CN103675851A - 基于相关函数分离重构的BOC(m,n)信号的捕获方法 - Google Patents

基于相关函数分离重构的BOC(m,n)信号的捕获方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出基于相关函数分离重构的BOC(m,n)信号的捕获方法，包括：将中频输入信号进行主载波剥离、本地产生两路副载波，一路为完整的副载波SCall(t)。另一路的经过截取的副载波SCF(t)，此两路副载波分别调制伪码生成本地BOC信号、将剥离主载波后的输入信号进行FFT变换等步骤。本发明适用于BOCs(m,n)类信号(k为偶数阶)、BOCs(m,n)类信号(k为奇数阶)、BOCc(m,n)类信号(k为偶数阶)的无模糊度捕获,能完全消除BOC信号的旁峰，避免的BOC信号多峰性在捕获中引起的误捕和漏捕问题。保留了BOC信号的窄的相关峰特性，最终检测峰的宽度为个码片，能够满足BOC信号高精度捕获要求。

Description

基于相关函数分离重构的BOC(m,n)信号的捕获方法
技术领域
本发明属于卫星导航定位技术领域，具体涉及消除BOC(m,n)调制的多峰性引起的捕获模糊度的算法。
背景技术
  目前卫星导航由单GPS时代进入GNSS时代，由于频谱资源有限，导致系统内和系统间的干扰。BOC调制方式随着卫星导航技术的发展而产生，它是以方波作为副载波对伪随机码进行预调制，使得信号频谱对称分裂于频带边缘，以减少信号间的相互干扰，合理利用频带资源。然而BOC信号的自相关函数在±1chip内存在多个正负峰值，在捕获中多峰性会产生两方面的问题：一是误捕到旁峰造成捕获模糊度，从而影响测距精度；二是存在多个零点，捕获搜索过程中容易漏捕信号，从而延长了捕获搜索时间。针对BOC信号多峰性引起误捕和漏捕的问题目前采用主要方法有：多载波模型BPSK like法将BOC信号看成无穷多个BPSK信号的叠加，本地通过产生等价的载波可以同时剥离主载波和副载波，积分后相关峰为一个类似于BPSK信号的单峰，该算法有0.5-0.8dB的能量损失。副载波相位消除法（SCPC，Subcarrier Phase Cancellation）是借鉴了主载波剥离的思想，本地产生两路副载波相位正交的BOC信号，将BOC、QBOC码互相关函数和BOC码自相关函数平方相加将得到的不含零点的相关曲线，该方法解决了搜索过程中漏捕的问题，然而本方法没有保留BOC信号窄相关峰特性。自相关边锋消除法(ASPeCT,Autocorrelation Side-peak Cancellation Technique)利用了BOC(n，n)信号自相关函数和BOC(n，n)/PRN的互相关在相同码相位处具有类似的旁峰特点，通过增加权值系数，研究表明处理后的旁峰与主峰的峰值比达到9.5%。此算法仅适用于BOC(n，n)信号，面对各大导航系统上采用的不同的BOC信号，该算法的适应性受到限制，而且旁峰消除的并不完全。                                                
多载波模型BPSK like法:
                                                  
Figure 2013107003792100002DEST_PATH_IMAGE001
   
 
Figure 693387DEST_PATH_IMAGE002
  
 
Figure 2013107003792100002DEST_PATH_IMAGE003
副载波相位消除法（SCPC）：
     
自相关边锋消除法(ASPeCT)：
 
Figure 2013107003792100002DEST_PATH_IMAGE005
其中
Figure 674298DEST_PATH_IMAGE006
副载波，
Figure 2013107003792100002DEST_PATH_IMAGE007
为副载波角频率，
Figure 583699DEST_PATH_IMAGE008
为主载波频率，为码相位，
Figure 47041DEST_PATH_IMAGE010
为副载波的傅里叶级数展开式，为副载波与主载波通过积化和差公式得到的多载波的模型，
Figure 686150DEST_PATH_IMAGE012
为权值系数，
Figure 2013107003792100002DEST_PATH_IMAGE013
为副载波相位与输入信号副载波相位正交
Figure 270846DEST_PATH_IMAGE014
信号，
Figure 2013107003792100002DEST_PATH_IMAGE015
