一種改進(jìn)的pmf_fft的pn碼捕獲方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，涉及衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)中信號(hào)捕獲的一種算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在GPS軟件接收機(jī)中，為了接收到衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航電文，必須實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS信號(hào)的穩(wěn) 定精密跟蹤，即跟蹤環(huán)路能夠迅速的牽入并保持鎖定狀態(tài)。這就要求接收機(jī)能夠迅速并較 為準(zhǔn)確的估計(jì)出GPS信號(hào)的碼相位和多普勒頻率，即對(duì)PN碼的捕獲是同時(shí)對(duì)偽碼相位和頻 率進(jìn)行二維搜索的過程。
[0003] 對(duì)信號(hào)進(jìn)行碼相位和載波多普勒二維搜索是衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)中捕獲算法的關(guān)鍵 環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)二維搜索方法的基本步驟是：首先固定一個(gè)多普勒頻偏值，而后依次對(duì)本地碼進(jìn) 行移位，每移位一次可得到相應(yīng)的積分值；當(dāng)本地碼完成一輪移位后，更換下一個(gè)頻偏值， 重復(fù)上述過程直至所有頻率點(diǎn)全部搜索完成。這種傳統(tǒng)的搜索方面占用資源較少，但捕獲 速度較慢。而基于FFT的并行捕獲算法所需資源較多，實(shí)現(xiàn)難度較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于部分匹配濾波器和FFT相結(jié)合的 捕獲算法（PMF-FFT)，能夠在提高捕獲速度，并減小運(yùn)算量，是一種易于工程實(shí)現(xiàn)的算法。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0006] 步驟一、將AD采樣后的接收信號(hào)sIF(n)進(jìn)行下變頻，η為采樣點(diǎn)序號(hào)，η = 0, 1，2,…，N-I，N為采樣點(diǎn)數(shù)，用于下變頻的本地正交載波信號(hào)Su] (n) = Iu3 (n) +jQw (η)，其 中Iu) (η)為I支路載波，Qu3 (η)為Q支路載波，將sIF (η)與Su] (η)相乘得到N點(diǎn)零中頻信號(hào) Sof (η)；
[0007] 步驟二、將N點(diǎn)零中頻信號(hào)S(]F(n)與N點(diǎn)本地碼采樣，將二者同時(shí)分為P段，每段 長度為M，P多4且N能被P整除；將每段中的本地碼各采樣點(diǎn)與零中頻信號(hào)各采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng) 相乘后進(jìn)行累加，共得到P個(gè)累加和；
[0008] 步驟三、對(duì)P個(gè)累加和進(jìn)行L點(diǎn)FFT，
其中表示向上取整；
[0009] 步驟四、保持本地碼的碼相位不變，重復(fù)步驟一和步驟二K次，K彡1，將K次FFT 的結(jié)果取模后疊加，得到非相干積分結(jié)果；
[0010] 步驟五、檢測(cè)非相干積分結(jié)果的峰值是否超過設(shè)定的門限，若未超過門限則改變 本地碼的初相位，返回步驟一；若超過門限則非相干積分結(jié)果峰值對(duì)應(yīng)的頻率為多普勒頻 率，相應(yīng)的碼初相位為接收信號(hào)的碼相位。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是：在進(jìn)行PMF_FFT運(yùn)算之后對(duì)FFT結(jié)果進(jìn)行非相干積分的的 捕獲方法，與目前常用的PMF_FFT捕獲方法相比載波跟蹤方法相比，本方法的優(yōu)點(diǎn)是通過 非相干積分提高了捕獲靈敏度。相比較于傳統(tǒng)二維搜索算法，本方法由于采用FFT運(yùn)算，無 需在頻率維進(jìn)行搜索，從而大大減少捕獲所需的時(shí)間。另一方面，相比較于基于FFT的并行 捕獲算法，由于在FFT之前進(jìn)行了 PMF運(yùn)算，因而FFT點(diǎn)數(shù)大為減少，從而減少算法所需的 運(yùn)算量。
【附圖說明】
[0012] 圖1是PN碼捕獲方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施 例。
[0014] 本發(fā)明采用圖1所示的捕獲方法，該捕獲方法通過對(duì)PMF-FFT結(jié)果進(jìn)行非相干積 分的方式實(shí)現(xiàn)，步驟如下：
[0015] 步驟一：實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的下變頻
[0016] 設(shè)經(jīng)AD米樣后的接收信號(hào)表不為sIF(η)，η為米樣點(diǎn)序號(hào)，η = 0, 1，2,…，N-I，N 為采樣點(diǎn)數(shù)。用于下變頻的本地正交載波信號(hào)為
[0017] sL0 (n) = IL〇(n)+jQLO(n)
[0018] 其中Ιω(η)為I支路載波，（Un)為Q支路載波。將采樣信號(hào)與Su](n)相乘得到 零中頻信號(hào)S idf(η)。
[0019] 步驟二：實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)與本地碼的分段相關(guān)
[0020] 將N點(diǎn)零中頻信號(hào)S(]F(η)與N點(diǎn)本地碼采樣，將二者同時(shí)分為P段（Ρ多4且N能 被P整除），每段長度為Μ。將每段中的本地碼各采樣點(diǎn)與信號(hào)各采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)相乘后進(jìn)行累 加，得到P個(gè)累加和。
[0021] 步驟三：對(duì)P個(gè)累加和進(jìn)行L點(diǎn)FFT
