BOC调制信号的捕获方法及装置

摘要

本文公开了一种二进制偏移载波BOC调制信号的捕获方法及装置，可以包括：将待捕获的信号，依次经过前端处理、与本地载波信号进行混频处理、与本地伪码信号进行相关运算，得到第一累加信号；将本地副载波与所述第一累加信号进行混频处理，得到第二累加信号；基于所述第一累加信号与所述第二累加信号进行计算，以滤除BOC调整信号相关函数中的旁瓣，得到能量值；根据所述能量值以及预设的捕获阈值，进行检测判决。本申请解决了BOC调制信号相关函数多峰性带来了的捕获精度低的问题，在保证高精度捕获的同时，还降低了复杂度。

说明书

技术领域

本发明涉及导航技术领域，尤指一种BOC调制信号的捕获方法及装置。

背景技术

随着科学技术的发展，人类对导航定位技术的研究跨入了卫星定位时代。为了能够在全球范围内、全天候地提供精确地位置以及速度信息，全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)的概念被提出。全球卫星导航系统在众多领域有着非常重要的作用，其中包括军事、导航、勘探、监测、测量、通信授时等等，随着近年民用应用的快速发展，在人们日常生活中全球卫星导航系统已经逐渐深入，从手机、个人电脑、汽车、民用飞机到导弹、战机都离不开卫星导航技术。全球各大国都在努力发展卫星导航技术，目前存在多个卫星导航系统，各国之间既独立竞相发展卫星导航技术又相互兼容系统，形成繁荣的GNSS系统。

全球导航卫星系统包括美国的GPS(Global Position System)，俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和中国的北斗(Compass Navigation System)系统。美国的GPS是第一个覆盖全球的空间卫星导航系统，其卫星星座共有32颗卫星，采用码分多址(CDMA，Code Division Multiple Access)的卫星寻址方式。目前，美国正在加速GPS现代化和第三代GPS的研发工作，在新的GPS卫星中增加L2C和L5两个民用信号及一个军用M码信号。俄罗斯的GLONASS系统与GPS系统原理和功能类似，其卫星星座由24颗卫星组成，采用频分多址(FDMA，Frequency Division Multiple Access)的卫星寻址方式。目前，俄罗斯正在进行GLONASS现代化工作，采用CDMA方式实现与GPS和Galileo系统的兼容。Galileo系统为欧盟一个正在建造的卫星导航定位系统，其卫星星座由30颗卫星构成，卫星寻址采用码分多址的方式。它能够与GPS和GLONASS完成多系统的兼容并且可以提供更多的民用服务。“北斗1号”是中国自主研发的由3颗卫星组成的第一代卫星导航系统，没有测距和测高的功能。正在建设的“北斗2号”是由3颗倾斜同步轨道卫星、27颗中轨道卫星和5颗地球静止轨道卫星组成，可满足全球覆盖的条件，为我国陆地、海洋、空中和空间的各类军事和民用提供多种应用保障。

随着现代GNSS的快速发展，美国现代GPS系统，欧洲Galileo系统和北斗系统等都采用了新型卫星导航信号。与传统BPSK调制的卫星导航信号相比，二进制偏移载波(BOC，Binary Offset Carrier)调制技术能够使信号能量集中分布在频带边缘，充分利用频带资源，避免信号之间的频谱混叠导致的相互干扰。此外，BOC信号的相关函数具有更窄的主峰，因此具有更好的抗多径性能，从而提升导航接收机的高精度测量性能。

作为卫星导航定位系统中核心组成部分，捕获是一个二维的搜索过程，即伪码的捕获和载波的捕获。伪码的捕获，主要是由于卫星导航信号采用了不同的伪随机码对信号进行扩频调制。因为伪随机码良好的自相关性，一般伪码捕获都是通过对两路信号进行相关运算来完成的。当本地伪随机码与接收伪随机码的相位在前后的任何方向上偏移超过一个码片时相关值会非常小；当两者在一个码片的误差内对齐时相关函数值则明显增大。故本地伪码与接收信号的相关器输出的相关峰值超过了预定的门限值时，则说明本地复现了调制该导航电文的伪码序列。载波捕获，主要考虑的是载波多普勒的存在造成接收信号载波的不确定性。如果本地载波与接收信号的频率相差较大，其相关值会明显变小。因此若要实现伪码捕获，必须先获得接收信号载波的准确值。只有当载波和码相位都匹配时，才能准确地捕获到信号。

