CN102426367B - 可调载波多普勒频率搜索范围的卫星导航信号捕获方法 - Google Patents

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Abstract

一种可调载波多普勒频率搜索范围的导航卫星信号捕获方法，设置初始载波多普勒覆盖范围，产生对应的载波频率；完成该载波频率下的码相位搜索，得到相应的捕获结果；由于初始载波多普勒覆盖完全，此时将载波多谱勒的搜索频点信息即跳频信息，写入跳频信息存储器，完成跳频信息的存储，以供后续继续捕获使用；切换到其他未搜索卫星继续执行。本发明可以以较少的硬件代价和较快的速度完成载波频率不确定范围的搜索，在较短的时间内搜索到尽可能多的卫星，提高了接收机的首次定位时间。

Description

可调载波多普勒频率搜索范围的卫星导航信号捕获方法
技术领域
本发明属于卫星导航定位过程中卫星信号捕获技术领域，涉及一种可调载波多普勒不确定度的卫星导航信号捕获方法。
背景技术
目前的卫星导航信号捕获技术主要涉及了时域和频域捕获，从实现方法上又分为匹配滤波、FFT/IFFT以及时域串行相关等。根据不同的应用，基带处理的捕获策略实现对应了不同的硬件规模。目前通常采用时域串行捕获或频域码相位并行捕获方法，即采用遍历载波NCO发生频率的方式来实现对全部载波多普勒不确定范围的对应。但是根据卫星轨道速度，取水平方向的最大值，得到的卫星最大速度大约为950m/s，考虑静止接收机，由卫星运动引起的多普勒频率变化范围为-5-5kHz，因此对于任何一颗卫星，静止接收机的载波NCO频率都需要遍历-5-5kHz，从而导致接收机在一定的时间内捕获的卫星数较少，影响接收机性能。
发明内容
本发明的主要技术解决问题；提供一种可调载波多普勒频率搜索范围的GPS信号捕获方法，实现GPS信号捕获速度的提高；
为达到以上目的，本发明技术解决方案为：一种可调载波多普勒频率搜索范围的卫星导航信号捕获方法，实现步骤如下：
步骤203，设置初始载波多普勒覆盖范围，所述初始载波多普勒覆盖范围由接收机实际应用环境以及根据实际卫星多普勒统计结果估算出来；
步骤204，由初始载波多普勒覆盖范围的中心频率完成对载波NCO的控制字写入，产生对应的载波频率；
步骤205，根据产生的载波频率完成该频率下的码相位搜索，得到相应的捕获结果；
步骤206，根据相应的捕获结果，确认卫星信号是否成功捕获；如果成功捕获，则完成整个信号捕获；如果捕获失败，则转入步骤207；
步骤207，根据步骤203中设置的初始载波多普勒频率，判断初始设置的载波多普勒是否覆盖完全，如果没有覆盖完全，则转入步骤204，如果完全覆盖，则转入步骤208；
步骤208，由于初始载波多普勒覆盖完全，此时将载波多谱勒的搜索频点信息即跳频信息，写入跳频信息存储器，完成跳频信息的存储，以供后续继续捕获使用；
步骤209，切换到其他未搜索卫星上去，执行步骤202-208；
步骤210，判断是否完成其他卫星信号的搜索，如果没有完成搜索，则继续进行其他卫星信号的搜索，如果已经完成搜索，则转入步骤211；
步骤211，读取跳频信息存储器中的频点信息，继续进行之前未捕获到的卫星信号的搜索，此时搜索的载波多普勒频率将从跳频信息存储器中存储的频点开始进行；
步骤212，完成未捕获到的卫星信号的完全载波多普勒不确定范围覆盖。
所述步骤205和步骤211中搜索方为时域串行搜索或码匹配滤波相关搜索或FFT频域码相位搜索。
所述步骤207中初始载波多普勒频率搜索是指从该频率初始搜索范围中间值所对应的频点开始搜索，然后左右交替地逐渐对其两边的频带进行搜索，直至初始载波多普勒范围覆盖完全。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明利用载波多普勒频率跳频搜索策略，可以实现载波多普勒初始覆盖范围的缩小。由于在统计意义下，一般情况，可见的中低载波多普勒比高载波多普勒卫星数目多，因此可以根据情况适时缩减初始的多普勒搜索范围，以减少单颗卫星整体搜索时间。当在首轮搜索的多普勒范围中没有找到卫星信号时，借助跳频信息存储器，可以记录当前多普勒跳频信息。当捕获处理又分配到上次未捕获卫星时，将首轮搜索的多普勒范围的边界作为下阶段的多普勒槽搜索起始频率，从而实现完整的载波多普勒频率搜索范围覆盖。相比与其他完全多普勒频率范围搜索的方法，可以以较少的时间代价捕获到尽可能多的卫星，缩短接收机首次定位时间，改善接收机性能。
