CN101063717B - 一种用fft进行gps信号捕获的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于导航定位技术领域，特别是一种用FFT进行GPS信号捕获的方法。采用移位相加的方法；由于GPS信号周期为1023个码片，用FFT进行GPS信号的捕获，需要适当选择FFT的点数，并作相应的处理。本发明提供一种采用2048点FFT做相关，并作移位相加处理的办法。设FFT作相关得到的2048个相关值记为b，移位相加就是做如下处理：b(1)＝b(1)+b(3)；b(2)＝b(2)+b(4)；……b(2046)＝b(2046)+b(2048)；其中b(i)表示向量b的第i个元素，这样，我们得到2046个值。本发明提供的FFT点数及其相应处理的办法，该方法点数大小适中，处理简单，处理后易于确定阈值，捕获位置准确。
Description
技术领域
本发明属于导航定位技术领域，特别是一种用FFT进行GPS信号捕获的方法。
背景技术
GPS(全球定位系统)接收机开机后的第一步工作是同步。同步包括码同步和频率同步。GPS接收机一般采取在可行区内搜索的办法。GPS的扩频码周期为1023，一般应用的频率搜索范围为-5K～+5KHz。范围较大，搜索工作量很大。
要开机后在可容忍的时间内搜索到准确的码相位和频点，当信噪比较高时，一般采取串行搜索即可。但是，目前GPS的应用已逐渐扩展到复杂环境中(例如室内、手机上、城市内)，这些环境中信噪比往往较低，捕获需要长时间的叠加累积。因此，快速捕获搜索的办法对GPS接收机非常关键。
目前，GPS信号的快速捕获一般有两种办法：基于大量相关器的方法和FFT(快速傅立叶变换)的办法。大量相关器(或匹配滤波器)的方法需要大量硬件电路，资源耗费严重。基于FFT的方法可用软件程序，由DSP(数字信号处理器)实现。由于在许多便携设备中，已经存在DSP，因此，在这些设备中，使用FFT的方法实现可大大节约资源。
但是，GPS信号的扩频码周期为1023。一般在捕获阶段，码的分辨率为半个码片。这样，需要相关的码相位数为2046，不是2的幂次方。因此，怎样选择FFT的点数，以及然后做什么样的处理，是用FFT进行GPS信号捕获时的一个关键问题。
发明内容
大家知道，捕获是在码域和频域逐点搜索。当选定一个码相位和一个频点后，我们将本地码和接收信号相关。快速相关可由FFT实现。由于GPS信号是扩频码的周期循环(每20个码周期调制上一个比特)，做一次FFT，可将2046个码相位的相关值全部获得。
但是，2046点的FFT难于实现。一个自然的想法是将其扩充为2048点。即取2048点的接收信号，作FFT，本地码按半码片速率采样，得2046点，补充两个零，作2048点的FFT。他们这样逐点相乘，作IFFT(反快速傅立叶变换)，得到相关值。
然而这种方法将打破周期循环的特点，所得的结果并非2046个相关值，而是2048个值。而且，所得的2048个值比码片对准时的相关值都小。那么，怎么由这2048个值重构出2046个相关值呢？本发明提供一种移位相加的办法，由这2048个值重构出2046个相关值。这种办法处理简单，处理后易于确定阈值，捕获位置准确。
采用移位相加的方法；由于GPS信号周期为1023个码片，用FFT进行GPS信号的捕获，需要适当选择FFT的点数，并作相应的处理。
将FFT作相关得到的2048个相关值记为b，b为一向量，移位相加就是做如下处理：
b(1)＝b(1)+b(3)；
b(2)＝b(2)+b(4)；
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b(2046)＝b(2046)+b(2048)；
其中b(i)表示b的第i个元素，这样，就可以得到2046个值。
本发明是一种用FFT进行GPS信号捕获的方法。由于GPS信号周期为1023个码片，不是2的幂次方，用FFT进行GPS信号的捕获，需要适当选择FFT的点数，并作相应的处理。本发明提供了一种FFT点数及其相应处理的办法。该方法点数大小适中，处理简单，处理后易于确定阈值，捕获位置准确。
本发明的采用移位相加的办法，是采用2048点的FFT，并由此重构出2046个相关值。
附图说明
图1是本发明的用FFT进行GPS信号捕获的方法流程图。
图2是本发明的用FFT进行GPS信号捕获的方法具体步骤流程图。
具体实施方式
参看附图1，首先，接收信号送入采样器(1)，按照2.046M的采样速率采样，取连续2048个采样值，记为r，r为复数，实部、虚部分别表示I、Q两路信号，
将r存储在存储器(2)中，然后送入(3)中做FFT处理；
另一条支路上，本地码存储器(7)中存有1023个码片的本地伪随机码，将本地码送入(8)中进行双倍采样，得2046个采样值，然后将其送入(9)中，补两个零，得到2048个采样值，记这2048个采样值为c；
下面利用FFT将r和c相关，具体如下：将c做FFT处理(10)，再取共轭(11)，然后与(3)中FFT的结果在相乘器(4)中相乘，再做IFFT(5)，所得结果记为b，b为2048个复数值；
然后将b作移位相加，即
b(1)＝b(1)+b(3)；
b(2)＝b(2)+b(4)；
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b(2046)＝b(2046)+b(2048)；
其中b(i)表示b的第i个元素，这样，就可以得到2046个值，找出这2046个值中模最大的值，若这个最大的模大于一个预先设定的阈值，则宣布信号捕获，其位置就是本地码需要偏移的半码片数，若该最大值仍不大于该阈值，则宣布信号未捕获，换频点或换码。
参看附图2，利用FFT，采用移位相加的方法进行GPS信号捕获，可按如下具体步骤进行：