而相关技术中，BOC调制信号相关函数多峰性带来了捕获性能低、计算复杂度高等问题。

发明内容

本申请旨在解决相关技术的至少一个技术问题。

本发明提供了一种BOC调制信号的捕获方法及装置，至少能够解决BOC调制信号捕获精度低的问题。

本申请提供了如下技术方案。

一种二进制偏移载波BOC调制信号的捕获方法，包括：

将待捕获的信号，依次经过前端处理、与本地载波信号进行混频处理、与本地伪码信号进行相关运算，得到第一累加信号；

将本地副载波与所述第一累加信号进行混频处理，得到第二累加信号；

基于所述第一累加信号与所述第二累加信号进行计算，以滤除BOC调整信号相关函数中的旁瓣，得到能量值；

根据所述能量值以及预设的捕获阈值，进行检测判决。

其中，所述基于所述第一累加信号与所述第二累加信号进行计算，包括：根据第一累加信号、第二累加信号以及预先设置的权重进行计算。

其中，所述基于所述第一累加信号与所述第二累加信号进行计算，包括：基于如下公式进行计算：

R＝R

其中，R表示所述能量值，R

其中，还包括：在所述检测判决的结果为未捕获到卫星信号时，调整所述本地伪码信号的码相位，以进入所述卫星信号的下一轮捕获。

其中，还包括：所述基于所述第一累加信号与所述第二累加信号进行计算之前，对所述第一累加信号和/或所述第二累加信号进行相干积分和/或非相干积分的处理。

一种二进制偏移载波BOC调制信号的捕获装置，包括：

前端处理单元；

载波数控振荡器；

伪码数控振荡器；

第一混频器；

相关器；

第二混频器；

计算单元；

检测判决器；

其中，待捕获的信号经过所述前端处理单元的前端处理之后送入所述第一混频器，所述第一混频器将所述载波数控振荡器生成的本地载波信号与所述前端处理后的信号进行混频处理并送入所述相关器，所述相关器将所述混频处理后的信号与所述伪码数控振荡器生成的本地伪码信号进行相关运算，得到第一累加信号并送入所述第二混频器；所述第二混频器将所述伪码数控振荡器生成的本地副载波与所述第一累加信号进行混频处理，得到第二累加信号；来自相关器的第一累加信号与来自第二混频器的第二累加信号分别进入所述计算单元，所述计算单元基于所述第一累加信号与所述第二累加信号进行计算，以滤除BOC调整信号相关函数中的旁瓣，得到能量值并送入所述检测判决器，所述检测判决器根据所述能量值以及预设的捕获阈值，进行检测判决。

其中，所述计算单元根据第一累加信号、第二累加信号以及预先设置的权重进行计算。

其中，所述计算单元基于所述第一累加信号与所述第二累加信号进行计算，包括：

所述计算单元基于如下公式进行计算：

R＝R

其中，R表示所述能量值，R

其中，还包括：逻辑控制单元，输入端与所述检测判决器连接，输出端与所述伪码数控振荡器连接；其中，所述检测判决器进行检测判决后，在所述检测判决的结果为未捕获到卫星信号时将所述检测判决的结果输出到所述逻辑控制单元；所述逻辑控制单元在所述检测判决的结果为未捕获到卫星信号时调整所述伪码数控振荡器生成的本地伪码信号的码相位，以进入所述卫星信号的下一轮捕获。

其中，还包括：第一累加单元，连接在所述相关器与所述计算单元之间；和/或，第二累加单元，连接在所述第二混频器与所述计算单元之间；所述来自相关器的第一累加信号与来自第二混频器的第二累加信号分别进入所述计算单元，包括如下之一或两项：所述相关器将所述第一累加信号送入所述第一累加单元，所述第一累加单元对所述第一累加信号进行相干积分和/或非相干积分的处理之后送入所述计算单元；所述第二混频器将所述第二累加信号送入所述第二累加单元，所述第二累加单元对所述第二累加信号进行相干积分和/或非相干积分的处理之后送入所述计算单元。

