一种BOC信号捕获方法、信号接收机及信号捕获系统

摘要

本申请提供一种BOC信号捕获方法、信号接收机及信号捕获系统。该方法包括：接收捕获通道中的BOC中频信号；将所述BOC中频信号进行载波剥离；将载波剥离后的BOC中频信号与两类伪随机噪声码进行相关运算，获得第一自相关函数以及互相关函数；基于所述第一自相关函数以及所述互相关函数，重构已经消除边峰的第二自相关函数。第二自相关函数消除边峰具有较好的效果，且该方式简单，实现难度低，可广泛应用于对各类BOC调制信号的捕获中。

说明书

技术领域

本申请涉及卫星导航定位技术领域，具体而言，涉及一种BOC信号捕获方法、信号接收机及信号捕获系统。

背景技术

BOC(二进制偏移载波)调制就是在原有BPSK-R(Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控)调制的基础上，再加上一个二进制副载波对BPSK-R信号进行二次扩频。该调制方式已经被广泛的应用北斗三号、GPS(Global Positioning System，全球定位系统)和伽利略卫星导航系统中，比如该调制方式已用于北斗三号中的B1C信号。但BOC调制信号的频谱分裂在进行时域相关运算时，会出现一个主峰和多个子峰，严重影响BOC调制信号捕获的准确性。现有的抑制相关峰模糊度算法普遍复杂度较高，且无法有效的解决BOC调制信号的自相关函数的边峰问题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种BOC信号捕获方法、信号接收机及信号捕获系统，以改善“现有的抑制相关峰模糊度算法普遍复杂度较高，且无法有效的解决BOC调制信号的自相关函数的边峰问题”的问题。

本发明是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种BOC信号捕获方法，包括：接收捕获通道中的BOC中频信号；将所述BOC中频信号进行载波剥离；将载波剥离后的BOC中频信号与两类伪随机噪声码进行相关运算，获得第一自相关函数以及互相关函数；基于所述第一自相关函数以及所述互相关函数，重构已经消除边峰的第二自相关函数。

在本申请实施例中，通过将载波剥离后的BOC中频信号与两类伪随机噪声码进行相关运算，获得第一自相关函数以及互相关函数，再基于第一自相关函数以及互相关函数，重构第二自相关函数。第二自相关函数消除边峰具有较好的效果，且该方式简单，实现难度低，可广泛应用于对各类BOC调制信号的捕获中。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述将所述BOC中频信号进行载波剥离，包括：获取本地载波数字振荡器产生的两路同向信号以及所述本地载波数字振荡器产生的两路正交信号；将所述BOC中频信号分别与所述两路同向信号以及所述两路正交信号相乘，进行载波剥离，得到四路载波剥离的BOC中频信号。

在本申请实施例中，通过本地载波数字振荡器产生的两路正交信号、两路同向信号，最后得到四路载波剥离的BOC中频信号，便于后续将四路载波剥离的BOC中频信号分为两组信号分别与两类伪随机噪声码进行相关运算。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述将载波剥离后的BOC中频信号与两类伪随机噪声码进行相关运算，获得第一自相关函数以及互相关函数，包括：将第一组载波剥离后的BOC中频信号与第一类伪随机噪声码进行相关运算，获得所述第一自相关函数；其中，所述第一组载波剥离后的BOC中频信号包括一路同向信号与所述BOC中频信号相乘后的信号以及一路正交信号与所述BOC中频信号相乘后的信号；所述第一类伪随机噪声码经副载波方波调制；将第二组载波剥离的BOC中频信号与第二类伪随机噪声码进行相关运算，获得所述互相关函数；其中，所述第二组载波剥离后的BOC中频信号包括另一路同向信号与所述BOC中频信号相乘后的信号以及另一路正交信号与所述BOC中频信号相乘后的信号；所述第二类伪随机噪声码未经副载波方波调制。