附图说明
图1为接收机的系统架构图；
图2为本发明技术解决方案的实现流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明中采用的接收机包括载波NCO发生器101、控制器102、基带CPU 103、跳频信息存储器104、码搜索模块105以及捕获确认模块107。
首先控制器102从基带CPU 103中读取GPS信号载波本振频率控制字，由载波NCO中产生对应频率的两路正交本地载波信号，实现对接收信号的去载波操作。在上述过程中，控制器102还将配合跳频信息存储器104，根据接收机实际情况设定初始载波多普勒覆盖范围。
在完成去载波操作后，信号进入码搜索模块105进行码相位搜索，可以根据应用需求选择传统时域串行相关或者频域并行码相位等码捕获方法。在完成一个载波多普勒频率上的所有码相位相关后，由捕获确认模块107完成捕获确认。如果信号没有找到，控制器将对载波NCO发生器101写入新的控制字遍历其他多普勒频率。在上述遍历的过程中，控制器102会根据需要限制卫星对应的载波多普勒搜索范围，而不是首次搜索就覆盖所有可能的频率不确定范围。这样就可以实现载波多普勒初始覆盖范围的缩小。当在首轮多普勒槽中没有找到卫星信号时，在跳频信息存储器104的帮助下，捕获电路可以记录当前多普勒信息。当捕获处理又分配给上次未捕获卫星时，将其作为下阶段的多普勒搜索起始频率，从而实现完整的载波多普勒频率搜索范围覆盖。
本发明的实现步骤如下(以GPS为例)：
步骤203，设置初始载波多普勒覆盖范围，所述初始载波多普勒覆盖范围由接收机实际应用环境以及根据实际卫星多普勒统计结果估算出来；
例如通过对卫星信号和导航信号模拟器信号捕获结果统计发现，可见卫星的多普勒范围绝大多数在-3-3kHz，只有少数卫星超过此范围，因此由软件设置初始载波多普勒覆盖范围设定为-3-3kHz。此范围可以根据具体的应用环境随之改变。
步骤204，由初始载波多普勒覆盖范围的中心频率完成对载波NCO的控制字写入，产生对应的载波频率；
步骤205，根据产生的载波频率完成该频率下的码相位搜索，搜索分为时域串行搜索或码匹配滤波相关搜索或FFT频域并行码相位搜索，得到该载波多普勒下各码相位的捕获结果；
步骤206，根据相应的捕获结果，确认卫星信号是否成功捕获；如果成功捕获，则完成整个信号捕获；如果捕获失败，则转入步骤207；
步骤207，比较步骤204中设置的本地载波频率和步骤203中设置的初始载波多普勒频率，判断初始设置的载波多普勒是否覆盖完全，如果没有覆盖完全，则转入步骤204，如果完全覆盖，则转入步骤208；
假如搜索步长设置为500Hz，初始载波多普勒覆盖范围的中心频率为fIF，那么初始载波多普勒搜索从fIF的中间频带开始搜索，然后依次搜索中心频率为fIF+500，fIF-500，fIF+1000，fIF-1000等，直至覆盖初始的载波多普勒范围。
步骤208，由于初始载波多普勒覆盖完全，此时将该颗卫星载波多谱勒的搜索频点信息即跳频信息，写入跳频信息存储器，完成跳频信息的存储，以供后续继续捕获使用，此时完成了对该星的首轮搜索；对应于步骤203中，此时该星完成了-3-3kHz的搜索；
步骤209，捕获处理切换到其他未搜索卫星上去，执行步骤202-208；
步骤210，判断是否完成其他卫星信号的初始载波多普勒范围搜索，如果没有完成搜索，则继续进行其他卫星信号的搜索，如果已经完成搜索，则转入步骤211；
步骤211，继续进行之前未捕获到的卫星信号的搜索，读取跳频信息存储器中对该未捕获卫星信号的频点信息，将频点信息转换成对应的本地NCO控制字，此时搜索的载波多普勒频率将从跳频信息存储器中存储的频点开始进行；对应步骤203中的设置，对于静止接收机此时对应的搜索从3kHz或-3kHz开始搜索；
步骤212，搜索剩余的多普勒不确定范围搜索，对应步骤203，接收机完成3-5kHz及-5--3kHz范围的搜索，最终完成未捕获到的卫星信号的完全载波多普勒不确定范围覆盖-5kHz-5kHz。
本发明主要应用在信号的快速捕获中，其可以以较少的硬件代价和较快的速度完成载波频率不确定范围的搜索，在较短的时间内搜索到尽可能多的卫星，提高了接收机的首次定位时间。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所述权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (3)

