基于nh碼元跳變檢測的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于NH碼元跳變檢測的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航接收機基帶信號處理方法【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明采用NH碼元匹配和TONG檢測器的思想，先對每1ms的中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號中是否存在NH碼元跳變兩種情況進行圓相關(guān)運算，并將并行碼相位搜索的方法應(yīng)用于圓相關(guān)運算中，設(shè)置預(yù)檢測積分時間為Kms，根據(jù)NH碼元跳變假設(shè)的各種組合對每1ms的圓相關(guān)運算結(jié)果進行累加，取值最大的組合結(jié)果與檢測閾值做比較，根據(jù)TONG檢測器和位同步檢測模塊的處理結(jié)果，判斷信號捕獲結(jié)果以及導(dǎo)航信息位的起始位置。在消除NH碼元的影響下延長了相干積分的時間，在捕獲成功的同時達到了導(dǎo)航信息位同步。
【專利說明】基于NH碼元跳變檢測的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，特別是一種衛(wèi)星導(dǎo)航接收機基帶信號處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用極為廣泛，能夠為用戶提供精確的位置與時間信息，GPS (全 球定位系統(tǒng)）的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，同時高性能GPS接收機的技術(shù)研究也隨著應(yīng)用環(huán)境的 拓展而進步。隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，針對其接收機的技術(shù)研究有一定的理論價值。 捕獲是接收機中最先啟動的部分，因而捕獲算法是北斗導(dǎo)航接收機信號處理的關(guān)鍵。
[0003] 衛(wèi)星的捕獲本質(zhì)上是參數(shù)估計過程，是對該衛(wèi)星的導(dǎo)航信號的多普勒頻率和碼延 時兩個參數(shù)進行估計和檢測，將采樣后的中頻衛(wèi)星信號與預(yù)設(shè)了參數(shù)估計值的本地信號進 行相關(guān)，根據(jù)相關(guān)運算的結(jié)果，找到最大的相關(guān)峰峰值，與閾值進行比較判斷是否捕獲到 衛(wèi)星以及得到對應(yīng)的多普勒頻率和碼延時。為縮短信號處理時間往往采用基于快速傅里葉 變換（FFT)的并行搜索方法，為了提高捕獲的檢測概率同時減小虛警概率，常常采用唐檢 測器即TONG檢測器進行捕獲結(jié)果的檢測。
[0004] 北斗系統(tǒng)中BlI信號播發(fā)的Dl導(dǎo)航電文進行了速率為Ikbps的NH(紐曼霍夫 曼）碼的二次編碼調(diào)制，因而在每個Ims的初級擴頻碼中均可能有NH碼元的跳變，由于碼 元的跳變會減小相關(guān)峰峰值，從而影響到捕獲結(jié)果的判斷，因此必須消除NH碼碼元跳變的 影響，延長積分的時間。同時Dl導(dǎo)航電文中的信息位的符號翻轉(zhuǎn)同樣會限制積分的時間。
[0005] 綜上所述，為了能夠捕獲到北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的BlI信號的Dl導(dǎo)航電文，必須 要消除NH碼碼元跳變和Dl導(dǎo)航電文信息位翻轉(zhuǎn)的影響，才可以延長積分的時間，滿足不同 信號強度下捕獲的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 要解決的技術(shù)問題：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于NH碼元跳變檢測 的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲方法，用于解決現(xiàn)有的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航存在NH碼碼元跳變和導(dǎo)航 信息位翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象而影響接收機的捕獲結(jié)果的判斷的技術(shù)問題。
[0007] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種基于NH碼元跳變檢測的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲方法，包括順序進行的以下 步驟：
