專利名稱：北斗接收機多衛(wèi)星信號聯(lián)合捕獲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于屬于衛(wèi)星導(dǎo)航及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體指的是北斗接收機多衛(wèi)星信號聯(lián)合捕獲方法。
背景技術(shù)：
北斗接收機捕獲技術(shù)實現(xiàn)對可見衛(wèi)星的搜索與確定，為后續(xù)的跟蹤模塊提供初始碼相位及載波頻率值。隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System)的部署與建設(shè)，北斗導(dǎo)航接收機可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)全天時、全天候的連續(xù)導(dǎo)航，從而成為導(dǎo)航領(lǐng)域近年來以及未來相當(dāng)長一段時期內(nèi)應(yīng)用的主要手段和途徑。目前的衛(wèi)星捕獲方法每次僅可對單顆衛(wèi)星信號進行搜索及捕獲處理，在可見星較少的情況下，傳統(tǒng)捕獲方法對可見衛(wèi)星的捕獲效率較低，尤其是首顆可見衛(wèi)星。亟需一項新技術(shù)以實現(xiàn)對多顆衛(wèi)星并行搜索的聯(lián)合捕獲功能，提高對多顆可見星的搜索與捕獲速率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對目前傳統(tǒng)捕獲方法對可見衛(wèi)星捕獲效率較低的問題，提出北斗接收機多衛(wèi)星信號聯(lián)合捕獲方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:北斗接收機多衛(wèi)星信號聯(lián)合捕獲方法，所述方法通過將北斗接收機中輸入的BI頻點中頻信號及其延遲信號進行相乘運算；再與多衛(wèi)星奇偶兩路延遲組合測距偽碼序列進行相關(guān)運算及相關(guān)峰值檢測，實現(xiàn)北斗接收機對多顆衛(wèi)星的并行搜索；最后利用單顆可見星對應(yīng)碼相位及載波頻率判別方法，獲得多星搜索結(jié)果中的單顆可見星碼相位及載波頻率值，為北斗接收機的信號跟蹤模塊提供初始參數(shù)；該方法的具體步驟如下:(I)北斗接收機將天線接收到的BI頻點北斗衛(wèi)星信號經(jīng)射頻前端處理后變成數(shù)字中頻信號，為接收機提供輸入信號來源；(2)利用北斗BI頻點測距碼發(fā)生器分別生成I 37顆衛(wèi)星對應(yīng)的單周期復(fù)制測距偽碼序列，稱該偽碼序列為復(fù)制偽碼，通過極性轉(zhuǎn)換將復(fù)制偽碼由單極性碼變?yōu)殡p極性碼，將轉(zhuǎn)換后的37個復(fù)制偽碼序列進行本地存儲，以便信號捕獲處理時直接讀取使用；(3)信號捕獲操作，根據(jù)采樣頻率確定單個碼周期Ims時間內(nèi)的采樣點數(shù)，分別取整倍碼周期時間長度(區(qū)間為[1，20]ms)的輸入信號S1及延遲信號S2，延遲時間長度L或采樣點數(shù)m利用采樣頻率及中頻頻率計算獲得，將等序列的輸入信號與延遲信號進行相乘，獲得混頻信號Smix ；(4)讀取存儲的I 37號衛(wèi)星復(fù)制偽碼序列，分別將37個復(fù)制偽碼序列按奇偶位分為兩路并行復(fù)制偽碼，然后根據(jù)采樣頻率對并行復(fù)制偽碼進行碼片擴展，每顆星均得到奇偶兩路擴展并行復(fù)制偽碼序列Ca和Cb ；(5)將連續(xù)2 4顆衛(wèi)星的擴展并行復(fù)制偽碼序列CJ和Q分別進行相加組合，生成奇偶兩路新組合測距碼(；?！泛虲Bram，將兩路新組合測距碼分別進行與輸入信號同延遲時間長度L或采樣點數(shù)m的延遲變換，再對新組合測距碼及其延遲組合測距碼進行相乘運算，獲得與混頻信號中相似的奇偶兩路延遲組合測距碼cA—“和cB—d。》O)和q( )為利用北斗BI頻點測距碼發(fā)生器生成的第j顆衛(wèi)星的奇偶兩路擴展并行復(fù)制偽碼，j為正整數(shù)；(6)將步驟3中獲得的混頻信號Smix與步驟5中獲得的延遲組合測距碼Ca d.