專利名稱：一種對gps弱信號的全比特捕獲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GNSS (全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))中接收機的捕獲處理，具體涉及 GPS (全球定位系統(tǒng))單頻民用軟件接收機弱信號捕獲技術(shù)。
技術(shù)背景目前在低信噪比條件下，對弱GPS信號的捕獲技術(shù)主要有A-GPS (輔助 全球定位系統(tǒng))和基于FFT (快速傅里葉變換)的頻域塊捕獲方法。A-GPS 是利用蜂窩基站輔助接收機捕獲GPS信號；基于FFT的頻域塊捕獲方法則主 要利用時域巻積等效于頻域乘積的原理。而對GPS信號的最佳接收方法也就 是匹配濾波的方法，它是將接收到的GPS信號與本地C/A碼(偽隨機碼)序列 進行巻積，這種時域上的巻積計算量太大，所以利用FFT轉(zhuǎn)化成頻域相乘， 再IFFT (快速傅里葉逆變換)處理，就得到了含有導(dǎo)航信息數(shù)據(jù)的相關(guān)值序 列。GPS信號的捕獲實質(zhì)是對載波多普勒頻移和本地C/A碼初始相位的二維 搜索過程。為進一步提高信噪比，利用本地C/A碼的周期性、良好的自相關(guān) 和互相關(guān)特性，以及噪聲的隨機性，目前的軟件接收機不對信息比特翻轉(zhuǎn)做預(yù) 測，而是直接對每個本地C/A碼周期自相關(guān)值矩陣進行累加，如果累加過程 中發(fā)生比特翻轉(zhuǎn)，就會抵消很多信噪比，導(dǎo)致捕獲失敗。為了回避比特翻轉(zhuǎn)問 題，采用差分相干累積方法，但在信噪比極低和有限的捕獲時間內(nèi)，很難達到 較好的捕獲效果。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決目前的軟件接收機不對信息比特翻轉(zhuǎn)做預(yù)測，當(dāng) 直接對每個本地C/A碼周期自相關(guān)值矩陣進行累加的過程中發(fā)生比特翻轉(zhuǎn)時， 導(dǎo)致捕獲失敗以及采用差分相干累積方法，在信噪比極低和有限的捕獲時間 內(nèi)，很難達到較好捕獲效果的問題，現(xiàn)提出一種對GPS弱信號的全比特捕獲 方法。本發(fā)明所述的對GPS弱信號的全比特捕獲方法的步驟為步驟一、GPS衛(wèi)星信號經(jīng)GPS射頻前端混頻、采樣和量化后得到兩路彼此正交的數(shù)字中頻序列；["]和^^]，其中，"表示lms時間內(nèi)接收到的采樣 點的個數(shù)，"=5000;步驟二、所述兩路彼此正交的數(shù)字中頻序列/J"]和&F["]在正負各io個 頻槽內(nèi)進行多普勒頻率搜索之前，每個頻槽內(nèi)的序列均通過時域均值的相關(guān)處 理有序的壓縮成40%個采樣點的序列，第i個頻槽內(nèi)壓縮成的4096個采樣點 的序列表示為x,(w)，其中i取從l到20之間的整數(shù)；步驟三、開始進行多普勒頻率搜索20個序列x,(")均通過FFT運算得到 20個序列《(尺)；步驟四、將本地存儲的偽碼FFT序列C(《)取共軛得到序列C'(幻，將20 個序列分別與序列C'(a:)相乘后進行IFFT，得到20個二維的偽碼自相關(guān) 值矩陣《；步驟五、分別對20個二維的偽碼自相關(guān)值矩陣i ,取模平方得到li ,12，比較 這20個|/ ,|2并提取最大值，與門限^比較，若大于門限值cr、，則捕獲成功，也 就是完成了多普勒搜索；若小于門限值q，則執(zhí)行步驟六；步驟六、利用全比特算法尋找信息比特翻轉(zhuǎn)沿；步驟七、找到比特翻轉(zhuǎn)沿后，重新從整比特位置開始讀入數(shù)據(jù)，重新執(zhí)行 步驟三和步驟四；步驟八、對20個二維的偽碼自相關(guān)值矩陣《進行20次相干累積和8次非 相干累積提取相關(guān)值峰值6,，相關(guān)值峰值6,.