[0009] 步驟1、設(shè)置預(yù)檢測積分時間Kms，K = 1，2,…，20 ;設(shè)定本地信號多普勒頻率fd 的頻移范圍（UE )、搜索頻率步進Δ f以及本地碼延時F，以此確定本地信號，其 中H表示本地信號多普勒頻率萬的取值范圍的下限，I二表示本地信號多普勒頻率萬 取值范圍上限，本地碼延時F = 〃，η = 0, 1，…，N-1, N表示每Ims的采樣點個數(shù)；同時設(shè)置 TONG檢測器檢測的閾值門限Vt;
[0010] 步驟2、選取Kms的采樣后的中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號并進行本地載波剝離，之后假設(shè)這 段時間內(nèi)每Ims的中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號中有NH碼元跳變和沒有NH碼元跳變兩種情況，針對 上述兩種情況分別獲得相應(yīng)的本地擴頻碼信號，將每Ims內(nèi)的本地載波剝離后的中頻導(dǎo)航 衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)分別與兩種情況下的本地擴頻碼信號做圓相關(guān)運算，得到兩種情況下的圓 相關(guān)運算結(jié)果；
[0011] 步驟3、對于任意一個以本地信號多普勒頻率萬、本地碼延時^為參數(shù)估計值的 本地信號而言，對在Kms的中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號中所有可能存在的NH碼元跳變序列，按照每 一種NH碼元跳變序列，將步驟2中得到的每Ims相應(yīng)的圓相關(guān)運算結(jié)果進行相干累加，得 到每一種NH碼元跳變序列相應(yīng)的累加的結(jié)果；
[0012] 步驟4、將該本地信號下的所有累加結(jié)果中絕對值最大的那個結(jié)果作為檢測值輸 入TONG檢測器中進行檢測，比較檢測值和閾值門限V t的大小，并根據(jù)比較結(jié)果設(shè)置TONG檢 測器中的計數(shù)器值的增減，根據(jù)計數(shù)器值判斷是否捕獲到導(dǎo)航信號；一旦TONG檢測器確定 捕獲到導(dǎo)航信號，則TONG檢測器輸出捕獲到的導(dǎo)航信號的多普勒頻率4和導(dǎo)航信號的碼 延時τ ;
[0013] 同時設(shè)置位同步檢測器，所述位同步檢測器中預(yù)設(shè)有20個計數(shù)器和20個NH碼元 跳變序列，位同步檢測器中預(yù)設(shè)的計數(shù)器與預(yù)設(shè)的NH碼元跳變序列一一對應(yīng)，每個預(yù)設(shè)的 NH碼元跳變序列是由假設(shè)第Ims中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號中的NH碼元在整個NH碼序列中的不同 位置所得，根據(jù)TONG檢測器中檢測值和閾值門限V t的比較結(jié)果設(shè)置位同步檢測器中計數(shù) 器值的增減；
[0014] TONG檢測器中每當(dāng)檢測值大于閾值門限Vt但未達到TONG檢測器中計數(shù)器值上限 時，在位同步檢測模塊中，根據(jù)檢測值對應(yīng)的NH碼元跳變序列，遍歷搜索20個預(yù)設(shè)的NH碼 元跳變序列的每一個序列中的相應(yīng)的時間長度為K的子序列，若子序列與檢測值對應(yīng)的NH 碼元跳變序列相同，則位同步檢測器中該子序列所在的NH碼元跳變序列所對應(yīng)的計數(shù)器 的計數(shù)器值增加固定值Λ ;-旦TONG檢測器確定捕獲到導(dǎo)航信號，位同步檢測器找到其中 最大計數(shù)器值的計數(shù)器，將此計數(shù)器對應(yīng)的NH碼元跳變序列以及NH碼元起始信息作為輸 出，獲得捕獲到的導(dǎo)航信號中導(dǎo)航信息位的起始信息。
[0015] 進一步的，在本發(fā)明中，步驟2具體包括以下步驟：
[0016] 步驟2-1、將Kms中的每Ims采集到的中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)記錄為rk(η)，其 中k表示第kms, k = 1，2,…，Κ, η = 0, 1，…，N-I，η表示每Ims內(nèi)的第η個采樣點，N表示 每Ims的采樣點個數(shù)，將上述每Ims的中頻信號的數(shù)據(jù)進行本地載波剝離后獲得的信號記

【權(quán)利要求】
1. 基于NH碼元跳變檢測的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲方法，其特征在于：包括順序進行的 以下步驟： 步驟1、設(shè)置預(yù)檢測積分時間Kms，K= 1，2,…，20 ;設(shè)定本地信號多普勒頻率fd的頻移 范圍（U)、搜索頻率步進以及本地碼延時f，以此確定本地信號，其中U 表示本地信號多普勒頻率萬的取值范圍的下限，E表示本地信號多普勒頻率I取值范 圍上限，本地碼延時F=π,η= 0, 1，…，N-I，N表示每Ims的采樣點個數(shù)；同時設(shè)置TONG檢 測器檢測的閾值門限Vt; 步驟2、選取Kms的采樣后的中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號并進行本地載波剝離，之后假設(shè)這段時 