表示为
Figure 283802DEST_PATH_IMAGE014
信号自相关函数，
Figure 166307DEST_PATH_IMAGE016
表示为
Figure 2013107003792100002DEST_PATH_IMAGE017
的互相关，表示为的互相关。 
多载波模型BPSK like法:
多载波模型BPSK like法认为副载波乘以主载波相当于无穷多个幅度线性递减的BPSK载波信号叠加，本地通过产生等价的载波可以同时剥离主载波和副载波，积分后相关峰为一个类似于BPSK信号的单峰，从而消除多峰性的影响，但是该方法没有保留BOC信号窄相关峰的特性，而且存在有0.5-0.8dB的能量损失。
副载波相位消除法（SCPC）：
副载波相位消除法（SCPC，全称为Subcarrier Phase Cancellation）[3]是借鉴了主载波剥离的思想，本地产生两路副载波相位正交的BOC信号，由于BOC、QBOC码互相关函数的峰值正好对应BOC码自相关函数的零点，BOC、QBOC码互相关函数的零点正好对应BOC码自相关函数的峰值，将两相关函数平方相加将得到的不含零点的相关曲线，该方法解决了由于多峰性产生信号漏捕的问题，然而该方法没有保留BOC信号窄相关峰特性。
自相关边锋消除法(ASPeCT)：
自相关边锋消除法(ASPeCT,全称为Autocorrelation Side-peak Cancellation Technique)利用了BOC(n,n)信号自相关函数和BOC(n,n)/PRN的互相关在相同码相位处具有类似的旁峰特点，通过增加权值系数
Figure 772924DEST_PATH_IMAGE012
，研究表明处理后的旁峰与主峰的峰值比达到9.5%。此算法仅适用于BOC(n,n)信号，面对各大卫星导航系统上采用的不同的BOC信号，该算法的适应性受到限制，而且旁峰消除的并不完全。
发明内容
本发明的目的是为了解决现代化卫星导航信号中副载波调制引起的信号自相关函数存在多峰性引起信号误捕和漏捕的问题，而目前的主流算法或者能消除多峰性而不能保留BOC信号窄相关峰特性，或者能够保留BOC信号窄相关峰特性，但算法适用性差即仅适用于BOC(n,n)类信号，且多峰性消除不完全。针对上述问题提出一种基于相关函数分离重构的BOC信号无模糊度捕获算法，本发明分析了BOC信号中单个码片内调制的矩形脉冲之间的周期延拓关系，确定一个基准单元，将BOC信号可分离成基准单元和基准单元经一系列周期延拓后相加，基于此实现BOC信号自相关函数的分离，根据对称性，可重构一个峰值较低单峰，基于产生的单峰与信号自相关函数相乘即可消除多峰并提高中心主峰峰值。
本发明提出的基于相关函数分离重构的
Figure 959371DEST_PATH_IMAGE020
信号的捕获方法(
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为副载波频率与
基准频率的比值,
Figure 979411DEST_PATH_IMAGE022
为码频率与基准频率的比值；调制阶数为
Figure DEST_PATH_IMAGE023
；
Figure 92861DEST_PATH_IMAGE024
为码相位)，其步骤：
步骤一：将接收到的中频输入信号XIF(
Figure DEST_PATH_IMAGE025
)进行主载波剥离得到同相I、正交Q两路，每路共分为M段，每段为整数个伪码周期，其中M>2；
步骤二：本地产生两路副载波信号，分别记为SCall(
Figure 80408DEST_PATH_IMAGE025
)、SCF(
Figure 304716DEST_PATH_IMAGE025
)，对于输入信号为BOCs(m,n)信号，每个扩频码片内存在k个矩形脉冲(脉冲宽度为半个副载波周期TSC)，在一个扩频码片内，如果选择第1个矩形脉冲为基准的话，那么接下来的第2～k个脉冲可以看作第1个脉冲的周期延拓且符号相同或者取反，SCF(
Figure 631792DEST_PATH_IMAGE025
)即为截取每一个伪码码片内第一个矩形脉冲组成副载波；而对于输入信号为BOCc(m,n)信号，每个扩频码片内存在2k个矩形脉冲(矩形脉冲宽度为TSC/2), SCF(
Figure 965078DEST_PATH_IMAGE025
)即为截取每一个伪码码片内第一个矩形脉冲组成副载波，本地伪随机码local_PRN(
Figure 377605DEST_PATH_IMAGE025
)经副载波SCF()调制生成一路本地BOC信号，记为local_BOCF(
Figure 649503DEST_PATH_IMAGE025