與門限值q進行比較，若大于門限 值^，則捕獲成功；若小于門限值^，則捕獲失敗，重新執(zhí)行步驟一至步驟 八。所述的步驟六的具體過程為a) 將步驟四中得到的20個二維的偽碼自相關(guān)值矩陣及,進行20次相干累積；b) 然后對結(jié)果取模平方，提取峰值，將模平方后提取的峰值與當(dāng)前的最大 值比較，如果超過當(dāng)前最大值，用此峰值替換當(dāng)前最大值，并記錄此峰值位置， 峰值的位置為信息比特翻轉(zhuǎn)沿的位置；如果沒超過當(dāng)前最大值，則執(zhí)行步驟 c);c) 將步驟二中得到的20個序列x,(")串行右移一個周期(lms)，共串行右移19次，將每次串行右移一個周期后的20個序列Xi(")。)進行20次相干累積， 然后對結(jié)果取模平方，提取峰值，并記錄峰值位置，_/取從1到19的整數(shù)，比 較這19個峰值提取出峰值最大值，此峰值最大值與當(dāng)前的最大值比較，如果 超過當(dāng)前最大值,用此峰值最大值替換當(dāng)前最大值，并記錄此峰值最大值位置， 峰值最大值的位置為信息比特翻轉(zhuǎn)沿的位置；如果仍沒超過當(dāng)前最大值，則當(dāng) 前最大值的位置為信息比特翻轉(zhuǎn)沿的位置。本發(fā)明的優(yōu)點是采用本發(fā)明的全比特捕獲方法，先判斷信息比特翻轉(zhuǎn)位 置，雖然在信噪比極低時，這種判斷有時模糊，但對累積量的影響很弱，所以 在接收微弱GPS信號時采用此方法可以獲得比差分累積更好的捕獲性能，而 且本方法的計算量與差分相干累積方法相比也較小，并且可移植性好，便于工 程實施。


圖1是采用目前的捕獲技術(shù)在不同比特翻轉(zhuǎn)位置時捕獲概率隨信噪比的 變化曲線示意圖，其中橫坐標表示信噪比，單位為d萬，縱坐標表示捕獲概率， "-<^ "表示無比特翻轉(zhuǎn)時捕獲概率隨信噪比的變化曲線，"…—表示在 第四個C/4碼周期發(fā)生翻轉(zhuǎn)時捕獲概率隨信噪比的變化曲線，"一一"表示在 第十個CZ4碼周期發(fā)生翻轉(zhuǎn)時捕獲概率隨信噪比的變化曲線；圖2是采用本發(fā) 明的方法捕獲概率隨信噪比的變化曲線示意圖，其中橫坐標表示信噪比，單位 為^B，縱坐標表示捕獲概率，"…^-"表示找到比特翻轉(zhuǎn)沿后捕獲概率隨信 噪比的變化曲線，"-> "表示找到比特翻轉(zhuǎn)沿的概率曲線；圖3是無比特翻 轉(zhuǎn)時60次差分相干累積、20次相干累積3次非相干累積、160次差分相干累 積和20次相干累積8次非相干累積捕獲概率隨信噪比的變化曲線示意圖，其 中橫坐標表示信噪比，單位為dB，縱坐標表示捕獲概率，"-O""表示60次 差分相千累積捕獲概率隨信噪比的變化曲線，表示20次相干累積3 次非相干累積捕獲概率隨信噪比的變化曲線，"-+-"表示160次差分相干累 積捕獲概率隨信噪比的變化曲線，一"表示20次相干累積8次非相干累 積捕獲概率隨信噪比的變化曲線；圖4是采用本發(fā)明和160次差分相千累積捕 獲概率隨信噪比的變化曲線示意圖，其中橫坐標表示信噪比，單位為必，縱 坐標表示捕獲概率，一+--表示釆用本發(fā)明捕獲概率隨信噪比的變化曲線，-<> 表示采用160次差分相干累積捕獲概率隨信噪比的變化曲線。
具體實施方式
