CN114740504A - 一种高灵敏度导航卫星信号快速捕获方法 - Google Patents

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Abstract

一种高灵敏度导航卫星信号快速捕获方法，首先，信号接收后的下变频过程中，频率为fr的接收信号乘以固定频率fl的本振信号进行“一级下变频”至fi。本发明不寻求下变频后fi为0。其次，接收机的本地码序列在做FFT运算前，乘以另一个频率为flb的“二级本振信号”，此处flb非定值，根据搜索频点的不同而变化。最后，收机信号捕获过程中，接收信号先进行“一级下变频”后存储。改变搜索参数时，回放储后的信号，并根据搜索频点，改变“二级下变频”的本振频率，实现载波剥离。本发明接收机仅需要存储一组处理后的数据，就可以实现不同频点的捕获，可以减少***对存储器的需求，并重复利用数据，避免受到接收信号速度的限制；实现存储空间和处理时间的双重节约。

Description

一种高灵敏度导航卫星信号快速捕获方法
技术领域
本发明属于卫星导航技术领域，涉及到信号捕获，尤其涉及到弱信号快速捕获方法。
背景技术
导航卫星信号的捕获速度收到导航信号低速率的限制，只有完整接收一段信号之后才可以对其进行处理。尤其是对于弱信号而言，需要接收到多个周期的信号进行累积，上述的“一段信号”时间会更长。接收机捕获电路如附图1所示。软件接收机可以通过“存储-重放”的过程提高数据处理的速度，但其仍然是在完整接收一段信号为前提的。如果软件接收机选择直接存储原始接收信号，如附图1中1处所示。则需要付出较大的存储空间代价。而如果软件接收机存储“下变频-变采样”处理后的信号，如附图1中2处所示。虽然可以减少存储空间，但每次存储的数据仅能够应用于特定频点的搜素。改变搜索频点后仍需要重新进行“接收-存储-下变频-变采样”过程，从而又一次受到信号速率的限制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种分布式下变频方法，使得接收机使用较少的存储空间存储一组数据就可以实现多个频点的搜索。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高灵敏度导航卫星信号快速捕获方法，包括以下步骤：
第一步，地面接收机的数模转换输出得到频率为fr的中频信号，接收机的本机振荡器产生固定频率为fla的“一级本振信号”，其固定频率fla的取值应为fr上限。
第二步，首先对中频信号进行“一级下变频”处理，即频率为fr的中频信号乘以固定频率fla的“一级本振信号”，进行下变频处理至fi，如下式所示：fi＝fr-fla。然后，对下变频处理后的频率为fi的信号进行变采样得到预处理之后的信号，将该信号进行存储。
与传统的下变频策略不同的是，传统下变频策略中“一级本振信号”频率并非定值，而是从fr所有可能值的下限到上限，根据搜索频点的不同而变化，其变化的目的是力求使fi尽量接近0。而本发明中的“一级本振信号”频率固定为fla，不寻求下变频后fi为0，且fla的取值应为fr的上限。
第三步，将搜索频点i设为0，j设为1。
第四步，对第二步预处理之后的信号进行FFT运算。
第五步，接收机的本机振荡器产生搜索频点i对应的频率为flb的“二级本振信号”，其频率flb从fia-fr的下限到上限变化。接收机产生本地码序列，即接收机产生本地码序列为j号卫星的扩频序列。
与传统的下变频策略不同的是，传统下变频策略中不存在“二级本振信号”。而本发明中的“二级本振信号”频率flb并非定值，而是从fia-fr的下限到上限，根据搜索频点的不同而变化，其变化的目的是力求使fi+flb尽量接近0。
第六步，将第五步接收机产生的本地码序列乘以频率为flb的“二级本振信号”，进行“二级下变频”。然后，对下变频处理后的信号进行变采样得到预处理之后的信号。
第七步，对第六步预处理之后的信号进行FFT运算。
第八步，将第四步和第七步得到的两个信号进行共轭相乘。
第九步，将第八步得到的信号进行IFFT运算，运算后得到的结果就是接收码与本地码的相关函数，对运算结果进行峰值判决。
第十步，若监测到相关峰值，则信号捕获成功；否则回放第二步存储的信号，并改变搜索频点，根据搜索频点对应的频率，改变“二级下变频”的本振频率flb，重复进行第四步到第九步，直到信号捕获成功，记录当前本振频率flb。
信号捕获成功后，计算固定频率fla与第十步得到的本振频率flb的差，该频率即为接收信号的频率搜索结果。
本发明的效果和益处是：
软件接收机仅需要存储一组处理后的数据，就可以实现不同频点的捕获，可以减少***对存储器的需求，并重复利用数据，避免受到接收信号速度的限制。实现存储空间和处理时间的双重节约。
附图说明
图1为传统频域捕获电路结构示意图；
图中：1为原始信号的存储位置；2为处理后信号的存储位置；3为接收信号数字中频输入；4为混频器和下采样构成的预处理；5为FFT；6为共轭相乘；7为本地振荡器；8为本地码生成器；9为FFT；10为IFFT和判决器
图2为本发明改进后频域捕获电路结构示意图；
图中：1为一级下变频本振位置；2为二级下变频本振位置。3为接收信号数字中频输入；4为混频器和下采样构成的预处理；5为FFT；6为共轭相乘；7为用于二级下变频的乘法器；8为本地码生成器；9为FFT；10为IFFT和判决器。
具体实施方式
以下结合技术方案(和附图)详细叙述本发明的具体实施方式。