)。本地伪随机码local_PRN(
Figure 104755DEST_PATH_IMAGE025
)经副载波SCall(
Figure 738999DEST_PATH_IMAGE025
)调制生成另一路本地BOC信号，记为local_BOCall(
Figure 118159DEST_PATH_IMAGE025
),将本地BOC信号local_BOCF(
Figure 419827DEST_PATH_IMAGE025
)、local_BOCall()进行FFT运算分别得到FFT_local_BOCF、FFT_local_BOCall信号；
步骤三：将经过主载波剥离的第i段输入信号记为R_BOCi()(i=1,2,3…M)，进行FFT运算生成FFT_R_BOCi(i=1,2,3…M)信号；
步骤四：步骤三中生成的FFT_R_BOCi和步骤二中生成的FFT_local_BOCF取共轭相乘，并进行IFFT运算可得到信号R_BOCi(
Figure 599639DEST_PATH_IMAGE024
)与local_BOCF(
Figure 755814DEST_PATH_IMAGE024
)的相关函数，记为RF_x(
Figure 864453DEST_PATH_IMAGE024
),同理FFT_ R_BOCi与FFT_local_BOCall取共轭相乘，并进行IFFT运算可得到R_BOCi(
Figure 473289DEST_PATH_IMAGE025
)与local_BOCall(
Figure 381202DEST_PATH_IMAGE025
)信号的相关函数，记为Rall_x(
Figure 454200DEST_PATH_IMAGE025
)，符号x表示为I或Q；
步骤五：对于BOCs(m,n)类信号的捕获，将步骤四中得到的RF_x(
Figure 422156DEST_PATH_IMAGE025
)延迟时间T=(k-1)Tsc  (Tsc：半个副载波周期)，并乘以(-1)k-1,得到的相关值RF_x(
Figure 518288DEST_PATH_IMAGE025
)；对于BOCc(m,n)类信号的捕获，将步骤四中得到的RF_x(
Figure 42941DEST_PATH_IMAGE025
)延迟时间调整为T=(k-0.5)Tsc (TSC：半个副载波周期) ，符号调整为(-1)k，得到的相关值RL_x(
Figure 908129DEST_PATH_IMAGE025
)；
步骤六：将步骤四得到的相关值RF_x()与步骤五得到的相关值RL_x(
Figure 692731DEST_PATH_IMAGE025
)取模后相加得到R1x()=|RF_x(
Figure 927721DEST_PATH_IMAGE025
)|+|RL_x(
Figure 546134DEST_PATH_IMAGE025
)|，将RF_x(
Figure 616858DEST_PATH_IMAGE025
)与RL_x(
Figure 670265DEST_PATH_IMAGE025
)相减后取模得到R2x(
Figure 572362DEST_PATH_IMAGE025
)=|RF_x()- RL_x(
Figure 611042DEST_PATH_IMAGE025
)|，将得的相关值R1x(
Figure 15610DEST_PATH_IMAGE025
)减去R2x(
Figure 709896DEST_PATH_IMAGE025
)可得到一个峰值较低的单峰Rcomb_x(
Figure 627037DEST_PATH_IMAGE025
)，符号x表示为I或Q；
步骤七：将步骤六中重构的峰值较低的单相关峰Rcomb_x(
Figure 469091DEST_PATH_IMAGE025
)与步骤四中产生的BOC自相关函数Rall_x(
Figure 864300DEST_PATH_IMAGE025
)取模后相乘即可得到第i段数据的积分输出值Yx()= Rcomb_x(
Figure 812719DEST_PATH_IMAGE025
)*|Rall_x()|，符号x表示为I或Q，对于总共M段数据的积分输出值进行累加可得到I、Q路输出值，两路相加后取模平方得到检测量Z()=|
Figure 9848DEST_PATH_IMAGE026
 + 
Figure DEST_PATH_IMAGE027
|2；
步骤八：将检测值Z(t)与判决器中设定的检测门限值比较大小，若检测值超过检测门限值，则认为信号被准确捕获，得出定位所需要的卫星信号是否存在于接收中频输入信号中的结论；
步骤九：当发现存在定位所需的卫星信号，通过GNSS接收机继续正常接收卫星信号，得到导航电文，实现定位；如果没有发现所需要的卫星信号，则进行更换卫星重复步骤一至步骤八。