具體實施方式
一本實施方式述的對GPS弱信號的全比特捕獲方法的步驟為步驟一、GPS衛(wèi)星信號經(jīng)GPS射頻前端混頻、采樣和量化后得到兩路彼 此正交的數(shù)字中頻序列4["]和&["]，其中，"表示lm時間內(nèi)接收到的采樣 點的個數(shù)，"=5000;步驟二、所述兩路彼此正交的數(shù)字中頻序列；W和2,f["]在正負各10個 頻槽內(nèi)進行多普勒頻率搜索之前，每個頻槽內(nèi)的序列均通過時域均值的相關(guān)處 理有序的壓縮成4096個采樣點的序列，第i個頻槽內(nèi)壓縮成的4096個采樣點 的序列表示為x,(w)，其中i取從1到20之間的整數(shù)；步驟三、開始進行多普勒頻率搜索20個序列x,(n)均通過FFT運算得到 20個序列X,(夂)；步驟四、將本地存儲的偽碼FFT序列C(iQ取共軛得到序列C'(/Q，將20 個序列《(尺)分別與序列C'(A:)相乘后進行IFFT，得到20個二維的偽碼自相關(guān) 值矩陣i ,;步驟五、分別對20個二維的偽碼自相關(guān)值矩陣《取模平方得到l《12，比較 這20個|及,|2并提取最大值，與門限q比較，若大于門限值^，則捕獲成功，也 就是完成了多普勒搜索；若小于門限值^，則執(zhí)行步驟六；步驟六、利用全比特算法尋找信息比特翻轉(zhuǎn)沿；步驟七、找到比特翻轉(zhuǎn)沿后，重新從整比特位置開始讀入數(shù)據(jù)，重新執(zhí)行 步驟三和步驟四；歩驟八、對20個二維的偽碼自相關(guān)值矩陣/ ,進行20次相干累積和8次非 相千累積提取相關(guān)值峰值6,，相關(guān)值峰值6,與門限值^進行比較，若大于門限 值q，則捕獲成功；若小于門限值^，則捕獲失敗，重新執(zhí)行步驟一至步驟 八。所述的步驟六的具體過程為a)將步驟四中得到的20個二維的偽碼自相關(guān)值矩陣i ,進行20次相干累積；b) 然后對結(jié)果取模平方，提取峰值，將模平方后提取的峰值與當(dāng)前的最大 值比較，如果超過當(dāng)前最大值，用此峰值替換當(dāng)前最大值，并記錄此峰值位置， 峰值的位置為信息比特翻轉(zhuǎn)沿的位置；如果沒超過當(dāng)前最大值，則執(zhí)行步驟 c);c) 將步驟二中得到的20個序列x,(")串行右移一個周期(lms)，共串行右 移19次，將每次串行右移一個周期后的20個序列x,(")(力進行20次相干累積， 然后對結(jié)果取模平方，提取峰值，并記錄峰值位置，j'取從l到19的整數(shù)，比 較這19個峰值提取出峰值最大值，此峰值最大值與當(dāng)前的最大值比較，如果 超過當(dāng)前最大值，用此峰值最大值替換當(dāng)前最大值，并記錄此峰值最大值位置， 峰值最大值的位置為信息比特翻轉(zhuǎn)沿的位置；如果仍沒超過當(dāng)前最大值，則當(dāng) 前最大值的位置為信息比特翻轉(zhuǎn)沿的位置。
權(quán)利要求
1、一種對GPS弱信號的全比特捕獲方法，其特征在于它由以下步驟實現(xiàn)步驟一、GPS衛(wèi)星信號經(jīng)GPS射頻前端混頻、采樣和量化后得到兩路彼此正交的數(shù)字中頻序列IIF[n]和QIF[n]，其中，n表示1ms時間內(nèi)接收到的采樣點的個數(shù)，n＝5000；步驟二、所述兩路彼此正交的數(shù)字中頻序列IIF[n]和QIF[n]在正負各10個頻槽內(nèi)進行多普勒頻率搜索之前，每個頻槽內(nèi)的序列均通過時域均值的相關(guān)處理有序的壓縮成4096個采樣點的序列，第i個頻槽內(nèi)壓縮成的4096個采