在本申请实施例中，通过将两组载波剥离后的BOC中频信号分别与不同类的伪随机噪声码进行相关运算，便于后续对第二自相关函数的重构。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述将第一组载波剥离后的BOC中频信号与第一类伪随机噪声码进行相关运算，获得所述第一自相关函数，包括：将所述第一组载波剥离后的BOC中频信号与所述第一类伪随机噪声码相乘，将相乘结果进行快速傅里叶变换，并对快速傅里叶变换的结果做相干积分，获得所述第一自相关函数；相应的，所述将第二组载波剥离的BOC中频信号与第二类伪随机噪声码进行相关运算，获得所述互相关函数，包括：将所述第二组载波剥离的BOC中频信号与所述第二类伪随机噪声码相乘，将相乘结果进行快速傅里叶变换，并对快速傅里叶变换的结果做相干积分，获得所述互相关函数。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述将所述第一组载波剥离后的BOC中频信号与所述第一类伪随机噪声码相乘，将该相乘结果进行快速傅里叶变换，并对快速傅里叶变换的结果做相干积分，获得所述第一自相关函数，包括：将所述第一组载波剥离后的BOC中频信号与所述第一类伪随机噪声码相乘；基于快速傅里叶变换频率分辨率以及多普勒频偏搜索范围配置打包时长对相乘结果进行数据打包；将数据打包结果进行快速傅里叶变换，并对快速傅里叶变换的结果做相干积分，获得所述第一自相关函数；相应的，所述将所述第二组载波剥离的BOC中频信号与所述第二类伪随机噪声码相乘，将相乘结果进行快速傅里叶变换，并对快速傅里叶变换的结果做相干积分，获得所述互相关函数，包括：将所述第二组载波剥离后的BOC中频信号与所述第二类伪随机噪声码相乘；基于快速傅里叶变换频率分辨率以及多普勒频偏搜索范围配置打包时长对相乘结果进行数据打包；将数据打包结果进行快速傅里叶变换，并对快速傅里叶变换的结果做相干积分，获得所述互相关函数。

在本申请实施例中，在将相乘结果进行快速傅里叶变换之前，将载波剥离后的BOC中频信号与伪随机噪声码相乘结果基于快速傅里叶变换频率分辨率以及多普勒频偏搜索范围配置打包时长进行数据打包，通过该方式，降低了快速傅里叶变换的运算量，提高了信号处理速度。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述基于所述第一自相关函数以及所述互相关函数，重构已经消除边峰的第二自相关函数，包括：将所述第一自相关函数的平方减去所述互相关函数的平方与修正参数的乘积；将差值做非相干积分，重构已经消除边峰的所述第二自相关函数。

在本申请实施例中，通过将所述第一自相关函数的平方减去所述互相关函数的平方与修正参数的乘积；将差值做非相干积分，重构已经消除边峰的所述第二自相关函数。一来能够得到具有消除边峰较好的效果的第二自相关函数，二来通过非相干积分能够便于对微弱的信号进行捕捉。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，在所述将所述BOC中频信号进行载波剥离之后，所述方法还包括：以半码片为周期，降低所述载波剥离后的BOC中频信号的频率；相应的，所述将载波剥离后的BOC中频信号与两类伪随机噪声码进行相关运算，获得第一自相关函数以及互相关函数，包括：将降低频率后的载波剥离后的BOC中频信号与两类伪随机噪声码进行相关运算，获得所述第一自相关函数以及所述互相关函数。

在本申请实施例中，以半码片为周期，降低所述载波剥离后的BOC中频信号的频率，也即对载波剥离的BOC中频信号进行数据降采样。通过该方式，降低后续信号处理过程的运算量。

第二方面，本申请实施例还提供一种信号接收机，包括：处理器和存储器，所述处理器和所述存储器连接；所述存储器用于存储程序；所述处理器用于运行存储在所述存储器中的程序，执行如上述第一方面实施例和/或结合上述第一方面实施例的一些可能的实现方式提供的方法。

第三方面，本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上述第一方面实施例和/或结合上述第一方面实施例的一些可能的实现方式提供的方法。

第四方面，本申请实施例提供一种信号捕获系统，包括如第二方面实施例提供的信号接收机以及终端设备，所述终端设备与所述信号接收机通信连接；所述终端设备用于在获取到所述信号接收机发送的捕获结果后，向所述信号接收机发送第一切换指令，以使所述信号接收机基于所述第一切换指令切换捕获通道；其中，所述捕获结果包括BOC信号捕获成功或BOC信号捕获失败。