本发明的优点在于：
（1）本发明提出的基于相关函数分离重构的BOC(m,n)信号的捕获方法，能够完全消除BOC信号的自相关函数的旁峰，避免了多峰性在捕获过程引起的误捕和漏捕的问题，从而提高BOC信号捕获精度和减少搜索时间。
（2）本发明提出的基于相关函数分离重构的BOC(m,n)信号的捕获方法，对于各大卫星导航系统中采用的主要BOC调制方式本发明仍然适用，即能满足BOCs(m,n)类信号(k为偶数阶)、BOCs(m,n)类信号(k为奇数阶)、BOCc(m,n)类信号(k为偶数阶)的无模糊度捕获，保证了算法适用性更广泛。
（3）本发明提出的基于相关函数分离重构的BOC(m,n)信号的捕获方法,最终的相关峰宽度为1/k个码片，保留了BOC信号的窄的相关峰特性，能够满足BOC信号高精度的捕获要求。
附图说明
图1 基于相关函数分离重构捕获原理图；
图2a相关函数RF(t)，其中横坐标为码相位对应的点数，纵坐标为归一化相关函数值；
图2b相关函数RL(t)，其中横坐标为码相位对应的点数，纵坐标为归一化相关函数值；
图3 重构相关函数，其中横坐标为码相位对应的点数，纵坐标为归一化相关函数值；
图4a BOCs(2,1)信号经ASPeCT方法处理后检测峰；
图4b BOCs(2,1)信号基于相关函数分离重构方法处理后检测峰；
图5a BOCs(3,2)信号经ASPeCT方法处理后检测峰；
图5b BOCs(3,2)信号基于相关函数分离重构方法处理后检测峰；
图6a BOCc(2,1)信号经ASPeCT方法处理后检测峰；
图6b BOCc(2,1)信号基于相关函数分离重构方法处理后检测峰；
图7  BOC(n,n)类信号的检测概率与载噪比的关系，其中横坐标为输入信号的载噪比，纵坐标捕获的检测概率；
图8 相关主峰宽度与调制阶数的关系，其中横坐标为调制阶数k，纵坐标为最终检测峰的宽度。
具体实施方案
下面结合附图对本发明做详细的说明。
本发明提出的基于相关函数分离重构的BOC(m,n)信号的捕获方法(m为副载波频率与
基准频率的比值,n为码频率与基准频率的比值；调制阶数为k=2m/n；
Figure 816261DEST_PATH_IMAGE025
为码相位)，如图1所示，包括以下几个步骤：
步骤一、将接收到的中频输入信号XIF(
Figure 570591DEST_PATH_IMAGE025
)进行主载波剥离得到同相I、正交Q两路，每
路共分为M段，每段为整数个伪码周期，其中M>2；
步骤二：本地产生两路副载波信号，分别记为SCall(
Figure 307603DEST_PATH_IMAGE025
)、SCF(
Figure 893305DEST_PATH_IMAGE025
)，对于输入信号BOCs(m,n)信号，每个扩频码片内存在k个矩形脉冲(脉冲宽度为半个副载波周期TSC)，在一个扩频码片内，如果选择第1个矩形脉冲为基准的话，那么接下来的第2～k个脉冲可以看作第1个脉冲的周期延拓且符号相同或者取反，SCF(
Figure 323149DEST_PATH_IMAGE025
)即为截取每一个伪码码片内第一个矩形脉冲组成副载波；而对于输入信号BOCc(m,n)信号，每个扩频码片内存在2k个矩形脉冲(矩形脉冲宽度为TSC/2), SCF(
Figure 564775DEST_PATH_IMAGE025
)即为截取每一个伪码码片内第一个矩形脉冲组成副载波，本地伪随机码local_PRN(
Figure 154412DEST_PATH_IMAGE025
)经副载波SCF()调制生成一路本地BOC信号local_BOCF(
Figure 133050DEST_PATH_IMAGE025
)。本地伪随机码local_PRN()经副载波SCall(
Figure 3103DEST_PATH_IMAGE025
)调制生成另一路本地BOC信号，记为local_BOCall(),将本地BOC信号local_BOCF(
Figure 85776DEST_PATH_IMAGE025
) 、local_BOCall(
Figure 36415DEST_PATH_IMAGE025
)进行FFT运算分别得到FFT_local_BOCF、FFT_local_BOCall信号；
Figure 918920DEST_PATH_IMAGE028
=
Figure DEST_PATH_IMAGE029
 
  
Figure DEST_PATH_IMAGE031
Figure 587854DEST_PATH_IMAGE032
本地伪码经副载波调制产生的本地BOC信号，