一种导航接收机，所述导航接收机包括上述BOC调制信号的捕获装置。

本申请的优点至少包括：

本发明实施例中，通过将第一累加信号与第二累加信号结合，消除了BOC调制信号相关函数的主峰旁边的副峰，解决了BOC调制信号相关函数多峰性带来了的捕获精度低问题，在保证高精度捕获性能的同时，还降低了复杂度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为相关技术中BOC调制信号的捕获过程示意图；

图2为实施例一的BOC调制信号捕获方法流程示意图；

图3为实施例一BOC调制信号捕获方法的示例性处理流程示意图；

图4为实施例一中计算单元运算示例的示意图；

图5为实施例二的BOC调制信号捕获装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

相关技术中，BOC调制信号的捕获方案如图1所示。其中，导航接收机进行捕获的过程可以包括：导航接收机接收到的信号先经过前端处理，将接收到的信号转化成频率较低的数字中频信号，然后通过低通滤波器得到包括两个主峰在内的信号。滤波后的结果分别与载波数控振荡器(即图1中的载波NCO)生成的本地载波信号进行混频，剥离载波信号，然后与伪码数控振荡器(即图1中的码NCO)生成的本地伪码分别进行相关运算，剥离伪码。在累加单元中进行相干积分累加和非相干积分累加。在计算单元中通过平方运算将两个通道的结果合成得到能量值。检测判决时，若能量值大于预设的能量门限值，则可判定接收机捕获到卫星信号；反之，则没有，通过逻辑控制单元调制伪码数控振荡器生成的码相位，进行下一轮的捕获。

上述BOC调整信号捕获方案至少存在以下问题：1、采用低通滤波器进行滤波，导致电路结构复杂，实现复杂度较高；2、低通滤波器不能完全将BOC调制信号的旁瓣滤除，且低通滤波器会引入新的误差，对捕获性能有影响。3、双边带都需要平方运算的处理，计算复杂度较高，成本大。

针对上述问题，本申请提出一种BOC调制信号的捕获方案，解决了BOC调制信号相关函数多峰性带来的捕获精度低的问题，不仅提高了BOC调制信号的捕获精度，而且降低了计算复杂度。

下面对本申请技术方案的实现方式进行详细说明。

实施例一

如图2所示，一种BOC调制信号的捕获方法，可以包括：

步骤201，将待捕获的信号，依次经过前端处理、与本地载波信号进行混频处理、与本地伪码信号进行相关运算，得到第一累加信号；

步骤202，将本地副载波与所述第一累加信号进行混频处理，得到第二累加信号；

步骤203，基于所述第一累加信号与所述第二累加信号进行计算，以滤除BOC调整信号相关函数中的旁瓣，得到能量值；

步骤204，根据所述能量值以及预设的捕获阈值，进行检测判决。

本实施例中，可以根据第一累加信号、第二累加信号以及预先设置的权重进行计算。具体应用中，计算方式可以有多种。

一种实现方式中，所述基于所述第一累加信号与所述第二累加信号进行计算，可以包括：基于如下公式进行计算：R＝R

另一种实现方式中，所述基于所述第一累加信号与所述第二累加信号进行计算，可以包括：基于如下公式进行计算：

需要说明的是，基于第一累加信号与第二累加信号进行计算时所采用的具体算法可以根据具体应用的情况、BOC调制信号的特点等多方面进行调整，不限于上述两种算法。

本实施例中，在所述检测判决的结果为未捕获到卫星信号时，还可以调整所述相关运算使用的伪码信号的码相位，以进入所述卫星信号的下一轮捕获。实际应用中，如果检测判决的结果为捕获到卫星信号，那么当前BOC调制信号的捕获即结束，不需要再进入下一轮捕获。

