一種高速gps接收機信號捕獲方法
【專利摘要】一種高速GPS接收機信號捕獲方法，利用慣性信息和星歷信息輔助捕獲環(huán)路，提前預(yù)報下一時刻的多普勒頻移，預(yù)先估計出GPS信號的頻率范圍，并在此范圍內(nèi)進行多普勒頻率的搜索；對基帶的復(fù)信號和本地碼序列進行FFT運算之前先進行抽取因子為M的抽取處理，然后依據(jù)捕獲結(jié)果對M的值進行迭代處理，直至捕獲成功。本發(fā)明通過減少FFT的運算點數(shù)來降低運算量，同時縮短頻率搜索時間，實現(xiàn)對高動態(tài)GPS信號的快速捕獲。
【專利說明】一種局速GPS接收機信號捕獲方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航中信號捕獲【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高速GPS接收機的信號捕獲方法。

【背景技術(shù)】
[0002]GPS (Global Posit1n System)是一種可以在全球范圍內(nèi)為用戶全天候提供實時、連續(xù)、高精度的位置、速度和時間信息的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其主要終端設(shè)備是GPS接收機。GPS信號捕獲是GPS接收機的關(guān)鍵技術(shù)之一，它直接影響著后續(xù)對信號的跟蹤和定位數(shù)據(jù)的解算，決定著接收機的性能。
[0003]現(xiàn)有的GPS接收機C/A碼捕獲方法主要有兩種:一種是基于時域的串行搜索捕獲法，該方法需做比較多的滑動相關(guān)運算，費時而且耗硬件資源，不利于GPS接收機的快速捕獲與定位；另一種是基于FFT的并行捕獲法，該方法通過利用FFT代替大量的碼相關(guān)運算來減少運算量，與基于時域的串行搜索捕獲法相比，捕獲速度相對較快，但是在具體實施過程中，基于FFT的并行捕獲法需要進行大量的傅里葉變換運算，也比較費時。
[0004]此外，當GPS接收機在高動態(tài)環(huán)境中運行時，高速度、高加速度以及較大的加加速度都會在一定程度上增大多普勒頻移范圍和多普勒頻移變化率，使得頻率的搜索范圍大大增加，而且多普勒頻移的粗略估計包含在GPS碼同步過程中，它直接影響著碼偏移。碼相位估計和多普勒頻移估計是影響檢測概率的主要因素，因此，這種情況下不利于GPS信號的快速捕獲。
[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高速GPS接收機信號捕獲方法，達到快速捕獲高動態(tài)GPS信號的效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
在碼域，提出一種基于迭代抽取的FFT碼捕獲算法，即先對基帶的復(fù)信號進行迭代循環(huán)抽取處理，然后再作FFT運算進行捕獲。若捕獲成功，則進入信號跟蹤過程；若捕獲不成功，則通過逐次減小抽取因子M的值為前次的1/2，重新進行碼相位的搜索，直至捕獲成功為止。FFT的運算點數(shù)的減少帶來了運算量的降低，從而進一步縮短了碼相位的搜索時間。
[0007]同時，在頻域，輔以從慣性導(dǎo)航解算出的載體的速度、位置數(shù)據(jù)和從星歷信息中解算出的衛(wèi)星的速度、位置數(shù)據(jù)，預(yù)先估計出GPS信號的頻率范圍，并在此范圍內(nèi)進行搜索，以通過縮小GPS信號頻率搜索范圍來縮短搜索的時間。
[0008]具體包括以下幾個步驟:
(O首先提取出T時刻的慣性信息以及星歷信息，其中慣性信息由INS提供，星歷信息可從導(dǎo)航電文中解調(diào)。然后根據(jù)下式可估算出此時由衛(wèi)星與載體的相對運動產(chǎn)生的多普勒頻移fd。

【權(quán)利要求】