和Cb d_分別進行相關(guān)運算，通過將兩種信號的時域相關(guān)運算轉(zhuǎn)換到頻域下的相乘運算來完成相關(guān)運算處理，具體方法為利用快速傅里葉變換FFT分別對混頻信號及延遲組合測距碼進行頻域信號轉(zhuǎn)換，再將頻域下的延遲組合測距碼復(fù)數(shù)進行共軛轉(zhuǎn)換，然后將頻域下的混頻信號與共軛轉(zhuǎn)換后的延遲組合測距碼相乘，完成兩者的相關(guān)運算，最后利用反傅里葉變換IFFT方法將頻域相關(guān)結(jié)果轉(zhuǎn)為時域相關(guān)結(jié)果；(7)分別對步驟5中生成的奇偶兩路延遲組合測距碼進行步驟6處理，然后再對奇偶兩路的時域相關(guān)結(jié)果進行峰值檢測，如檢測到相關(guān)峰值，則對兩路結(jié)果對應(yīng)峰值的判定參數(shù)進行計算，若判定參數(shù)均大于設(shè)定門限值，則進一步利用兩路結(jié)果的峰值位置進行驗證，若峰值位置差異不超過5個采樣點，則可判定捕獲到可見星，而相關(guān)峰值數(shù)目對應(yīng)可見星數(shù)，記錄峰值處對應(yīng)的橫軸位置即為可見星的碼相位值；(8)如果本次多星聯(lián)合捕獲結(jié)果中檢測到可見星，則需確定單顆可見星對應(yīng)碼相位及載波頻率值，具體判別方法是:讀取指定長度(5ms或IOms)的輸入信號S3，利用組合測距碼中使用過的衛(wèi)星號生成與輸入信號S3同長度的單顆衛(wèi)星測距偽碼奇路序列，利用記錄的碼相位值調(diào)整該星測距偽碼相位，并與輸入信號S3相乘進行偽碼解擴，對解擴后的信號進行FFT操作，采用與步驟7同樣的方法，計算峰值判定參數(shù)結(jié)果，如大于設(shè)定載波峰值閾值，則判別該顆星可見，并獲得對應(yīng)的碼相位及載波頻率值，如小于設(shè)定閾值，則利用記錄的其他碼相位及組合衛(wèi)星號重復(fù)以上處理過程；依次確定記錄碼相位值對應(yīng)的可見星號后，繼續(xù)對下一組多星組合測 距碼進行判別。其中，步驟(3)所述的延遲時間長度L，或采樣點數(shù)m利用采樣頻率及中頻頻率計算，L單位為秒，方法如下:
權(quán)利要求
1.斗接收機多衛(wèi)星信號聯(lián)合捕獲方法，其特征在于:通過將北斗接收機中輸入的BI頻點中頻信號及其延遲信號進行相乘運算；再與多衛(wèi)星奇偶兩路延遲組合測距偽碼序列進行相關(guān)運算及相關(guān)峰值檢測，實現(xiàn)北斗接收機對多顆衛(wèi)星的并行搜索；最后利用單顆可見星對應(yīng)碼相位及載波頻率判別方法，獲得多星搜索結(jié)果中的單顆可見星碼相位及載波頻率值，為北斗接收機的信號跟蹤模塊提供初始參數(shù)；該方法的具體步驟如下: (1)北斗接收機將天線接收到的BI頻點北斗衛(wèi)星信號經(jīng)射頻前端處理后變成數(shù)字中頻信號，為接收機捕獲提供輸入信號來源； (2)利用北斗BI頻點測距碼發(fā)生器分別生成I 37顆衛(wèi)星對應(yīng)的單周期復(fù)制測距偽碼序列，稱該偽碼序列為復(fù)制偽碼，通過極性轉(zhuǎn)換將復(fù)制偽碼由單極性碼變?yōu)殡p極性碼，將轉(zhuǎn)換后的37個復(fù)制偽碼序列進行本地存儲，以便信號捕獲處理時直接讀取使用； (3)開始信號捕獲操作，根據(jù)采樣頻率確定單個碼周期Ims時間內(nèi)的采樣點數(shù)，分別取整倍碼周期時間長度的輸入信號S1及延遲信號S2,延遲時間長度L或采樣點數(shù)m利用采樣頻率及中頻頻率計算獲得，將等序列的輸入信號與延遲信號進行相乘，獲得混頻信號Smix ； (4)讀取存儲的I 37號衛(wèi)星復(fù)制偽碼序列，分別將37個復(fù)制偽碼序列按奇偶位分為兩路并行復(fù)制偽碼，然后根據(jù)采樣頻率對并行復(fù)制偽碼進行碼片擴展，每顆衛(wèi)星均得到奇偶兩路擴展并行復(fù)制偽碼序列Ca和Cb ； (5)將連續(xù)2 4顆衛(wèi)星的擴展并行復(fù)制偽碼序列Ci和Q分別進行相加組合，生成奇偶兩路新組合測距碼CA.和CB.，將兩路新組合測距碼分別進行與輸入信號同延遲時間長度L或采樣點數(shù)m的延遲變換，再對新組合測距碼及其延遲組合測距碼進行相乘運算，獲得與混頻信號中相似的奇偶兩路延遲組合測距碼CA—d_和CB—d_ O)和C 為利用北斗BI頻點測距碼發(fā)生器生成的第j顆衛(wèi)星的奇偶兩路擴展并行復(fù)制偽碼，j為正整數(shù)； (6)將步驟3中獲得的混頻信號Smix與步驟(5)中獲得的延遲組合測距碼CA—d.和CB—d.