本实施例中，基于所述第一累加信号与所述第二累加信号进行计算之前，还可以对所述第一累加信号和/或第二累加信号进行相干积分和/或非相干积分的处理。这样，相干积分和/或非相干积分的处理之后，可消除噪声和干扰信号的影响，基于此处理之后的第一累加信号和/或第二累加信号进行计算，捕获精度更高。

本实施例中，通过将第一累加信号与第二累加信号结合，消除了BOC调制信号相关函数的主峰旁边的副峰，解决了BOC调制信号相关函数多峰性带来了的捕获精度很低的问题，在保证高精度捕获性能的同时，降低了复杂度，大大提高了捕获的性能。

如图3所示，为本实施例BOC调制信号捕获方法的示例性处理流程。如图3所示，一种示例性处理流程中，BOC调制信号的捕获过程可以包括：当导航接收机进入到捕获流程后，接收到的信号(即上文所述待捕获的信号)先经过前端处理，将该信号转化成频率较低的数字中频信号。载波数控振荡器(NCO，numerically controlled oscillator)生成相互正交的两路本地载波信号(即正弦载波和余弦载波)，第一混频器将该两路本地载波信号分别与该数字中频信号进行混频处理(比如，混频运算)，得到两路混频后的信号。伪码数控振荡器生成本地伪码信号，相关器将该本地伪码信号分别与两路混频后的信号进行相关运算，该得到两路相关运算的结果即两路第一累加信号。伪码数控振荡器控制本地副载波的生成，第二混频器将两路相关运算后的结果(即两路第一累加信号)分别与本地副载波进行混频处理，以完成副载波调制，此混频后的结果即为两路第二累加信号。两路第一累加信号经过第一累加单元的相干积分和/或非相干积分的处理后进入计算单元，两路第二累加信号经过第二累加单元的相干积分和/或非相干积分的处理后进入计算单元，在计算单元中基于第一累加信号和第二累加信号进行计算，滤除BOC调制信号相关函数中的旁瓣，得到能量值。若能量值大于预设的捕获阈值，则可判决成功捕获到卫星信号；若能量值不大于预设的捕获阈值，则未捕获到卫星信号，此时通过逻辑控制单元调整伪码数控振荡器生成的本地伪码信号的码相位，进行下一轮的捕获。

本实施例中，在能量值不低于该捕获阈值时即可判决为捕获到卫星信号，在能量值低于该捕获阈值时即判决为未捕获到卫星信号。本实施例中，捕获阈值是用于判定捕获成功与否的经验值，可通过实际的仿真测试设定。比如，可以将捕获阈值设置成一个比例因子，即在得到的最大能量值与当前能量值的比例超过该比例因子时即可判定为捕获成功(即捕获到卫星信号)，反之即可判定为捕获失败(即未捕获到卫星信号)。

在上述示例性处理流程中，计算单元的运算示例如下：

假设第一累加信号为R

R＝R

其中，α可根据不同的BOC调制信号进行调节。

一种示例中，假设是BOC(1，1)调制信号，则可设置α为2。

理论上，理想化的无噪声干扰的第一累加信号可表示为下式(2)：

理论上，理想化的无噪声干扰的第二累加信号可表示为下式(3)：

基于式(1)～(3)，通过计算单元得到能量值如下式(4)：

上述实现方式的计算过程可参考图4，计算单元可以通过上述计算可尽量将实线描述的小边峰消除。其中，R

另一种示例中，假设是任一BOC(α,β)调制信号，其中调制指数n为2α/β。

理论上，理想化的无噪声干扰的第一累加信号可表示为下式(5)：

理论上，理想化的无噪声干扰的第二累加信号可表示为下式(6)：

其中，n为调制指数，l为tri函数宽度的一半。

根据不同的BOC调制信号，选择合适的计算方式，尽可能消除旁瓣，得到一个主峰，即最理想情况下通过计算单元得到能量值如下式(7)所示：

需要说明的是由于不同的BOC调制信号其相关函数的边峰数量和形态都不同，以上以公式的形式表述，可涵盖所有的BOC(α,β)族的调制信号。对此，本文不再一一列举。

由上可知，相比未经处理的BOC相关函数信号(即第二累加信号的能量值)，本实施例结合第一累加信号与第二累加信号得到的能量值只有一个主峰，且主峰高而窄。

经仿真验证，本实施例相较于相关技术具有如下优点：1、本实施例通过未经副载波调制的信号参与原累加信号进行计算，滤除BOC相关函数的边峰，得到一个比原相关函数更高且窄的主峰，解决了BOC调制信号多边锋导致的捕获性能低的问题；2、本实施例得到的高且窄的主峰，还具有更高的捕获精度；3、本实施例未使用低通滤波器和平方运算，大大降低了计算的复杂度，节约了成本。

