一种卫星导航接收机无周期长码信号的捕获方法及系统

摘要

本发明公开了一种卫星导航接收机无周期长码信号的捕获方法及系统。方法包括以下步骤：S1、快速搜索阶段，使用较短的相干积分时间进行分段相关累加，对分段相关值进行快速傅里叶变换、取包络和后积累处理，对频谱包络取最大得到当前码相位下的多普勒频率初始估计值；S2、虚警验证阶段，对快速搜索阶段相位旋转后的多个分段相关值进行累加得到更长相干积分时间的分段相关值，同样进行快速傅里叶变换、取包络和后积累处理，使用频谱包络最大值进行捕获判决，当包络最大值超过捕获门限时，输出当前的码相位和多普勒频率作为信号捕获结果。本发明在保证多普勒搜索范围的情况下，能实现较高的检测性能，在不增加相关器资源的情况下实现两级检测。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，更具体地说，特别涉及一种卫星导航接收机无周期长码信号的捕获方法及系统。

背景技术

不同于采用短码的民用公开信号，各卫星导航系统的授权信号均使用无周期长码。通常情况下，卫星导航接收机在接收无周期长码时，需要首先接收民用信号，并从民用信号中解调出具体当前的准确时间，但是在某些情况下民用信号可能无法使用，或者为了防止被欺骗，授权信号接收机会对授权信号进行直接捕获。

对授权信号进行直接捕获时，时间不确定范围通常为

目前导航信号接收机的捕获模块通常采用频域并行的实现架构，具体如图1所示，其中，

发明内容

本发明的目的在于提供一种卫星导航接收机无周期长码信号的捕获方法及系统，以克服现有技术所存在的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种卫星导航接收机无周期长码信号的捕获方法，包括以下步骤：

S1、快速搜索阶段，首先使用较短的相干积分时间进行分段相关累加，然后对分段相关值进行快速傅里叶变换、取包络和后积累处理，最后对频谱包络取最大得到当前码相位下的多普勒频率初始估计值，并使用多普勒频率的初始估计值对分段相关值进行相位旋转；

S2、虚警验证阶段，首先对快速搜索阶段相位旋转后的多个分段相关值进行累加得到更长相干积分时间的分段相关值，然后同样进行快速傅里叶变换、取包络和后积累处理，最后使用频谱包络最大值进行捕获判决，当包络最大值超过捕获门限时，输出当前的码相位和多普勒频率作为信号捕获结果，否则继续下一个码相位的搜索。

进一步地，所述步骤S1的搜索阶段具体包括以下步骤：

S10、定义

S11、对第

S12、重复步骤

S13、对积累后的频域包络值

式中，

S14、根据多普勒频率估计值

进一步地，所述步骤S2具体包括：

S20、将相位旋转后的连续

S21、对第

S22、重复步骤

S23、对积累后的频域包络值

进一步地，所述虚警验证阶段估计得到残留多普勒频率的计算公式为：

本发明还提供一种根据上述的卫星导航接收机无周期长码信号的捕获方法的系统，包括：

快速搜索模块，用于首先使用较短的相干积分时间进行分段相关累加，然后对分段相关值进行快速傅里叶变换、取包络和后积累处理，最后对频谱包络取最大得到当前码相位下的多普勒频率初始估计值，并使用多普勒频率的初始估计值对分段相关值进行相位旋转；

虚警验证模块，用于首先对快速搜索阶段相位旋转后的多个分段相关值进行累加得到更长相干积分时间的分段相关值，然后同样进行快速傅里叶变换、取包络和后积累处理，最后使用频谱包络最大值进行捕获判决，当包络最大值超过捕获门限时，输出当前的码相位和多普勒频率作为信号捕获结果，否则继续下一个码相位的搜索。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明在保证多普勒搜索范围的情况下，能够实现较高的检测性能，并且通过复用相关值，在不增加相关器资源的情况下实现两级检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是现有技术的捕获模块通常采用频域并行的实现架构图。

图2是本发明卫星导航接收机无周期长码信号的捕获方法的流程图。

图3是本发明卫星导航接收机无周期长码信号的捕获系统的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

针对传统捕获模块在进行无周期长码信号的捕获时，难以兼顾检测性能和多普勒搜索范围的问题，本发明通过基于快速搜索和虚警验证两层处理的实现架构，同时为了降低相关值计算所需的硬件资源，通过缓存相关值在两层处理中实现相关值的复用。

本发明将传统的频域并行捕获过程分为快速搜索和虚警验证两个阶段，即：S1、快速搜索阶段，首先使用较短的相干积分时间进行分段相关累加，然后对分段相关值进行快速傅里叶变换、取包络和后积累处理，最后对频谱包络取最大得到当前码相位下的多普勒频率初始估计值；S2、虚警验证阶段，首先使用多普勒频率的初始估计值对快速搜索阶段的分段相关值进行相位旋转，并将相位旋转后的多个分段相关值进行累加得到相干积分时间较长的分段相关值，然后同样进行快速傅里叶变换、取包络和后积累处理，最后使用频谱包络最大值进行捕获判决。当包络最大值超过捕获门限时，输出当前的码相位和多普勒频率作为信号捕获结果，否则继续下一个码相位的搜索。

参阅图2所示，其中，

以快速搜索阶段的设计参数为例，

虽然快速搜索和虚警验证两个阶段的设计参数相互间并无约束，但是当

本实施例公开了一种卫星导航接收机无周期长码信号的捕获方法，具体包括以下步骤：

步骤S10、定义

步骤S11、对第

步骤S12、重复步骤

步骤S13、对积累后的频域包络值

式中，

步骤S14、根据多普勒频率估计值

所述的步骤S2具体包括：

步骤S20、将步骤S14中相位旋转后的连续

步骤S21、对第

步骤S22、重复步骤

步骤S23、对积累后的频域包络值

所述虚警验证阶段估计得到残留多普勒频率的计算公式为：

结合图3所示，本发明还提供一种根据上述的卫星导航接收机无周期长码信号的捕获方法的系统，包括：快速搜索模块1，用于首先使用较短的相干积分时间进行分段相关累加，然后对分段相关值进行快速傅里叶变换、取包络和后积累处理，最后对频谱包络取最大得到当前码相位下的多普勒频率初始估计值，并使用多普勒频率的初始估计值对分段相关值进行相位旋转；虚警验证模块2，用于首先对快速搜索阶段相位旋转后的多个分段相关值进行累加得到更长相干积分时间的分段相关值，然后同样进行快速傅里叶变换、取包络和后积累处理，最后使用频谱包络最大值进行捕获判决，当包络最大值超过捕获门限时，输出当前的码相位和多普勒频率作为信号捕获结果，否则继续下一个码相位的搜索。

下面通过具体实验对本发明作进一步说明。

下表1分别是输入信号载噪比32dBHz，FFT点数为32点时，采用传统方法和本发明的方法所对应的检测性能。

表1

由上述仿真结果可见，相比传统方法，当总的积累时长均为80ms，虚警概率为0.02%时，本发明的检测性能为93.5%，远优于传统方法的62.0%。传统方法为了实现与本发明相同的检测性能，所需的总积累时长需由80ms增加至140ms，也就是说本发明在保证多普勒搜索范围的情况下，能够实现较高的检测性能。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。