结合上述第四方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述终端设备还用于获取所述信号接收机的捕获时长，以及当所述捕获时长超过预设阈值时，向所述信号接收机发送第二切换指令，以使所述信号接收机基于所述第二切换指令切换捕获通道。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种信号接收机的结构框图。

图2为本申请实施例提供的一种BOC信号捕获方法的步骤流程图。

图3为本申请实施例提供的包含第一自相关函数、第二自相关函数以及互相关函数的示意图。

图4为本申请实施例提供的一种信号捕获系统的结构。

图标：100-信号接收机；110-处理器；120-存储器；10-信号捕获系统；200-终端设备。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

请参阅图1，为本申请实施例提供的一种应用BOC信号捕获方法的信号接收机的结构框图。该信号接收机主要用于对北斗三号中的B1C信号进行捕获(B1C信号通过BOC调制，也即该信号接收机通过对BOC调制信号的捕获进而捕获BOC调制信号中的B1C信号)。在结构上，信号接收机100可以包括处理器110和存储器120。

处理器110与存储器120直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互，例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。处理器110用于执行存储器120中存储的可执行模块，例如，信号接收机所包括的软件功能模块及计算机程序等，以实现BOC信号捕获方法。处理器110可以在接收到执行指令后，执行计算机程序。

其中，处理器110可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。处理器110也可以是通用处理器，例如FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)芯片，中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、分立门或晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。此外，通用处理器可以是微处理器或者任何常规处理器等。

存储器120可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)、可擦可编程序只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，以及电可擦编程只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)。存储器120用于存储程序，处理器110在接收到执行指令后，执行该程序。

应当理解，图1所示的结构仅为示意，本申请实施例提供的信号接收机100还可以具有比图1更少或更多的组件，或是具有与图1所示不同的配置。此外，图1所示的各组件可以通过软件、硬件或其组合实现。

请参阅图2，图2为本申请实施例提供的BOC信号捕获方法的步骤流程图，该方法应用于图1所示的信号接收机100。需要说明的是，本申请实施例提供的BOC信号捕获方法不以图2及以下所示的顺序为限制。该方法包括：步骤S101-步骤S104。

步骤S101：接收捕获通道中的BOC中频信号。

信号接收机通过捕获通道对北斗卫星的BIC-BOC(1，1)信号进行捕获，需要说明的是，B1C信号采用了“数据支路+导频支路”的设计方案，即只在数据支路上播发导航电文，导频支路上不播发电文。由于导频支路上不调制电文，在设计其捕获基带电路时，不需要考虑导航电文翻转带来的频谱扩展问题，能够通过增加相干积分时间来获得较高的信噪比，因此捕获导频支路信号相较于捕获数据支路信号，可以提高基带捕获电路的载波频偏估计和扩频码相位估计的准确度。北斗三号系统在导频支路以QMBOC(6,1,4/33)混合方式BOC(1，1)和BOC(6，1)信号调制，BOC(1，1)与BOC(6,1)功率之比为29:4。故基带捕获电路捕获的目标信号主要为导频支路的BOC(1，1)信号。此外，中频信号是高频信号经过变频而获得的一种信号，为了稳定工作和减小干扰，在接收捕获通道中的BOC中频信号之前，还包括将高频信号变为中频信号的过程。

接收到的完整的BOC中频信号数学模型如下所示：

其中，公式(1)中，r

步骤S102：将所述BOC中频信号进行载波剥离。

在接收到BOC中频信号后，将BOC中频信号进行载波剥离。具体的，可以通过本地数字振荡器产生的I/Q(In-phase/Quadrature，同向/正交)信号对BOC中频信号进行载波剥离。也即，I信号表示同向信号，Q信号表示正交信号。其中，I信号与Q信号之间的相位差为90度。具体的剥离过程即为将BOC中频信号分别与I信号和Q信号相乘。载波剥离后的BOC中频信号仅包括多普勒频偏。