实施例二

一种BOC调制信号的捕获装置，如图5所示，可以包括：

前端处理单元51；

载波数控振荡器(载波NCO)52；

伪码数控振荡器(伪码NCO)53；

第一混频器54；

相关器55；

第二混频器56；

计算单元57；

检测判决器58；

其中，待捕获的信号经过所述前端处理单元51的前端处理之后送入所述第一混频器54，所述第一混频器54将所述载波数控振荡器52生成的本地载波信号与所述前端处理后的信号进行混频处理并送入所述相关器55，所述相关器55将所述混频处理后的信号与所述伪码数控振荡器53生成的本地伪码信号进行相关运算，得到第一累加信号并送入所述第二混频器56；所述第二混频器56将所述伪码数控振荡器53生成的本地副载波与所述第一累加信号进行混频处理，得到第二累加信号；来自相关器55的第一累加信号与来自第二混频器56的第二累加信号分别进入所述计算单元57，所述计算单元57基于所述第一累加信号与所述第二累加信号进行计算，以滤除BOC调整信号相关函数中的旁瓣，得到能量值并送入所述检测判决器58，所述检测判决器58根据所述能量值以及预设的捕获阈值，进行检测判决。

本实施例中，所述计算单元57可以根据第一累加信号、第二累加信号以及预先设置的权重进行计算。一种实现方式中，所述计算单元57可以基于如下公式进行计算：R＝R

本实施例的上述装置，还可以包括：逻辑控制单元59，输入端与所述检测判决器58连接，输出端与所述伪码数控振荡器53连接；其中，所述检测判决器58进行检测判决后，在所述检测判决的结果为未捕获到卫星信号时将所述检测判决的结果输出到逻辑控制单元59；逻辑控制单元59在所述检测判决的结果为未捕获到卫星信号时调整所述伪码数控振荡器53生成的本地伪码信号的码相位，以进入所述卫星信号的下一轮捕获。

本实施例的一种实现方式中，还可以包括：第一累加单元510，连接在相关器55与所述计算单元57之间；和/或，第二累加单元511，连接在所述第二混频器56与所述计算单元57之间。相应的，所述来自相关器55的第一累加信号与来自第二混频器56的第二累加信号分别进入所述计算单元，可以包括如下之一或两项：1)所述相关器55将所述第一累加信号送入所述第一累加单元510，所述第一累加单元510对所述第一累加信号进行相干积分和/或非相干积分的处理之后送入所述计算单元57；2)所述第二混频器56将所述第二累加信号送入所述第二累加单元511，所述第二累加单元511对所述第二累加信号进行相干积分和/或非相干积分的处理之后送入所述计算单元57。这样，第一累加单元510和第二累加单元511的相干积分和/或非相干积分的处理之后，可消除噪声和干扰信号的影响，计算单元57基于此处理之后的第一累加信号和第二累加信号进行计算，捕获精度更高。

实际应用中，本实施例BOC调制信号的捕获装置可通过导航接收机实现，或设置于导航接收机中。一种实现方式中，该BOC调制信号的捕获装置可通过导航接收机的基带数字信号处理模块来实现。其中，前端处理单元51、载波数控振荡器52、伪码数控振荡器53、第一混频器54、相关器55、第二混频器56、计算单元57、检测判决器58、逻辑控制单元59、第一累加单元510、第二累加单元511、分别可以是软件、硬件或两者的结合。

本实施例的其他技术细节可参照实施例一。

实施例三

本申请还提供一种导航接收机，该导航接收机包括上述BOC调制信号的捕获装置。具体技术细节可参照实施例一和实施例二。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。