第一步：对本地码的处理，可按照如下步骤进行：
1)，当要对某个码进行捕获搜索时，首先将其存储在本地码存储器(7)中本地码为1023个码片；
2)，将本地码存储器(7)中的本地码送入(8)中，进行双倍采样，得2046个采样值；
3)，将(8)中的2046个采样值后面补充两个零，得2048个值，送入(9)中；
4)，将(9)中的2048个点送入(10)中，作FFT处理；
5)，将(10)中的FFT结果取共轭，送入(11)中存储好，等待接收信号的到来；
第二步：对接收信号的处理，可按如下步骤进行：
1)，将接收信号送入采样器(1)，采样器(1)按照2.046MHz的速率采样；
2)，采样器(1)采出2048个连续的采样值，记为r，注意r为复数，实部、虚部分别表示I、Q两路信号，将r存储在存储器(2)中；
3)，将存储器(2)中的接收信号送入(3)中做FFT处理；
第三步：将(3)中的FFT结果和(11)中的共轭结果送入(4)中逐点相乘；
第四步：将(4)中的相乘结果送入(5)中作IFFT处理；
第五步：(5)中IFFT得到2048个值，记为b，将b送入(6)中作移位相加处理，即
b(1)＝b(1)+b(3)；
b(2)＝b(2)+b(4)；
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b(2046)＝b(2046)+b(2048)；
得到2046个相关值；
第六步：将(6)中的2046个相关值送入(12)中，找出最大值，将这个最大值与一预先设定的阈值比较，若该最大值大于阈值，则宣布信号捕获，否则，宣布信号未捕获，换码或换频点。
Claims (4)
1.一种用FFT进行GPS信号捕获的方法，其特征在于，采用移位相加的方法；由于GPS信号周期为1023个码片，用FFT进行GPS信号的捕获，需要适当选择FFT的点数，并作相应的处理，
设FFT作相关得到的2048个相关值记为b，移位相加就是做如下处理：
b(1)＝b(1)+b(3)；
b(2)＝b(2)+b(4)；
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b(2046)＝b(2046)+b(2048)；
其中b(i)表示向量b的第i个元素，这样，我们得到2046个值。
2.根据权利要求1所述的用FFT进行GPS信号捕获的方法，其特征在于，采用2048点的FFT，并由此重构出2046个相关值。
3.根据权利要求1所述的用FFT进行GPS信号捕获的方法，其步骤如下：
首先，接收信号送入采样器(1)，按照2.046M的采样速率采样，取连续2048个采样值，记为r，r为复数，实部、虚部分别表示I、Q两路信号，将r存储在存储器(2)中，然后进行第一FFT处理(3)；
另一条支路上，本地码存储器(7)中存有1023个码片的本地伪随机码，将本地码进行双倍采样(8)，得2046个采样值，然后对其补两个零，得到2048个采样值(9)，记这2048个采样值为c；
下面利用FFT将r和c相关，具体如下：将c做第二FFT处理(10)，再取共轭(11)，然后与第一FFT处理(3)的结果在相乘器(4)中相乘，再做IFFT(5)，所得结果记为b，b为2048个复数值；
然后将b作移位相加，即
b(1)＝b(1)+b(3)；
b(2)＝b(2)+b(4)；
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b(2046)＝b(2046)+b(2048)；
其中b(i)表示b的第i个元素，这样，就可以得到2046个值，找出这2046个值中模最大的值，若这个最大的模大于一个预先设定的阈值，则宣布信号捕获，其位置就是本地码需要偏移的半码片数，若该最大值仍不大于该阈值，则宣布信号未捕获，换频点或换码。
4.根据权利要求1所述的用FFT进行GPS信号捕获的方法，利用FFT，采用移位相加的方法进行GPS信号捕获，按如下具体步骤进行：第一步：对本地码的处理，可按照如下步骤进行：
1)，当要对某个码进行捕获搜索时，首先将其存储在本地码存储器(7)中本地码为1023个码片；
2)，对本地码存储器(7)中的本地码进行双倍采样，得2046个采样值(8)；
3)，在得到的2046个采样值后面补充两个零，得2048个值(9)；
4)，对得到的2048个值作第二FFT处理(10)；
5)，对第二FFT处理(10)的结果取共轭(11)，并存储好，等待接收信号的到来；
第二步：对接收信号的处理，可按如下步骤进行：
1)，将接收信号送入采样器(1)，采样器(1)按照2.046MHz的速率采样；
2)，采样器(1)采出2048个连续的采样值，记为r，注意r为复数，实部、虚部分别表示I、Q两路信号，将r存储在存储器(2)中；
3)，对存储器(2)中的接收信号做第一FFT处理(3)；
第三步：将第一FFT处理(3)的FFT结果和取共轭(11)中的共轭结果送入乘法器(4)中逐点相乘；
第四步：对乘法器(4)中的相乘结果作IFFT处理(5)；
第五步：IFFT处理(5)得到2048个值，记为b，对将b作移位相加处理(6)，即
b(1)＝b(1)+b(3)；
b(2)＝b(2)+b(4)；
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b(2046)＝b(2046)+b(2048)；
得到2046个相关值；
第六步：从移位相加处理(6)得到的2046个相关值中找出最大值，将这个最大值与一预先设定的阈值比较(12)，若该最大值大于阈值，则宣布信号捕获，否则，宣布信号未捕获，换码或换频点。
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