分別進行相關(guān)運算，通過將兩種信號的時域相關(guān)運算轉(zhuǎn)換到頻域下的相乘運算來完成相關(guān)運算處理，具體方法為利用快速傅里葉變換FFT分別對混頻信號及延遲組合測距碼進行頻域信號轉(zhuǎn)換，再將頻域下的延遲組合測距碼復(fù)數(shù)進行共軛轉(zhuǎn)換，然后將頻域下的混頻信號與共軛轉(zhuǎn)換后的延遲組合測距碼相乘，完成兩者的相關(guān)運算，最后利用反傅里葉變換IFFT方法將頻域相關(guān)結(jié)果轉(zhuǎn)為時域相關(guān)結(jié)果； (7)分別對步驟(5)中生成的奇偶兩路延遲組合測距碼進行步驟(6)處理，然后再對奇偶兩路的時域相關(guān)結(jié)果進行峰值檢測，如檢測到相關(guān)峰值，則對兩路結(jié)果對應(yīng)峰值的判定參數(shù)進行計算，若判定參數(shù)均大于設(shè)定門限值，則進一步利用兩路結(jié)果的峰值位置進行驗證，若峰值位置差異不超過5個采樣點，則可判定捕獲到可見星，而相關(guān)峰值數(shù)目對應(yīng)可見星數(shù)，記錄峰值處對應(yīng)的橫軸位置即為可見星的碼相位值； (8)如果本次多星聯(lián)合捕獲結(jié)果中檢測到可見星，則需確定單顆可見星對應(yīng)碼相位及載波頻率值，具體判別方法是:讀取指定長度的輸入信號S3，利用組合測距碼中使用過的衛(wèi)星號生成與輸入信號S3同長度的單顆衛(wèi)星測距偽碼奇路序列，利用記錄的碼相位值調(diào)整該星測距偽碼相位，并與輸入信號S3相乘進行偽碼解擴，對解擴后的信號進行FFT操作，采用與步驟7同樣的方法，計算峰值判定參數(shù)結(jié)果，如大于設(shè)定載波峰值閾值，則判別該顆星可見，并獲得對應(yīng)的碼相位及載波頻率值，如小于設(shè)定閾值，則利用記錄的其他碼相位及組合衛(wèi)星號重復(fù)以上處理過 程；依次確定記錄碼相位值對應(yīng)的可見星號后，繼續(xù)對下一組多星組合測距碼進行判別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北斗接收機多衛(wèi)星信號聯(lián)合捕獲方法，其特征在于:步驟(3)所述的延遲時間長度L，或采樣點數(shù)m利用采樣頻率及中頻頻率計算，L單位為秒，方法如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北斗接收機多衛(wèi)星信號聯(lián)合捕獲方法，其特征在于:步驟(3)所述的輸入信號及延遲信號長度選擇區(qū)間為[1，20]ms。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北斗接收機多衛(wèi)星信號聯(lián)合捕獲方法，其特征在于:步驟(5)所述的組合測距碼生成方法如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北斗接收機多衛(wèi)星信號聯(lián)合捕獲方法，其特征在于:步驟(7)所述的對奇偶兩路的時域相關(guān)結(jié)果進行峰值檢測，檢測方法為對奇偶兩路的時域相關(guān)結(jié)果進行幅值計算，判定兩路幅值中有無超過一定閾值的峰值，此閾值可根據(jù)試驗經(jīng)驗值設(shè)定，如檢測到一個峰值，則需跳過指定的采樣點數(shù)再進行下一個峰值的檢測，最后對兩路結(jié)果計算相應(yīng)峰值的判定參數(shù)Pm和PBi，計算方法如下:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北斗接收機多衛(wèi)星信號聯(lián)合捕獲方法，其特征在于:步驟(8)所述的輸入信號S3的指定長度為5ms或10ms。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的北斗接收機多衛(wèi)星信號聯(lián)合捕獲方法，其特征在于:所述指定的采樣點數(shù)為20個。
全文摘要
本發(fā)明提出了北斗接收機多衛(wèi)星信號聯(lián)合捕獲方法，所述方法將北斗接收機中輸入的B1頻點中頻信號及其延遲信號進行相乘運算，再與多衛(wèi)星奇偶兩路延遲組合測距偽碼序列進行相關(guān)運算及相關(guān)峰值檢測，最后利用單顆可見星對應(yīng)碼相位及載波頻率判別方法，獲得多星搜索結(jié)果中單顆可見星碼相位及載波頻率值，為北斗接收機的信號跟蹤模塊提供初始參數(shù)。所述方法提供了對多顆衛(wèi)星信號進行并行搜索與捕獲的功能；輸入信號及延遲信號長度選擇可以不再受導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)比特跳變的影響；提高了接收機對衛(wèi)星信號的捕獲處理效率。
文檔編號G01S19/37GK103091687SQ20131000572
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)明者謝非, 劉建業(yè), 王翌, 李榮冰, 黃雋祎, 曾慶化, 徐昭, 韓志鳳 申請人:南京航空航天大學(xué)