为了便于后续将载波剥离后的BOC中频信号与两类伪随机噪声码进行相关运算，于本申请实施例中，将BOC中频信号进行载波剥离，包括：获取本地载波数字振荡器产生的两路同向信号以及本地载波数字振荡器产生的两路正交信号；将BOC中频信号分别与两路同向信号以及两路正交信号相乘，进行载波剥离，得到四路载波剥离的BOC中频信号。也即，通过该步骤形成的四路载波剥离的BOC中频信号包括：第一路同向信号与BOC中频信号相乘后的信号，第一路正交信号与BOC中频信号相乘后的信号，第二路同向信号与BOC中频信号相乘后的信号以及第二路正交信号与BOC中频信号相乘后的信号。相应的，可以将载波剥离后的BOC中频信号分为两组，第一组包括第一路同向信号与BOC中频信号相乘后的信号以及第一路正交信号与BOC中频信号相乘后的信号。第二组包括第二路同向信号与BOC中频信号相乘后的信号以及第二路正交信号与BOC中频信号相乘后的信号。通过两组载波剥离后的BOC中频信号便于后续分别与两类伪随机噪声码进行相关运算。

其中，I/Q四路载波剥离公式如下：

r

r

r

r

其中，公式(3)为第一路同向信号与BOC中频信号相乘后的信号，公式(4)为第一路正交信号与BOC中频信号相乘后的信号，公式(5)为第二路同向信号与BOC中频信号相乘后的信号，公式(6)为第二路正交信号与BOC中频信号相乘后的信号。

在其他实施例中，也可以是在将一路BOC中频信号分别与I信号和Q信号相乘，形成一路正交信号与BOC中频信号相乘后的信号，一路同向信号与BOC中频信号相乘后的信号后，将每路信号分别去与两类伪随机噪声码进行相关运算，对此，本申请不作限定。

可选地，为了降低后续信号处理过程的运算量，在将BOC中频信号进行载波剥离之后，还可以对载波剥离的BOC中频信号进行数据降采样，该方式包括：以半码片为周期，降低载波剥离后的BOC中频信号的频率。依据伪随机噪声码chip(码片)指示信号将乘积结果按chip为单位进行累加得到一个打包结果。假设一个chip有16个采样值，第i个数据包的打包过程如下式：

D

也即，在半码片周期内，将信号数据求积分。假设采样频率为80Mhz，而B1C一个完整的伪随机噪声码(PRN，pseudo random noise code)周期为10ms，故10ms的数据量为800000个点。而经过信号数据积分后，中频信号数据频率从80Mhz可降至2.046Mhz，10ms的数据量可以降至20460个点，显然，通过该方式减少了一个周期内的数据量，进而降低后续信号处理过程的运算量。

步骤S103：将载波剥离后的BOC中频信号与两类伪随机噪声码进行相关运算，获得第一自相关函数以及互相关函数。

在步骤S102之后，若对载波剥离的BOC中频信号进行了数据降采样，在该步骤中将降低频率后的载波剥离后的BOC中频信号与两类伪随机噪声码进行相关运算。

需要说明的是，上述的两类伪随机噪声码均由本地的码发生器生成，其中第一类伪随机噪声码经副载波方波调制，第二类伪随机噪声码不做任何处理(即第二类伪随机噪声码未经副载波方波调制)。

在进行相关运算时，将步骤S102中第一组载波剥离后的BOC中频信号与第一类伪随机噪声码进行相关运算，获得第一自相关函数R

其中，相关运算的过程具体包括：将载波剥离后的BOC中频信号与伪随机噪声码相乘，将相乘结果进行快速傅里叶变换(FFT，Fast Fourier Transformation)，并对快速傅里叶变换的结果做相干积分。也即，对于第一组载波剥离后的BOC中频信号与第一类伪随机噪声码的相关运算包括：将第一组载波剥离后的BOC中频信号与第一类伪随机噪声码相乘，将相乘结果进行快速傅里叶变换，并对快速傅里叶变换的结果做相干积分，获得第一自相关函数R