Figure 88105DEST_PATH_IMAGE034
是伪码周期每一个码片内截取第j个矩形脉冲组成的副载波调制伪随机码生成的信号，即
Figure 508722DEST_PATH_IMAGE034
信号可以看作是
Figure DEST_PATH_IMAGE035
信号周期延拓而得到，当j偶数时，
Figure 794341DEST_PATH_IMAGE034
与符号相同，当j奇数时，
Figure 895338DEST_PATH_IMAGE034
与
Figure 119646DEST_PATH_IMAGE035
符号相反，是经完整的副载波调制的本地BOC信号，
Figure 774149DEST_PATH_IMAGE036
信号可分解为与
Figure 214674DEST_PATH_IMAGE035
经过一系列周期延拓后相加，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE037
为是第
Figure 458574DEST_PATH_IMAGE038
个码片的符号，，v为一个伪码周期内的码片数，
Figure 461296DEST_PATH_IMAGE040
是周期为
Figure DEST_PATH_IMAGE041
的矩形脉冲，是半个副载波周期，
Figure 989546DEST_PATH_IMAGE042
为是一个扩频码片周期，j为每个码片内矩形脉冲的序号，j=0,1…k-1。
步骤三：将经过主载波剥离的第i段输入信号记为R_BOCi(
Figure 291215DEST_PATH_IMAGE025
)(i=1,2,3…M)，进行FFT运算生成FFT_R_BOCi(i=1,2,3…M)信号；
步骤四：步骤三中生成的FFT_R_BOCi和步骤二中生成的FFT_local_BOCF取共轭相乘，并进行IFFT运算可得到信号R_BOCi(
Figure 651789DEST_PATH_IMAGE025
)与local_BOCF(
Figure 350492DEST_PATH_IMAGE025
)的相关函数，记为RF_x(
Figure 720294DEST_PATH_IMAGE025
),同理FFT_ R_BOCi与FFT_local_BOCall取共轭相乘，并进行IFFT运算可得到R_BOCi(
Figure 610889DEST_PATH_IMAGE025
)与local_BOCall(
Figure 470261DEST_PATH_IMAGE025
)信号的相关函数，记为Rall_x(
Figure 79097DEST_PATH_IMAGE025
)，符号x表示为I或Q；
Figure 252589DEST_PATH_IMAGE044
Figure 263271DEST_PATH_IMAGE046
 由于BOC调制方式引起自相关函数多峰性，所以在分析消除多峰性时，可以认为载波多普勒已经对齐，其中RF_x(
Figure 44276DEST_PATH_IMAGE025
)为第i段中频输入信号与本地local_BOCF(
Figure 140408DEST_PATH_IMAGE025
)信号的相关值，Rall_x(
Figure 852012DEST_PATH_IMAGE025
)为第i段中频输入信号与本地local_BOCall()的相关值，符号x表示为I或Q；
步骤五：对于BOCs(m,n)类信号的捕获，将步骤四中得到的RF_x()延迟时间T=(k-1)Tsc (TSC：半个副载波周期)，并乘以(-1)k-1,得到的相关值RL_x(
Figure 501802DEST_PATH_IMAGE025
)；对于BOCc(m,n)类信号的捕获，将步骤四中得到的RF_x(
Figure 66032DEST_PATH_IMAGE025
)延迟时间调整为T=(k-0.5)Tsc (TSC：半个副载波周期) ，符号调整为(-1)k，得到的相关值RL_x(
Figure 51305DEST_PATH_IMAGE025
)；RF_x(
Figure 361064DEST_PATH_IMAGE025
) 与RL_x(
Figure 494105DEST_PATH_IMAGE025
)是关于码相位对称，以BOC(6,1)信号为例说明，RF_x(
Figure 547512DEST_PATH_IMAGE025
)与RL_x(
Figure 387292DEST_PATH_IMAGE025
)的相关函数分别如图2(a)、(b)所示。这一组相关函数的特点是关于码相位
Figure DEST_PATH_IMAGE047
对称。
Figure 681001DEST_PATH_IMAGE048
   