間內(nèi)每Ims的中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號中有NH碼元跳變和沒有NH碼元跳變兩種情況，針對上述 兩種情況分別獲得相應(yīng)的本地擴頻碼信號，將每Ims內(nèi)的本地載波剝離后的中頻導(dǎo)航衛(wèi)星 信號的數(shù)據(jù)分別與兩種情況下的本地擴頻碼信號做圓相關(guān)運算，得到兩種情況下的圓相關(guān) 運算結(jié)果； 步驟3、對于任意一個以本地信號多普勒頻率萬、本地碼延時F為參數(shù)估計值的本地 信號而言，對在Kms的中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號中所有可能存在的NH碼元跳變序列，按照每一種NH碼元跳變序列，將步驟2中得到的每Ims相應(yīng)的圓相關(guān)運算結(jié)果進行相干累加，得到該本 地信號下的每一種NH碼元跳變序列相應(yīng)的累加結(jié)果； 步驟4、將該本地信號下的所有累加結(jié)果中絕對值最大的那個結(jié)果作為檢測值輸入TONG檢測器中進行檢測，比較檢測值和閾值門限Vt的大小，并根據(jù)比較結(jié)果設(shè)置TONG檢測 器中的計數(shù)器值的增減，根據(jù)計數(shù)器值判斷是否捕獲到導(dǎo)航信號；一旦TONG檢測器確定捕 獲到導(dǎo)航信號，則TONG檢測器輸出捕獲到的導(dǎo)航信號的多普勒頻率fd和導(dǎo)航信號的碼延 時τ; 同時設(shè)置位同步檢測器，所述位同步檢測器中預(yù)設(shè)有20個計數(shù)器和20個NH碼元跳變 序列，位同步檢測器中預(yù)設(shè)的計數(shù)器與預(yù)設(shè)的NH碼元跳變序列一一對應(yīng)，每個預(yù)設(shè)的NH碼 元跳變序列是由假設(shè)第Ims中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號中的NH碼元在整個NH碼序列中的不同位置 所得，根據(jù)TONG檢測器中檢測值和閾值門限Vt的比較結(jié)果設(shè)置位同步檢測器中計數(shù)器值 的增減； TONG檢測器中每當(dāng)檢測值大于閾值門限Vt但未達到TONG檢測器中計數(shù)器值上限時， 在位同步檢測模塊中，根據(jù)檢測值對應(yīng)的NH碼元跳變序列，遍歷搜索20個預(yù)設(shè)的NH碼元 跳變序列的每一個序列中的相應(yīng)的K長度的子序列，若子序列與檢測值對應(yīng)的NH碼元跳變 序列相同，則位同步檢測器中該子序列所在的NH碼元跳變序列所對應(yīng)的計數(shù)器的計數(shù)器 值增加固定值Λ;-旦TONG檢測器確定捕獲到導(dǎo)航信號，位同步檢測器找到其中最大計數(shù) 器值的計數(shù)器，將此計數(shù)器對應(yīng)的NH碼元跳變序列以及NH碼元起始信息作為輸出，獲得捕 獲到的導(dǎo)航信號中導(dǎo)航信息位的起始信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NH碼元跳變檢測的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲方法，其特征 在于：步驟2具體包括以下步驟： 步驟2-1、將Kms中的每Ims采集到的中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)記錄為rk(η)，其中k表示第kms,k= 1，2,…，K,η= 0, 1，…，Ν-1，η表示每Ims內(nèi)的第η個采樣點，N表示每 Ims的采樣點個數(shù)，將上述每Ims的中頻信號的數(shù)據(jù)進行本地載波剝離后獲得的信號記錄 為少 ?表示第kms，7表示本地信號多普勒平移頻率，τ表示導(dǎo)航
Jd 信號的碼延時； 步驟2-2、假設(shè)每Ims的中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號中均沒有NH碼元跳變，此種假設(shè)下，將步驟 2-1中每Ims經(jīng)過本地載波剝離后獲得的信號j^(/rf,r)進行FFT變換，表示為：
假設(shè)每Ims的中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號中均有NH碼元跳變，此種假設(shè)下，將步驟2-1中每Ims經(jīng)過本地載波剝離后獲得的信號Λ(^，「)按照（2)式對應(yīng)相乘冪指數(shù)系類
B進 行FFT變換，表示為：
步驟2-3、無論是否有NH碼元跳變的情況，本地擴頻碼信號均）
對于每Ims的中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信均沒有NH碼元跳變的情況下，對本地擴頻碼信號
進行FFT變換后取共軛，表示為：
對于每Ims的中頻信號均有NH碼元跳變的情況下，對本地擴頻碼信?