一种高灵敏度导航卫星信号快速捕获方法，首先，信号接收后的下变频过程中，频率为fr的接收信号乘以固定频率fl的本振信号进行“一级下变频”至fi。本发明不寻求下变频后fi为0。其次，接收机的本地码序列在做FFT运算前，乘以另一个频率为flb的“二级本振信号”，此处flb非定值，根据搜索频点的不同而变化。最后，收机信号捕获过程中，接收信号先进行“一级下变频”后存储。改变搜索参数时，回放储后的信号，并根据搜索频点，改变“二级下变频”的本振频率，实现载波剥离。具体包括以下步骤：
(1)通过地面接收机接收得到频率为fr的中频信号，fr的动态范围为15.742M-3kHz到15.742M+3kHz，接收机频率搜索精度要求25Hz，如附图2中3处所示。接收机的本机振荡器产生固定频率为15.742M+3kHz的“一级本振信号”，如附图2中1处所示。
(2)如附图2中4处所示，首先对中频信号进行“一级下变频”处理，即频率为fr的中频信号乘以固定频率15.742M+3kHz的“一级本振信号”，进行下变频处理至fi，如下式所示：fi＝fr-(15.742M+3kHz)。然后，对下变频处理后的频率为fi的信号进行变采样得到预处理之后的信号，将该信号进行存储。
(3)将i设为0，j设为1。
(4)对第2步预处理之后的信号进行FFT运算，如附图2中5处所示。
(5)接收机的本机振荡器产生搜索频点i对应的频率为25*i的“二级本振信号”，如附图2中2所示。接收机产生本地码序列为j号卫星的扩频序列A，如附图2中8所示。
(6)将扩频序列A乘以频率为25*i的“二级本振信号”，进行“二级下变频”。然后，对下变频处理后的信号进行变采样得到预处理之后的信号。如附图2中7处所示。
(7)对第6步预处理之后的信号进行FFT运算，如附图2中9处所示。
(8)将第4步和第7步得到的两个信号进行共轭相乘，如附图2中6处所示。
(9)将第8步得到的信号进行IFFT运算，运算后得到的结果就是接收码与本地码的相关函数，对运算结果进行峰值判决，如附图2中10处所示。若运算结果的峰值高于信号检测阈值，则信号捕获成功；否则存储器回放第2步存储的数据，改变星号j或搜索频点i，i的取值从0到240，j的取值从1到定位***卫星总数，重复进行第4步到第9步，直到信号捕获成功，记录当前本振频率flb。
(10)信号捕获成功后，计算固定频率15.742M+3kHz与第9步得到的本振频率flb的差，根据该频率将接收到的中频信号解调为基带信号，从而实现载波剥离。
对于一个采样率Xksps，处理后等效采样率xsps(x<X)，扩频序列周期Yms，累积次数为N，数据位宽为B的软件接收机而言，传统结构需要x*Y*N*B个单位的存储空间以及240*Y*N秒的存储时间。而本发明仅需要x*Y*N*B个单位的存储空间以及Y*N秒的存储时间。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，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，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种高灵敏度导航卫星信号快速捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，地面接收机的数模转换输出得到频率为fr的中频信号，接收机的本机振荡器产生固定频率为fla的“一级本振信号”，其固定频率fla的取值应为fr上限；
第二步，首先对中频信号进行“一级下变频”处理，即频率为fr的中频信号乘以固定频率fla的“一级本振信号”，进行下变频处理至fi，如下式所示：fi＝fr-fla；然后，对下变频处理后的频率为fi的信号进行变采样得到预处理之后的信号，将该信号进行存储；
第三步，将搜索频点i设为0，j设为1；
第四步，对第二步预处理之后的信号进行FFT运算；
第五步，接收机的本机振荡器产生搜索频点i对应的频率为flb的“二级本振信号”，其频率flb从fia-fr的下限到上限变化；接收机产生本地码序列，即接收机产生本地码序列为j号卫星的扩频序列；
第六步，将第五步接收机产生的本地码序列乘以频率为flb的“二级本振信号”，进行“二级下变频”；然后，对下变频处理后的信号进行变采样得到预处理之后的信号；
第七步，对第六步预处理之后的信号进行FFT运算；
第八步，将第四步和第七步得到的两个信号进行共轭相乘；
第九步，将第八步得到的信号进行IFFT运算，运算后得到的结果就是接收码与本地码的相关函数，对运算结果进行峰值判决；
第十步，若监测到相关峰值，则信号捕获成功；否则回放第二步存储的信号，并改变搜索频点，根据搜索频点对应的频率，改变“二级下变频”的本振频率flb，重复进行第四步到第九步，直到信号捕获成功，记录当前本振频率flb；
信号捕获成功后，计算固定频率fla与第十步得到的本振频率flb的差，该频率即为接收信号的频率搜索结果。
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李贺;赵文静;罗雪松;刘畅;邹德岳;金明录: "基于特征值拟合优度的频谱感知算法研究", 大连理工大学学报, vol. 60, no. 006, 31 December 2020 (2020-12-31) *

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