由于存在步骤二中关系，即
Figure 973442DEST_PATH_IMAGE034
信号由
Figure 892857DEST_PATH_IMAGE035
信号周期延拓而得到，因此RL_x(
Figure 587143DEST_PATH_IMAGE025
)可由相关值由RF_x(
Figure 238704DEST_PATH_IMAGE025
)延迟T，并经符号调整得到，利用该关系，不需要另外再进行积分运算求RL_x()，能够减少算法运算量。
步骤六：将步骤四得到的相关值RF_x(
Figure 990814DEST_PATH_IMAGE025
)与步骤五得到的相关值RL_x(
Figure 539607DEST_PATH_IMAGE025
)取模后相加得到R1x(
Figure 689966DEST_PATH_IMAGE025
)=|RF_x(
Figure 956999DEST_PATH_IMAGE025
)|+|RL_x(
Figure 155900DEST_PATH_IMAGE025
)|，将RF_x(
Figure 372248DEST_PATH_IMAGE025
)与RL_x(
Figure 631191DEST_PATH_IMAGE025
)相减后取模得到R2x(
Figure 385521DEST_PATH_IMAGE025
)=|RF_x(
Figure 122533DEST_PATH_IMAGE025
)-RL_x(
Figure 708235DEST_PATH_IMAGE025
)|，将得的相关值R1x(
Figure 138079DEST_PATH_IMAGE025
)减去R2x()可得到一个峰值较低的单峰Rcomb_x()，符号x表示为I或Q；    
Figure DEST_PATH_IMAGE049
      
Figure 505208DEST_PATH_IMAGE050
Rcomb_x(
Figure 840375DEST_PATH_IMAGE025
)是基于RF_x()与RL_x(
Figure 461160DEST_PATH_IMAGE025
)重构的单峰如图3所示，符号x表示为I或Q，
Figure DEST_PATH_IMAGE051
是一个宽度为1/k个码片的三角峰，然而重构单峰Rcomb_x(
Figure 959137DEST_PATH_IMAGE025
)的峰值相当于原来BOCs(m,n)信号自相关函数主峰峰值的2/k；
步骤七：将步骤六中重构的峰值较低的单相关峰Rcomb_x()与步骤四中产生的BOC自相关函数Rall_x(
Figure 743740DEST_PATH_IMAGE025
)取模后相乘即可得到第i段数据的积分输出值Yx(
Figure 626245DEST_PATH_IMAGE025
)=Rcomb_x(
Figure 290313DEST_PATH_IMAGE025
)*|Rall_x(
Figure 232862DEST_PATH_IMAGE025
)|，对于总共M段数据的积分输出值进行累加可得到I、Q路输出值，两路相加取模得到检测峰Z()
Figure DEST_PATH_IMAGE053
Figure DEST_PATH_IMAGE055
Z(
Figure 153730DEST_PATH_IMAGE009
)=|
Figure 439349DEST_PATH_IMAGE056
+
Figure DEST_PATH_IMAGE057
|
步骤八：将检测峰Z(
Figure 287219DEST_PATH_IMAGE024
)与判决器中设定的检测门限值比较大小，若检测值超过检测门限值，则认为信号被准确捕获，得出定位所需要的卫星信号是否存在于接收中频输入信号中的结论。
步骤九：当发现存在定位所需的卫星信号，通过GNSS接收机继续正常接收卫星信号，得到导航电文，实现定位；如果没有发现所需要的卫星信号，则进行更换卫星重复步骤一至步骤八。
输入信号的初始码相位对应的采样点数设置为，应用本发明提出的基于相关函数分离重构的BOC(m,n)信号的捕获方法，消除BOCs(m,n)类信号(调制阶数k为偶数)多峰性的效果如图4（b）所示(图中以BOCs(2,1)信号为例说明)，旁峰已经完全消除，而图4（a）为ASPeCT方法处理后检测峰，其中第一次峰与主峰比值为54.4%，ASPeCT方法对于BOCs(m,n)类信号(调制阶数k为偶数)的捕获仍然存在误捕到旁峰的风险。
输入信号的初始码相位对应的采样点数设置为，应用本发明提出的基于相关函数分离重构的BOC(m,n)信号的捕获方法，消除BOCs(m,n)类信号(调制阶数k奇数)多峰性的效果如图5（b）所示(图中以BOCs(3,2)信号为例说明)，旁峰已经完全消除，而图5中(a)为ASPeCT方法处理后检测峰，其中第一次峰与主峰的比值为44.8%。对于BOCs(m,n)类信号(调制阶数k奇数)的捕获，ASPeCT方法已经不再适用。