取反 后按照（4)式對應(yīng)相乘冪指數(shù)系：
g進行FFT變換并取共軛，表示為： \ I-
步驟2-4、對于每Ims的中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號均沒有NH碼元跳變的情況下，將（1)式運 算結(jié)果和（3)式的運算結(jié)果相乘后進行IFFT變換，然后再按照（5)式對應(yīng)相乘冪指數(shù)系 婁
，得到每Ims中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號中均沒有NH碼元跳變情況下的圓相關(guān)運算結(jié) 果，表示為：
對于每Ims的中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號均有NH碼元跳變的情況下，將（2)式運算結(jié)果和（4) 式的運算結(jié)果相乘后進行IFFT變換，得到每Ims中頻導(dǎo)航衛(wèi)星信號中均有NH碼元跳變情 況下的圓相關(guān)運算結(jié)果，表示為：
(5)式等號左側(cè)即為沒有NH碼元跳變情況下的圓相關(guān)運算的積分結(jié)果，（6)式等號左 側(cè)即為有NH碼元跳變情況下的圓相關(guān)運算結(jié)果。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NH碼元跳變檢測的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲方法，其特征 在于：步驟3中，按照第m種NH碼元跳變序列進行累加的方法如下：根據(jù)第m種NH碼元跳 變序列中的第kms數(shù)據(jù)中有無NH碼元跳變，取對應(yīng)跳變假設(shè)情況下的圓相關(guān)運算結(jié)果，對 每Ims圓相關(guān)運算結(jié)果進行相干累加得到第m種NH碼元跳變序列的累加值仏(萬,/小
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NH碼元跳變檢測的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲方法，其特征 在于：所述步驟4中位同步檢測模塊的處理流程，具體為： 步驟4-1、初始化位同步模塊的計數(shù)器的計數(shù)器值； 步驟4-2、等待TONG檢測器中計數(shù)器值的變化： 若TONG檢測器中的計數(shù)器值增加但沒有達到計數(shù)器值上限時，根據(jù)檢測值對應(yīng)的NH碼元跳變序列，遍歷搜索20個預(yù)設(shè)的NH碼元跳變序列的每一個序列中的相應(yīng)的K長度的 子序列，若子序列與檢測值對應(yīng)的NH碼元跳變序列相同，則位同步檢測器中該子序列所在 的NH碼元跳變序列所對應(yīng)的計數(shù)器的計數(shù)器值增加固定值Λ= 1 ; 若TONG檢測器中計數(shù)器值增加且達到計數(shù)器值上限時，找到位同步檢測模塊中擁有 最大計數(shù)器值的計數(shù)器，將該計數(shù)器對應(yīng)的NH碼元跳變序列中的NH碼元起始信息，即導(dǎo)航 信息位的起始信息輸出，實現(xiàn)位同步； 若TONG檢測器中的計數(shù)器值減少但沒達到計數(shù)器值下限時，位同步模塊中的計數(shù)器 的計數(shù)器值保持不變，繼續(xù)等待TONG檢測器中計數(shù)器值的變化； 若TONG檢測器中計數(shù)器值減少且達到計數(shù)器值下限時，位同步模塊的所有計數(shù)器的 計數(shù)器值初始化為0。
【文檔編號】G01S19/30GK104459734SQ201510010320
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2015年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月8日
【發(fā)明者】樊祥寧, 朱燦, 孟苑, 王志功 申請人:東南大學(xué)