專利名稱：一種衛(wèi)星導航信號捕獲方法
技術領域：
本發(fā)明屬于衛(wèi)星導航定位技術領域，特別是涉及一種衛(wèi)星導航信號捕獲方法。
背景技術：
航天技術是二十一世紀人類認識和改造自然進程中最活躍、最有影響的科學技術領域之一，其對人類社會的進步和現(xiàn)代科學技術的發(fā)展有著重要的促進作用。其中最引人關注、最具有應用價值的技術之一就是衛(wèi)星導航定位技術。美國斥巨資建立和維護的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS),俄羅斯研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System, GLONAS S),我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) (Compass Navigation Satellite System)的研究以及歐洲的伽利略定位系統(tǒng)(Galileo Positioning System, GALILEO)計劃,均表明衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)在軍/民用領域的重要地位。衛(wèi)星導航系統(tǒng)具有全能性(陸地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的導航定位和定時的功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間。衛(wèi)星導航系統(tǒng)出現(xiàn)以來在各個領域得到了極為廣泛的應用，已經(jīng)成為現(xiàn)代社會生產(chǎn)、生活中不可缺少的重要基礎工具。信號捕獲程序是衛(wèi)星導航接收機的起始部分，用于檢測GPS衛(wèi)星信號，為跟蹤程序提供初始條件。在常規(guī)接收機中，如果某顆衛(wèi)星在輸入信號中被檢測到，則此衛(wèi)星信號所對應的一個周期內(nèi)的C/A碼偏移量和頻率值將會被作為跟蹤程序的初始值進行后續(xù)計算。 常規(guī)信號捕獲方法是一個二維搜索過程，在C/A碼相位搜索的同時搜索多普勒頻移。C/A碼作為一種偽隨機碼，其特點是不同序列互相關值接近為零，同一序列只有相位完全相同情況下才會出現(xiàn)峰值。常規(guī)接收機中捕獲方法就是根據(jù)這一特點計算出含多普勒頻移的信號頻率和一個C/A周期內(nèi)的碼相位偏移量。常規(guī)衛(wèi)星導航接收機捕獲方法采用二維搜索，同時搜索含多普勒頻移的信號頻率和碼相位，找到其對應的最大值。雖然采用并行碼搜索方法可以較好地改善搜索速度，但是常規(guī)捕獲方法仍然具有較高的計算復雜度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種速度快、復雜度低且處理步驟簡單的衛(wèi)星導航信號捕獲方法。為了達到上述目的，本發(fā)明提供的衛(wèi)星導航信號捕獲方法包括按順序進行的下列步驟(I)將衛(wèi)星天線接收到的射頻信號下變頻為中頻信號；(2)將上述下變頻得到的模擬中頻信號進行A/D轉(zhuǎn)換，并存儲為數(shù)字中頻信號；(3)對接收到的未知時延信號進行平方處理，通過傅里葉分析得到每顆接收到的衛(wèi)星含多普勒頻移的真實頻率估計值和對應的模糊頻率；(4)根據(jù)衛(wèi)星導航信號中頻和多普勒頻移范圍已知的特性，去除步驟(3)估計過程中得到的模糊頻率，以得到含多普勒頻移的衛(wèi)星信號頻率估計值；(5)利用得到的含多普勒頻移的衛(wèi)星信號頻率估計值，根據(jù)非線性最小二乘準則估計出每顆已知頻率衛(wèi)星的時延以及對應的衛(wèi)星星號。所述的步驟(I)中下變頻為中頻信號操作采用下變頻模塊完成，下變頻模塊主要由低噪聲射頻放大器、混頻器及自動增益控制電路組成。所述的步驟(5)中利用得到的含多普勒頻移的衛(wèi)星信號頻率估計值，根據(jù)非線性最小二乘準則估計出每顆衛(wèi)星信號的時延以及對應的衛(wèi)星星號的方法是，將估計得到的頻率值作為已知信息，對已知載波的信號進行時延估計；對已估出頻率的衛(wèi)星，根據(jù)非線性最小二乘準則，分別求出其對應的時延和衛(wèi)星星號，直至所有已估出頻率的衛(wèi)星計算完畢，即完成捕獲過程。本發(fā)明提供的衛(wèi)星導航信號捕獲方法是在時延未知的情況下，先估計出含多普勒頻移的信號頻率和其對應的模糊頻率；然后根據(jù)衛(wèi)星信號中頻和多普勒頻移范圍已知的先驗信息去除模糊頻率；再利用估計得到的含多普勒頻移的頻率作為已知條件，根據(jù)非線性最小二乘準則估計出每顆衛(wèi)星信號的時延以及對應的衛(wèi)星星號。本方法將衛(wèi)星導航信號捕獲過程作為含多普勒頻移的信號頻率和碼相位的參數(shù)估計問題來處理，這樣能夠在不影響捕獲性能的前提下簡化常規(guī)捕獲方法的運算過程，降低計算復雜度，因此具有速度快、復雜度低且處理步驟簡單等優(yōu)點。