输入信号的初始码相位对应的采样点数设置为，应用本发明提出的基于相关函数分离重构的BOC(m,n)信号的捕获方法，消除BOCc(m,n)类信号(调制阶数k为偶数)多峰性的效果如图6（b）所示(图中以BOCc(2,1)信号为例说明)，旁峰已经完全消除，而图6（a）为ASPeCT方法处理后检测峰，其中第一次峰与主峰的比值为56.4%，相比BOCs(m,n)类信号(k为偶数阶)的峰峰比进一步增大。ASPeCT方法同样不再适用于BOCc(m,n)类信号(调制阶数k为偶数)的无模糊度捕获。
与传统信号捕获的虚警概率影响因素不同，BOC信号的虚警概率由噪声和旁峰共同引起，假设虚警概率，相干积分时间T=1ms，图7为分离重构法、ASPeCT、SCPC、BPSK Like法捕获BOC(n,n)类信号主峰的检测概率随输入信号载噪比变化的关系。在相同码相位捕获精度的前提下，分离重构法、ASPeCT的检测概率明显优于SCPC、BPSK Like法，原因是前两种方法保留了BOC(n,n)类信号窄相关峰的特性，而后两种方法则没有，图8表示为经分离重构法、ASPeCT、SCPC、BPSK Like法处理后的主峰宽度与调制阶数的关系，从图中可以看出，当k=2时，SCPC和BPSK Like法处理后的相关峰宽度为2个码片[9]，而分离重构法、ASPeCT处理后的峰宽度为0.5个码片。在相同载噪比条件下，噪声更容易使得经SCPC和BPSK Like法处理后相关值在码相位捕获精度范围外的地方超过捕获门限，从而引起虚警。从图5中可以看出分离重构法的捕获BOC(n,n)类信号主峰性能优于ASPeCT，这是因为经ASPeCT处理后的旁峰依然存在，研究表明处理后的峰峰比为9.5%，在噪声和旁峰共同作用下虚警概率会增加，从而检测性能下降，若以的检测概率为标准，ASPeCT捕获到中心主峰的性能相比分离重构法低1.8dB，而BPSK Like法的检测性能比SCPC要低0.6 dB，其原因在于BPSK Like法通过接收BOC信号的主瓣来达到消除旁峰的目的，该方法存在0.5-0.8dB的能量损失，而SCPC则没有这样的能量损失。

Claims (1)

1.基于相关函数分离重构的                                                
Figure 455305DEST_PATH_IMAGE001
信号的捕获方法，
Figure 12057DEST_PATH_IMAGE002
为副载波频率与基准频率的比值
Figure 840336DEST_PATH_IMAGE003
为码频率与基准频率的比值；调制阶数为
Figure 637390DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 246226DEST_PATH_IMAGE005
为码相位，其步骤：
步骤一：将接收到的中频输入信号XIF(
Figure 419719DEST_PATH_IMAGE006
)进行主载波剥离得到同相I、正交Q两路，每路共分为M段，每段为整数个伪码周期，其中M>2；
步骤二：本地产生两路副载波信号，分别记为SCall(
Figure 118816DEST_PATH_IMAGE006
)、SCF(
Figure 86772DEST_PATH_IMAGE006
)，对于输入信号为BOCs(m,n)信号，每个扩频码片内存在k个矩形脉冲(脉冲宽度为半个副载波周期TSC)，在一个扩频码片内，如果选择第1个矩形脉冲为基准的话，那么接下来的第2～k个脉冲可以看作第1个脉冲的周期延拓且符号相同或者取反，SCF(
Figure 182904DEST_PATH_IMAGE006
)即为截取每一个伪码码片内第一个矩形脉冲组成副载波；而对于输入信号为BOCc(m,n)信号，每个扩频码片内存在2k个矩形脉冲(矩形脉冲宽度为TSC/2), SCF()即为截取每一个伪码码片内第一个矩形脉冲组成副载波，本地伪随机码local_PRN(
Figure 697379DEST_PATH_IMAGE006
)经副载波SCF(
Figure 836236DEST_PATH_IMAGE006
)调制生成一路本地BOC信号，记为local_BOCF(
Figure 419664DEST_PATH_IMAGE006
)；本地伪随机码local_PRN(
Figure 669380DEST_PATH_IMAGE006