1.一種高速GPS接收機信號捕獲方法，其特征在于: 在頻域，利用從慣性導(dǎo)航系統(tǒng)解算出的載體速度、位置數(shù)據(jù)和從星歷信息中解算出的衛(wèi)星速度、位置數(shù)據(jù)，預(yù)先估計出GPS信號的頻率范圍，并在此范圍內(nèi)進行搜索，以縮短搜索時間； 在碼域，通過基于迭代循環(huán)抽取的FFT碼捕獲算法，即先對基帶的復(fù)信號進行迭代循環(huán)抽取處理，然后再作FFT運算進行捕獲；若捕獲成功，則進入信號跟蹤過程；若捕獲不成功，則通過逐次減小抽取因子M的值為前次的1/2，重新進行碼相位的搜索，直至捕獲成功為止；FFT運算點數(shù)的減少進一步縮短碼相位的搜索時間； 所述高速GPS接收機信號捕獲方法包括以下步驟: (1)提取出T時刻的慣性信息以及星歷信息，其中慣性信息由INS提供，星歷信息可從導(dǎo)航電文中解調(diào)，然后根據(jù)下式估算此時由衛(wèi)星與載體的相對運動產(chǎn)生的多普勒頻移fd ;
其中，L:由衛(wèi)星自身運動所產(chǎn)生的多普勒頻率；:由載體自身運動產(chǎn)生的多普勒頻率；。:從衛(wèi)星星歷中解算出的的衛(wèi)星自身的速度；2:載波波長；:1NS提供的載體速度；S:第j顆衛(wèi)星到用戶連線方向的單位矢量；單位矢量^=610-62，其中，矢量el為衛(wèi)星的位置，可從衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)中解算得到；矢量e2為用戶的位置，可由INS解算得出； (2)將估算到的多普勒頻移Zrf引入到本地數(shù)控振蕩器中，使其產(chǎn)生本地載波，將T+1時刻頻率方向的搜索范圍縮小為[厶;/&]; (3)由本地數(shù)控振蕩器產(chǎn)生本地碼prnDl),經(jīng)/5采樣后進入抽取因子為M的抽取器進行抽取處理，即每隔M-1個采樣點抽取出一個點，并將這些抽取出的點組成新的序列%...Ak ; (4)在序列后補零，使其序列中元素個數(shù)成為2的整數(shù)次冪，然后對序列進行FFT變換，將其轉(zhuǎn)換到頻域，值為X(Jt),并對X(k)取共軛為，將其預(yù)先存儲起來，等待輸入信號； (5)以/5為采樣頻率對GPS接收機T+1時刻的輸入信號進行采樣，將采樣后的信息與本地信息對應(yīng)相乘,完成載波的剝離,產(chǎn)生基帶的復(fù)信號 >’(昀;使用抽取因子為M的抽取器對y(m)進行預(yù)處理，即每隔M-ι個采樣點抽取出一個點組成新的序列，在此序列后面補零，使序列中元素個數(shù)為2的整數(shù)次冪，然后對新數(shù)據(jù)點進行FFT運算，將其轉(zhuǎn)換到頻域，值為><0 ； (6)將 (Α-)與X、)點對點相乘，得結(jié)果L(k); ⑴對L(k)進行IFFT運算，變換到時域為L(H); (8)取的模值為P(R)I，并選取最大的|〖(n)|與所設(shè)門限值進行比較，若大于門限值則捕獲成功，讀取相應(yīng)的碼相Tfs和多普勒頻移/;若小于門限值，則逐次減小抽取因子M值為Im,進入下一時刻的搜索捕獲，直至捕獲成功；
2 (9)捕獲成功后得到的碼相對應(yīng)到基碼碼相，可以通過以下公式轉(zhuǎn)換完成:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速GPS接收機信號捕獲方法，其特征在于:多普勒頻移的搜索范圍為[39000，40500]，單位Hz，搜索步長為500Hz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速GPS接收機信號捕獲方法，其特征在于:所述抽取因子M的取值為
，其中fs為信號采樣頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高速GPS接收機信號捕獲方法，其特征在于:在捕獲不成功時，抽取因子M逐次減小為上次取值的1/2，通過迭代進行循環(huán)抽取，直至捕獲成功。
【文檔編號】G01S19/29GK104076374SQ201410266654
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】李擎, 王超亮, 蘇中, 付國棟, 孫曉溪, 劉寧 申請人:北京信息科技大學(xué)