其中，将第一组载波剥离后的BOC中频信号与第一类伪随机噪声码相乘公式如下：

式(7)和式(8)中，e

将第二组载波剥离后的BOC中频信号与第二类伪随机噪声码相乘公式如下：

其中，相干积分的公式如下：

式(11)和式(12)中，k为相干积分时间单位段，K为相干积分总长度。需要说明的是，式(11)和式(12)是对

可选地，为了降低快速傅里叶变换的运算量，在将相乘结果进行快速傅里叶变换之前，还可以将载波剥离后的BOC中频信号与伪随机噪声码相乘结果进行数据打包。于本申请实施例中，基于快速傅里叶变换频率分辨率以及多普勒频偏搜索范围配置打包时长进行数据打包。下面结合具体的公式，对上述打包过程进行说明。

上述公式(13)中，X表示载波剥离的BOC中频信号的数据打包时长；F

根据北斗三号空间信号接口控制文件(ICD)可知，伪随机噪声码码长N

在仿真中多普勒频偏搜索范围为-10KHz至+10KHz，也即搜索范围为20KHz，则快速傅里叶变换点数N＝多普勒频偏搜索范围/Δf＝20KHz/100Hz＝200。为了避免频谱泄露，快速傅里叶变换点数N取2的指数，则取与200最接近的2的指数，得N＝256。

在得到傅里叶变换频率分辨率Δf以及快速傅里叶变换点数N后，即可根据已知的伪随机噪声码速率F

也即，对于第一组载波剥离后的BOC中频信号与第一类伪随机噪声码的相关运算的完整过程包括：将第一组载波剥离后的BOC中频信号与第一类伪随机噪声码相乘；基于快速傅里叶变换频率分辨率以及多普勒频偏搜索范围配置打包时长对相乘结果进行数据打包；将数据打包结果进行快速傅里叶变换，并对快速傅里叶变换的结果做相干积分，获得第一自相关函数R

步骤S104：基于所述第一自相关函数以及所述互相关函数，重构已经消除边峰的第二自相关函数。

其中，基于第一自相关函数以及所述互相关函数，重构已经消除边峰的第二自相关函数可以是将第一自相关函数的平方减去互相关函数的平方与修正参数的乘积，进而重构已经消除边峰的第二自相关函数。具体的公式如下：

其中，R表示第二自相关函数；R

如图3所示，图中包括第一自相关函数、第二自相关函数以及互相关函数，可见重构的第二自相关函数边峰基本已经被消除。

于本申请实施例中，为了能够对微弱的信号进行捕捉，在将第一自相关函数的平方减去互相关函数的平方与修正参数的乘积得到差值之后，还将差值做非相干积分，进而重构已经消除边峰的所述第二自相关函数。

其中，非相干积分公式如下：

式(15)中的

请参阅图4，基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种信号捕获系统10，包括如上述实施例提供的信号接收机100以及与该信号接收机100通信连接的终端设备200。

其中，终端设备200可以是移动上网设备(Mobile Internet Device，MID)，个人计算机(Personal Computer，PC)、平板电脑。本申请不作限定。

具体的，终端设备200用于在获取到信号接收机100发送的捕获结果后，向信号接收机100发送第一切换指令，以使信号接收机100基于第一切换指令切换捕获通道。

其中，捕获结果包括BOC信号捕获成功或BOC信号捕获失败。也即，不管信号接收机100是成功捕获到该通道的BOC信号还是未捕获到该通道的BOC信号，均会切换捕获通道，以使得信号接收机100去捕获下一个卫星的BOC信号。

可选地，终端设备200还用于获取信号接收机100的捕获时长，以及当捕获时长超过预设阈值时，向信号接收机100发送第二切换指令，以使信号接收机100基于第二切换指令切换捕获通道。

可以理解的是，信号接收机100在捕获过程中可能会出现捕获异常的情况，比如信号接收机100无法有效的进行捕获，但是却一直处于捕获的状态，因此为了避免信号接收机100故障，当捕获时长超过预设阈值时，向信号接收机100发送第二切换指令，以使信号接收机100基于第二切换指令切换捕获通道。

需要说明的是，由于所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序在被运行时执行上述实施例中提供的方法。

该存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。