)经副载波SCall()调制生成另一路本地BOC信号，记为local_BOCall(
Figure 151363DEST_PATH_IMAGE006
),将本地BOC信号local_BOCF(
Figure 222087DEST_PATH_IMAGE006
)、local_BOCall(
Figure 275493DEST_PATH_IMAGE006
)进行FFT运算分别得到FFT_local_BOCF、FFT_local_BOCall信号；
步骤三：将经过主载波剥离的第i段输入信号记为R_BOCi(
Figure 52957DEST_PATH_IMAGE006
)(i=1,2,3…M)，进行FFT运算生成FFT_R_BOCi(i=1,2,3…M)信号；
步骤四：步骤三中生成的FFT_R_BOCi和步骤二中生成的FFT_local_BOCF取共轭相乘，并进行IFFT运算可得到信号R_BOCi(
Figure 533616DEST_PATH_IMAGE005
)与local_BOCF(
Figure 826057DEST_PATH_IMAGE005
)的相关函数，记为RF_x(
Figure 683155DEST_PATH_IMAGE005
),同理FFT_ R_BOCi与FFT_local_BOCall取共轭相乘，并进行IFFT运算可得到R_BOCi()与local_BOCall()信号的相关函数，记为Rall_x(
Figure 777383DEST_PATH_IMAGE006
)，符号x表示为I或Q；
步骤五：对于BOCs(m,n)类信号的捕获，将步骤四中得到的RF_x(
Figure 172592DEST_PATH_IMAGE006
)延迟时间T=(k-1)Tsc  (Tsc：半个副载波周期)，并乘以(-1)k-1,得到的相关值RF_x(
Figure 659069DEST_PATH_IMAGE006
)；对于BOCc(m,n)类信号的捕获，将步骤四中得到的RF_x(
Figure 747110DEST_PATH_IMAGE006
)延迟时间调整为T=(k-0.5)Tsc (TSC：半个副载波周期) ，符号调整为(-1)k，得到的相关值RL_x()；
步骤六：将步骤四得到的相关值RF_x(
Figure 213044DEST_PATH_IMAGE006
)与步骤五得到的相关值RL_x()取模后相加得到R1x(
Figure 62237DEST_PATH_IMAGE006
)=|RF_x(
Figure 816566DEST_PATH_IMAGE006
)|+|RL_x(
Figure 553578DEST_PATH_IMAGE006
)|，将RF_x(
Figure 14646DEST_PATH_IMAGE006
)与RL_x(
Figure 444491DEST_PATH_IMAGE006
)相减后取模得到R2x(
Figure 420537DEST_PATH_IMAGE006
)=|RF_x(
Figure 961240DEST_PATH_IMAGE006
)- RL_x(
Figure 293126DEST_PATH_IMAGE006
)|，将得的相关值R1x(
Figure 628293DEST_PATH_IMAGE006
)减去R2x(
Figure 357214DEST_PATH_IMAGE006
)可得到一个峰值较低的单峰Rcomb_x()，符号x表示为I或Q；
步骤七：将步骤六中重构的峰值较低的单相关峰Rcomb_x(
Figure 871689DEST_PATH_IMAGE006
)与步骤四中产生的BOC自相关函数Rall_x(
Figure 377757DEST_PATH_IMAGE006
)取模后相乘即可得到第i段数据的积分输出值Yx(
Figure 593975DEST_PATH_IMAGE006
)= Rcomb_x()*|Rall_x()|，符号x表示为I或Q，对于总共M段数据的积分输出值进行累加可得到I、Q路输出值，两路相加后取模平方得到检测量Z(
Figure 958463DEST_PATH_IMAGE006
)=|+ 
Figure 817014DEST_PATH_IMAGE008
|2；
步骤八：将检测值Z(t)与判决器中设定的检测门限值比较大小，若检测值超过检测门限值，则认为信号被准确捕获，得出定位所需要的卫星信号是否存在于接收中频输入信号中的结论；
步骤九：当发现存在定位所需的卫星信号，通过GNSS接收机继续正常接收卫星信号，得到导航电文，实现定位；如果没有发现所需要的卫星信号，则进行更换卫星重复步骤一至步骤八。
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