[0022] 將P個(gè)累加和進(jìn)行FFT的目的是將其變換到數(shù)字頻域，以便于對(duì)其多普勒頻偏進(jìn) 行檢測(cè)。取
其中「·!表示向上取整。
[0023] 步驟四：進(jìn)行K次非相干積分
[0024] 保持本地碼的碼相位不變，重復(fù)步驟一和步驟二K (Κ彡1)次，將K次FFT的結(jié)果 取豐旲后置加。
[0025] 步驟五：門限檢測(cè)
[0026] 檢測(cè)非相干積分結(jié)果的峰值是否超過門限，若未超過門限則改變本地碼的初相位 再次進(jìn)行搜索，若超過門限則FFT峰值對(duì)應(yīng)的頻率為多普勒頻率，相應(yīng)的碼初相位為接收 信號(hào)的碼相位。
[0027] 本實(shí)施例是一種將FFT結(jié)果進(jìn)行非相干積分的的捕獲方法，【具體實(shí)施方式】如下。
[0028] ?步驟一：實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的下變頻
[0029] 用于下變頻的本地載波為
[0030]
，f。為載波頻率，F(xiàn) s為采樣率， Fs>2f。。設(shè)接收到的數(shù)字中頻信號(hào)可以表示為：
[0031]
C 1.1)
[0032] 其中c(n)為發(fā)射信號(hào)中的PN碼，fd為多普勒頻率。下變頻后得到零中頻信號(hào)：
[0033]
(1.2)
[0034] ?步驟二：實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)與本地碼的分段相關(guān)：
[0035] 將sQF(n)分為P段，每段M點(diǎn)并表示為sQF(m, p)，其中m = 0, 1，2,…，M-1, p = 0, 1，2,…，P-I。類似地，分段后本地碼Cu] (η)表示為Cu] (m，p)，則接收信號(hào)與本地碼相乘的 結(jié)果為：
[0036]
[0037]
[0038] 其中 p = 0, 1，."，P-l，m = 0, 1，."，M-1，Od= π fd/Fs〇 將 scorr(m，p)進(jìn)行分段累 加，得到的P個(gè)累加值為：
[0039]
[0040] 魯步驟三：對(duì)P個(gè)累加值進(jìn)行L點(diǎn)FFT :
[0041] 快速傅里葉變換（Fast-Fourier-Transform)是一種是離散傅氏變換的快速算 法，特別適用于數(shù)字系統(tǒng)實(shí)時(shí)信號(hào)分析與處理。其計(jì)算公式為：
[0042]
([6)
[0043] ?步驟四：進(jìn)行K次非相干積分
[0044] 設(shè)第k次FFT得到的結(jié)果為Sk (1)，則L次相干積分可以表示為：
[0045]
(U):
[0046] 魯步驟五：檢測(cè)FFT結(jié)果的峰值是否超過門限
[0047] 門限Ta=E[Sn_。。⑴]，其中Ε[·]表示求均值運(yùn)算。若S n_。。⑴的峰值超過Ta， 則說明對(duì)應(yīng)碼相位偏移量恰好為接收信號(hào)中偽隨機(jī)碼的相位值，而FFT峰值處對(duì)應(yīng)的頻率 值即為多普勒頻率，意味著對(duì)PN信號(hào)的捕獲成功。得到的碼相位和多普勒頻率可提供給跟 蹤環(huán)路作為初始參數(shù)，繼續(xù)后續(xù)處理。否則，對(duì)本地碼序列C u3(Il)向后平移一個(gè)采樣點(diǎn)，重 新返回步驟一。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種改進(jìn)的PMF_FFT的PN碼捕獲方法，其特征在于包括下述步驟： 步驟一、將AD采樣后的接收信號(hào)sIF(η)進(jìn)行下變頻，η為采樣點(diǎn)序號(hào)，η = 0, 1，2,… ，N-1，N為采樣點(diǎn)數(shù)，用于下變頻的本地正交載波信號(hào)Su](n) = Iu3OiKj(Un)，其中Ιω(η) 為I支路載波，Qu3(Ii)為Q支路載波，將sIF(η)與Su] (η)相乘得到N點(diǎn)零中頻信號(hào)S(]F (η); 步驟二、將N點(diǎn)零中頻信號(hào)S(]F(η)與N點(diǎn)本地碼采樣，將二者同時(shí)分為P段，每段長度 為M，P多4且N能被P整除；將每段中的本地碼各采樣點(diǎn)與零中頻信號(hào)各采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)相乘 后進(jìn)行累加，共得到P個(gè)累加和； 步驟三、對(duì)P個(gè)累加和進(jìn)行L點(diǎn)FFT，乙= 2「lQg2p1,其中「*1表示向上取整； 步驟四、保持本地碼的碼相位不變，重復(fù)步驟一和步驟二K次，K多1，將K次FFT的結(jié) 果取模后疊加，得到非相干積分結(jié)果； 步驟五、檢測(cè)非相干積分結(jié)果的峰值是否超過設(shè)定的門限，若未超過門限則改變本地 碼的初相位，返回步驟一；若超過門限則非相干積分結(jié)果峰值對(duì)應(yīng)的頻率為多普勒頻率，相 應(yīng)的碼初相位為接收信號(hào)的碼相位。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的PMF_FFT的PN碼捕獲方法，首先實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的下變頻，然后實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)與本地碼的分段相關(guān)，對(duì)分段相關(guān)得到的P個(gè)累加和進(jìn)行L點(diǎn)FFT，重復(fù)進(jìn)行K次非相干積分后檢測(cè)非相干積分結(jié)果的峰值是否超過門限，若超過門限則FFT峰值對(duì)應(yīng)的頻率為多普勒頻率，相應(yīng)的碼初相位為接收信號(hào)的碼相位。本發(fā)明提高了捕獲靈敏度，減少了捕獲所需的時(shí)間和算法所需的運(yùn)算量。
【IPC分類】G01S19/30
【公開號(hào)】CN105158779
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510391075
【發(fā)明人】王馳昊, 魏敬法, 寇建輝
【申請(qǐng)人】中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年7月6日