圖I為本發(fā)明提供的衛(wèi)星導航信號捕獲方法流程圖。圖2(a)和圖2(b)分別為本發(fā)明提供的衛(wèi)星導航信號捕獲方法和常規(guī)衛(wèi)星導航信號捕獲方法搜索過程比較圖。
具體實施例方式下面參照附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的衛(wèi)星導航信號捕獲方法進行詳細說明。如圖I所示，本發(fā)明提供的衛(wèi)星導航信號捕獲方法包括按順序進行的下列步驟(I)將衛(wèi)星天線接收到的射頻信號下變頻為中頻信號；將衛(wèi)星天線接收到的射頻信號通過由低噪聲射頻放大器、混頻器及自動增益控制電路等組成的下變頻模塊下變頻到中頻信號，以便后續(xù)處理。(2)將上述下變頻得到的模擬中頻信號進行A/D轉(zhuǎn)換，并存儲為數(shù)字中頻信號；將衛(wèi)星天線接收到的信號通過由低噪聲射頻放大器、混頻器及自動增益控制電路等組成的下變頻模塊下變頻到中頻信號，若接收機接收到P顆衛(wèi)星信號，則信號模型可以表示為
權利要求
1.一種衛(wèi)星導航信號捕獲方法，其特征在于，所述的衛(wèi)星導航信號捕獲方法包括按順序進行的下列步驟(1)將衛(wèi)星天線接收到的射頻信號下變頻為中頻信號；(2)將上述下變頻得到的模擬中頻信號進行A/D轉(zhuǎn)換，并存儲為數(shù)字中頻信號；(3)對接收到的未知時延信號進行平方處理，通過傅里葉分析得到每顆接收到的衛(wèi)星含多普勒頻移的真實頻率估計值和對應的模糊頻率；(4)根據(jù)衛(wèi)星導航信號中頻和多普勒頻移范圍已知的特性，去除步驟(3)估計過程中得到的模糊頻率，以得到含多普勒頻移的衛(wèi)星信號頻率估計值；(5)利用得到的含多普勒頻移的衛(wèi)星信號頻率估計值，根據(jù)非線性最小二乘準則估計出每顆已知頻率衛(wèi)星的時延以及對應的衛(wèi)星星號。
2.根據(jù)權利要求I所述的衛(wèi)星導航信號捕獲方法，其特征在于所述的步驟(I)中下變頻為中頻信號操作采用下變頻模塊完成，下變頻模塊主要由低噪聲射頻放大器、混頻器及自動增益控制電路組成。
3.根據(jù)權利要求I所述的衛(wèi)星導航信號捕獲方法，其特征在于所述的步驟(5)中利用得到的含多普勒頻移的衛(wèi)星信號頻率估計值，根據(jù)非線性最小二乘準則估計出每顆衛(wèi)星信號的時延以及對應的衛(wèi)星星號的方法是，將估計得到的頻率值作為已知信息，對已知載波的信號進行時延估計；對已估出頻率的衛(wèi)星，根據(jù)非線性最小二乘準則，分別求出其對應的時延和衛(wèi)星星號，直至所有已估出頻率的衛(wèi)星計算完畢，即完成捕獲過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星導航信號捕獲方法。其是在時延未知的情況下，先估計出含多普勒頻移的信號頻率和其對應的模糊頻率；然后根據(jù)衛(wèi)星信號中頻和多普勒頻移范圍已知的先驗信息去除模糊頻率；再利用估計得到的含多普勒頻移的頻率作為已知條件，根據(jù)非線性最小二乘準則估計出每顆衛(wèi)星信號的時延以及對應的衛(wèi)星星號。本方法將衛(wèi)星導航信號捕獲過程作為含多普勒頻移的信號頻率和碼相位的參數(shù)估計問題來處理，這樣能夠在不影響捕獲性能的前提下簡化常規(guī)捕獲方法的運算過程，降低計算復雜度，因此具有速度快、復雜度低且處理步驟簡單等優(yōu)點。
文檔編號G01S19/29GK102590832SQ20121004865
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權日2012年2月29日
發(fā)明者盧丹, 吳仁彪, 李 杰, 王文益 申請人:中國民航大學