓变的，其变化规律可以根据由码多普勒大小、每两次相关运算之间的时间间隔等因素来规定。当最大值位置不满足预期的变化规律时，则判定信号不存在。
峰值位置比较的判决策略既可以单独使用，也可以与其他策略结合使用。比如可以设定一个门限值对最大值进行筛选，排除那些过小，以至于不可能是相关峰的最大值。亦可将其与N中取M的策略结合，若N次相关得到的最大值中有M个最大值的位置满足预期的变化规则，则视为信号存在。
以下通过具体实验验证本发明的效果，以两次对比最大值位置并且设置门限值的方法进行判决为例。实验中基于FPGA对***进行实现，使用安捷伦4438C信号发生器作为信号源。
实验中，以所得相关函数的峰值与均值之比作为判决变量，进行1000次捕获，并记捕获结果与预设条件一致的次数，捕获结果与预设条件不符的次数以及没能捕获的次数。测试情况如表1所示。
表1硬件测试结果
Figure BDA0000094845030000041
从实验结果中可以看出，考虑到传输线和接头损耗，***灵敏度达到了-145～-146dBm，按照传统的方法，门限值设置为0时***是无法工作的，但由于引进了最大值位置比较的判决策略，本***仍然可以工作，并捕获更弱的信号。
以下通过具体的实施例说明本发明的工作过程：以GPS L1频段的C/A码序列捕获过程为例，采用峰均比作为判决变量，通过两次过门限和两次码相位比较的方式来进行判决。具体过程如图3示。***在某一频槽上进行搜索时，当相关函数的峰均比大于所设定的峰均比门限时，***会记录所捕获的相位值，并且再次在该频槽上进行一次捕获，如果得到的相关值的峰均比仍然超过门限，而且捕获所得到的码相位和前面所记录的相位值相差不超过半个码片，则认为在改频槽上捕获成功。这个判决过程中，如果有任何一个条件不满足，就判断为该频槽捕获失败。

Claims (1)

1.基于峰值位置比较的导航卫星信号捕获方法，它由以下步骤实现： 
步骤一、接收导航卫星信号； 
步骤二、将步骤一接收的导航卫星信号与本地码进行相关运算，获得一组相关函数； 
步骤三、对步骤二获得的相关函数进行峰值搜索，纪录峰值的位置； 
步骤四、重复步骤一到步骤三k次，得到相应的k个峰值位置，k为大于或等于2的正整数； 
步骤五、对所有k个峰值位置进行比较，获得比较结果； 
步骤六、判断比较结果是否满足预期的变化规律，如果判断结果为是，则判定信号存在，完成导航卫星信号捕获；如果判断结果为否，则判定信号不存在，并返回步骤一，对导航卫星信号进行下一次接收； 
其特征是：步骤六中所述的预期变化规律根据码多普勒大小和每两次相关运算之间的时间间隔确定。 
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