樣點的序列表示為xi(n)，其中i取從1到20之間的整數(shù)；步驟三、開始進行多普勒頻率搜索20個序列xi(n)均通過FFT運算得到20個序列Xi(K)；步驟四、將本地存儲的偽碼FFT序列C(K)取共軛得到序列C*(K)，將20個序列Xi(K)分別與序列C*(K)相乘后進行IFFT，得到20個二維的偽碼自相關(guān)值矩陣Ri；步驟五、分別對20個二維的偽碼自相關(guān)值矩陣Ri取模平方得到|Ri|2，比較這20個|Ri|2并提取最大值，與門限σ1比較，若大于門限值σ1，則捕獲成功，也就是完成了多普勒搜索；若小于門限值σ1，則執(zhí)行步驟六；步驟六、利用全比特算法尋找信息比特翻轉(zhuǎn)沿；步驟七、找到比特翻轉(zhuǎn)沿后，重新從整比特位置開始讀入數(shù)據(jù)，重新執(zhí)行步驟三和步驟四；步驟八、對20個二維的偽碼自相關(guān)值矩陣Ri進行20次相干累積和8次非相干累積提取相關(guān)值峰值bi，相關(guān)值峰值bi與門限值σ2進行比較，若大于門限值σ2，則捕獲成功；若小于門限值σ2，則捕獲失敗，重新執(zhí)行步驟一至步驟八；所述的步驟六的具體過程為所述的步驟六的具體過程為a)將步驟四中得到的20個二維的偽碼自相關(guān)值矩陣Ri進行20次相干累積；b)然后對結(jié)果取模平方，提取峰值，將模平方后提取的峰值與當(dāng)前的最大值比較，如果超過當(dāng)前最大值，用此峰值替換當(dāng)前最大值，并記錄此峰值位置，峰值的位置為信息比特翻轉(zhuǎn)沿的位置；如果沒超過當(dāng)前最大值，則執(zhí)行步驟c)；c)將步驟二中得到的20個序列xi(n)串行右移一個周期(1ms)，共串行右移19次，將每次串行右移一個周期后的20個序列xi(n)(j)進行20次相干累積，然后對結(jié)果取模平方，提取峰值，并記錄峰值位置，j取從1到19的整數(shù)，比較這19個峰值提取出峰值最大值，此峰值最大值與當(dāng)前的最大值比較，如果超過當(dāng)前最大值，用此峰值最大值替換當(dāng)前最大值，并記錄此峰值最大值位置，峰值最大值的位置為信息比特翻轉(zhuǎn)沿的位置；如果仍沒超過當(dāng)前最大值，則當(dāng)前最大值的位置為信息比特翻轉(zhuǎn)沿的位置。
全文摘要
一種對GPS弱信號的全比特捕獲方法，涉及GNSS中接收機的捕獲處理，解決目前的軟件接收機不對信息比特翻轉(zhuǎn)做預(yù)測，容易導(dǎo)致捕獲失敗以及采用差分相干累積方法，很難達到較好捕獲效果的問題。衛(wèi)星信號經(jīng)混頻、采樣、量化和時域均值的相關(guān)處理后得到20個被壓縮成4096個采樣點的序列，它們均通過FFT運算與本地存儲的偽碼FFT序列共軛的序列相乘后進行IFFT運算，提取得到的這20個二維的偽碼自相關(guān)值矩陣取模平方后的最大值與門限值σ₁比較，大于σ₁，捕獲成功；小于σ₁，則利用全比特算法尋找信息比特翻轉(zhuǎn)沿后對20個二維的偽碼自相關(guān)值矩陣進行相干累積和非相干累積提取相關(guān)值的峰值與門限值σ₂比較，大于σ₂，捕獲成功；小于σ₂，則重新捕獲。
文檔編號G01S1/02GK101324658SQ20081013687
公開日2008年12月17日 申請日期2008年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月4日
發(fā)明者姜冰心, 孟維曉, 張中兆, 帥 韓 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)