CN110456393A - 北斗弱信号快速捕获方法 - Google Patents

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杨俊波
梁国用
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Abstract

本发明公开了一种北斗弱信号快速捕获方法，包括：卫星信号I/Q两路分别与本地载波进行相关，将相邻的相干积分结果共轭相乘后依次累加；对累加和的结果做傅里叶变换，与本地产生的伪码的傅里叶变换的复共轭相乘，将乘积的结果做傅里叶逆变换；将最大差分相干结果送入判决器判断捕获结果，如果捕获结果大于检测阈值，则捕获成功转入跟踪通道，并修正载波多普勒频移估计值；本发明利用相邻两个相干结果的不相关性，既保留了相干积分的高积分增益的优点，也削弱了非相干积分平方损耗的弱点，同时对多普勒和数据跳变的容忍度进一步提高。

Description

北斗弱信号快速捕获方法
技术领域
本发明涉及北斗导航技术领域，特别是一种北斗弱信号快速捕获方法。
背景技术
北斗导航卫星在高轨道高度向地面发送导航信号，处于低信噪比环境中面对复杂的噪声条件时，北斗接收机无法捕获功率较弱的卫星信号(-142dBm～150dBm)并完成定位解算。完成弱信号的捕获是实现弱信号导航定位的首要环节，弱信号捕获的关键在于延长积分时间提高接收信号的信噪比。
由于北斗信号中包含频繁的数据比特跳变和NH码相位变化，延长相干时间面临着数据跳变问题，延长非相干积分会带来平方损耗，使得传统算法不再实用。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种北斗弱信号快速捕获方法，本发明利用相邻两个相干结果的不相关性，既保留了相干积分的高积分增益的优点，也削弱了非相干积分平方损耗的弱点，同时对多普勒和数据跳变的容忍度进一步提高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种北斗弱信号快速捕获方法，包括以下步骤：
步骤1、卫星信号I/Q两路分别与本地载波进行相关，将相邻的相干积分结果共轭相乘后依次累加：
其中，k表示差分相干累积次数，yk(τ,fd)为第k段的相关值，为yk(τ,fd)的复共轭；
步骤2、对累加和的结果做傅里叶变换，与本地产生的伪码的傅里叶变换的复共轭相乘，将乘积的结果做傅里叶逆变换；
步骤3、将最大差分相干结果送入判决器判断捕获结果，如果捕获结果大于检测阈值，则捕获成功转入跟踪通道，并根据下式修正载波多普勒频移估计值：
其中，表示载波频移相位，表示和的共轭相乘结果；
其中，f表示载波频移值，f0表示峰值对于的搜索频点，Tcoh为相干积分时间。
作为一种优选的实施方式，所述步骤1中卫星信号I/Q两路分别与本地载波进行相关具体包括：
将需要输入的卫星信号按全比特分组进行分块处理得到由M个数据块组成的数据，本地接收机产生频率等于某一搜索频带的同相和正交相本地载波，把所有数据块与本地载波进行相乘，接着对这些数据块分别进行累加运算。
作为另一种优选的实施方式，在所述步骤2中，将乘积的结果做傅里叶逆变换后将结果进行基于全比特累积的改进差分相干算法运算得到N组20ms的数据，将得到的最大相关值与设定的阈值进行比较，完成信号的捕获。
作为另一种优选的实施方式，在所述步骤3中，如果捕获结果小于检测阈值，则在下一个载波搜索频点重新搜索直至捕获成功。
本发明的有益效果是：本发明中改进差分相干积分利用相邻两个相干结果的不相关性，既保留了相干积分的高积分增益的优点，也削弱了非相干积分平方损耗的弱点，同时对多普勒和数据跳变的容忍度进一步提高。因此，在积累时间相同的前提下，差分相干积分具有比传统相干积分更好的噪声抑制能力。
附图说明
图1为本发明实施例中北斗弱信号的捕获原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例：
通常情况下，只要信号积累结果的幅值大于预先设定的检测门限，即可认为接收机成功捕获到北斗信号；成功捕获弱信号后，正确剥离伪码获取卫星信号的相位和频移，即完成信号捕获的全过程。
如图1所示，本实施例提供的一种北斗弱信号快速捕获方法，包括以下步骤：
⑴卫星信号I/Q两路分别与本地载波进行相关，将相邻的相干积分结果共轭相乘后依次累加：
其中，k表示差分相干累积次数，yk(τ,fd)为第k段的相关值，为yk(τ,fd)的复共轭；
⑵对累加和的结果做傅里叶变换，与本地产生的伪码的傅里叶变换的复共轭相乘，将乘积的结果做傅里叶逆变换；
⑶将最大差分相干结果送入判决器判断捕获结果。如结果大于检测阈值，则捕获成功转入跟踪通道；如结果小于检测阈值，则在下一个载波搜索频点重新搜索直至捕获成功；
⑷捕获成功则转入跟踪通道，并根据下式修正载波多普勒频移估计值：
其中，表示载波频移相位，表示和的共轭相乘结果；
其中，f表示载波频移值，f0表示峰值对于的搜索频点，Tcoh为相干积分时间。
具体的，在本实施例中，首先需要将输入信号依照全比特分组的方式进行分块处理得到由M个数据块组成的数据，本地接收机产生频率等于某一搜索频带的同相和正交相本地载波，把所有数据块与本地载波进行相乘，接着对这些数据块分别进行累加运算，对累加和的结果做傅里叶变换，与本地产生的测距码的傅里叶变换的复共轭相乘。将乘积的结果做傅里叶逆变换，然后将运算后的结果进行基于全比特累积的改进差分相干算法运算得到N组20ms的数据，得到的最大相关值与设定的阈值进行比较，完成信号的捕获。取存在最大组的一组数据输出，就可以得到多普勒频移值和码相位。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种北斗弱信号快速捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、卫星信号I/Q两路分别与本地载波进行相关，将相邻的相干积分结果共轭相乘后依次累加：
其中，k表示差分相干累积次数，yk(τ,fd)为第k段的相关值，为yk(τ,fd)的复共轭；
步骤2、对累加和的结果做傅里叶变换，与本地产生的伪码的傅里叶变换的复共轭相乘，将乘积的结果做傅里叶逆变换；
步骤3、将最大差分相干结果送入判决器判断捕获结果，如果捕获结果大于检测阈值，则捕获成功转入跟踪通道，并根据下式修正载波多普勒频移估计值：
其中，表示载波频移相位，表示和的共轭相乘结果；
其中，f表示载波频移值，f0表示峰值对于的搜索频点，Tcoh为相干积分时间。
2.根据权利要求1所述的北斗弱信号快速捕获方法，其特征在于，所述步骤1中卫星信号I/Q两路分别与本地载波进行相关具体包括：
将需要输入的卫星信号按全比特分组进行分块处理得到由M个数据块组成的数据，本地接收机产生频率等于某一搜索频带的同相和正交相本地载波，把所有数据块与本地载波进行相乘，接着对这些数据块分别进行累加运算。
3.根据权利要求2所述的北斗弱信号快速捕获方法，其特征在于，在所述步骤2中，将乘积的结果做傅里叶逆变换后将结果进行基于全比特累积的改进差分相干算法运算得到N组20ms的数据，将得到的最大相关值与设定的阈值进行比较，完成信号的捕获。
4.根据权利要求1所述的北斗弱信号快速捕获方法，其特征在于，在所述步骤3中，如果捕获结果小于检测阈值，则在下一个载波搜索频点重新搜索直至捕获成功。
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