1.一种可调载波多普勒频率搜索范围的卫星导航信号捕获方法，其特征在于实现步骤如下： 
步骤203，设置初始载波多普勒覆盖范围，所述初始载波多普勒覆盖范围由接收机实际应用环境以及根据实际卫星多普勒统计结果估算出来； 
步骤204，由初始载波多普勒覆盖范围的中心频率完成对载波NCO的控制字写入，产生对应的载波频率； 
步骤205，根据产生的载波频率完成该频率下的码相位搜索，得到相应的捕获结果； 
步骤206，根据相应的捕获结果，确认卫星信号是否成功捕获；如果成功捕获，则完成整个信号捕获；如果捕获失败，则转入步骤207； 
步骤207，比较步骤204中产生对应的载波频率和根据步骤203中设置的初始载波多普勒覆盖范围，判断初始设置的载波多普勒覆盖范围是否覆盖完全，如果没有覆盖完全，则转入步骤204，如果完全覆盖，则转入步骤208； 
步骤208，由于初始载波多普勒覆盖完全，此时将载波多普勒的搜索频点信息即跳频信息，写入跳频信息存储器，完成跳频信息的存储，以供后续继续捕获使用； 
步骤209，切换到其他未搜索卫星上去，执行步骤203-208； 
步骤210，判断是否完成其他卫星信号的搜索，如果没有完成搜索，则继续进行其他卫星信号的搜索，如果已经完成搜索，则转入步骤211； 
步骤211，读取跳频信息存储器中的频点信息，继续进行之前未捕获到的卫星信号的搜索，此时搜索的载波多普勒频率将从跳频信息存储器中存储的频点开始进行； 
步骤212，完成未捕获到的卫星信号的完全载波多普勒不确定范围覆盖。 
2.根据权利要求1所述的可调载波多普勒频率搜索范围的卫星导航信号捕获方法，其特征在于：所述步骤205和步骤211中搜索方式为时域串行搜索 
或码匹配滤波相关搜索或FFT频域码相位搜索。 
3.根据权利要求1所述的可调载波多普勒频率搜索范围的卫星导航信号捕获方法，其特征在于：所述步骤207中初始设置的多普勒范围覆盖完全是指从该频率初始搜索范围中间值所对应的频点开始搜索，然后左右交替地逐渐对其两边的频带进行搜索，直至初始载波多普勒范围覆盖完全。 
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