CN103869339A - 一种复合载波导航信号的捕获方法 - Google Patents

一种复合载波导航信号的捕获方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种复合载波导航信号的捕获方法，其包括：步骤1，对接收到的复合载波导航信号进行去中频操作；步骤2，进行去伪码操作，生成基带信号，对基带信号进行叠加操作；步骤4，对去中频去伪码后的复合载波导航信号基带信号进行FFT变换，并按照各子载波频率间隔循环频移后进行相干累加；步骤5，,对多个数据段复合载波导航信号进行能量积累根据多个数据段信号之间是否发生导航数据位跳变进行相干叠加处理或非相干叠加处理，获得检测统计量；步骤5，取检测统计量的峰值与预设门限进行比较，若峰值小于预设门限，重复执行步骤1至步骤5，直到遍历完所有伪码相位后，峰值依然小于所述预设门限，则判定信号不存在；若所述峰值大于预设门限，则判定信号存在，输出检测统计量的载波多普勒频移和伪码相位，复合载波导航信号捕获完成。

Description

一种复合载波导航信号的捕获方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种复合载波导航信号的捕获方法。
背景技术
导航接收机作为地面接收解算设备，能在一定程度上反应出导航系统所能达到的精度及性能。对于接收机而言，信号同步技术是其性能指标的关键因素之一，直接决定接收机后端解算的精度。信号同步技术具体包括捕获和跟踪两个步骤，其中，捕获的目的在于判断接收机内部初始复制的载波和C/A码信号是否与接收信号大致吻合，并在吻合的基础上获取粗略的载波多普勒频移值和C/A码相位值，为后续的跟踪环节提供初始值。
对于复合载波导航信号第i个信号发射端，复合载波导航信号的通用表达式可写为：
其中，M为子载波数目；m∈[1,M]为子载波编号；Am表示第m个子载波信号的幅度；Cm表示第m个子载波上调制的伪随机码，不同信号发射端采用不同的伪随机码，以BPSK的方式调制在各子载波上，以便于对不同发射端信号进行码分隔离；Dm表示第m个子载波上调制的导航数据；f0表示起始频率；Δfm为第m个子载波频率与起始频率间的频率偏置；
Figure BDA0000468998790000013
为第m个子载波信号的载波初相。
（1）式中，对不同信号发射端采用了不同的扩频码进行码分多址隔离，从而避免不同信号发射端互相之间的干扰。实际上，（1）式中不同子载波信号具有不同的频率偏置，本质上等效为一种频分隔离设计，因此，不同子载波可以采用完全相同的扩频码，为简化接收机硬件设计复杂度打下基础，即：
Figure BDA0000468998790000012
复合载波导航信号，本质上可以视为多路BPSK信号叠加之和，其调制方式与传统C/A码、P码信号相同，自相关函数与BOC信号类似。故传统导航信号捕获算法可以应用于复合载波导航信号捕获。但是，由于多载波带来的不适应性，传统捕获算法对应的检测性能低、平均捕获时间长，尤其的，硬件资源占用量很大。
因此，有必要在捕获框架和算法上，针对复合载波导航信号的结构和特点进行设计，充分利用复合载波导航信号多路子载波信号能量信息。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种复合载波导航信号的捕获方法，该方法针对性完成了复合载波导航信号的捕获，并以低运算复杂度、低硬件资源占用量、低平均捕获时间、方式灵活的实现了复合载波导航信号的捕获，确定了粗同步位置。
本发明的复合载波导航信号的捕获方法包括以下步骤：
步骤1，利用本地载波NCO产生本地标称频率，通过混频器将接收到的复合载波导航信号与所述本地标称频率相乘进行去中频操作；
步骤2，针对复合载波导航信号的M路子载波上所调制的伪码不同，利用本地伪码生成器复现M路伪随机码；
利用M个匹配滤波器对去中频后的复合载波导航信号各子载波信号分别进行匹配运算，实现复合载波导航信号各路子载波信号的去伪码操作；
对去伪码后的各路子载波信号进行叠加，获得去载波去伪码后的复合载波导航信号；
步骤3，对所述步骤2得到的去载波去伪码后的复合载波导航信号进行FFT变换，并按照各子载波频率间隔进行循环频移，使复合载波导航信号各子载波信号频域峰值进行累加；
步骤4，对适当长度的信号进行能量积累，为低信噪比环境下的信号捕获积累能量，获得多个数据段信号；
步骤5，根据所述多个数据段信号之间是否发生导航数据位跳变进行相干叠加处理或非相干叠加处理，获得检测统计量；
若未发生导航数据位跳变，则进行相干叠加；若发生导航数据位跳变，则进行非相干叠加；
步骤6，取所述检测统计量的峰值与预设门限进行比较，若所述峰值小于所述预设门限，重复执行步骤1至步骤5，直到遍历完所有伪码相位后，所述峰值依然小于所述预设门限，则判定信号不存在；若所述峰值大于所述预设门限，则判定信号存在，输出所述检测统计量的载波多普勒频移和伪码相位，复合载波导航信号捕获完成。
若复合载波导航信号各子载波采用不同调制伪码，则步骤2具体为：
利用M个匹配滤波器对去中频后的复合载波导航信号的各路子载波信号分别进行伪码解调，生成M路去中频去伪码后的子载波基带信号，然后对所述M路基带信号进行叠加操作。
若复合载波导航信号各子载波采用统一调制伪码，则步骤2具体为：
利用1个匹配滤波器统一对去中频后的复合载波导航信号的各路子载波信号进行伪码解调，生成M路去中频去伪码后的子载波基带信号，然后对所述M路基带信号进行叠加操作。
本发明所带的有益效果如下：
本发明由于采用了扩频码匹配滤波器进行伪码解调，而对于其中的通用捕获架构，则采用多通道同时解码，使所耗平均捕获时间大大降低。相比于传统单载波BPSK导航信号捕获框架，没有明显增加运算负担和硬件资源占用量。
附图说明
图1为本发明的等功率下复合载波信号、C/A码、P码、BOC(1,1)频谱图；
图2为本发明的复合载波导航信号通用捕获架构图；
图3为本发明的复合载波各子载波移位累加示意图
图4为本发明的复合载波导航信号简化捕获架构图。
具体实施方式
针对复合载波导航信号各子载波采用不同调制伪码的情况，本发明所采用的等功率下复合载波信号、C/A码、P码、BOC(1,1)频谱图如图1所示。
针对复合载波导航信号各子载波采用同一调制伪码的情况，本发明所采用的复合载波导航信号通用捕获架构如图2所示。
1.对接收到的复合载波导航信号进行去中频操作。接收一段设定时间段信号作为输入信号Si(t)，利用接收机内部NCO生成本地载波信号，通过混频器将本地载波信号与输入信号Si(t)相乘，对输入信号进行去中频操作；
2.对去中频后的复合载波导航信号进行去伪码操作。复合载波导航信号各路子载波上所调制的伪码不同，为保证算法有效性和精度，通过本地码复现，利用匹配滤波器分别对各路子载波信号进行伪码解调，至此，生成M路去中频去伪码后的复合载波导航信号基带信号。
3.对M路去中频去伪码后的复合载波导航信号基带信号进行叠加操作。M路基带信号在去中频去伪码之后仅保留了子载波频率间隔信息，而各子载波具有正交特性，因此为简化运算，可叠加该M路基带信号。
4.对叠加后基带信号进行FFT变换。为分辨叠加后信号中各子载波频率信息，将其变换到频域内进行观察和运算。
5.对频域内基带信号按照各子载波间隔频移Δfm后进行M-1次相干累加。为充分利用复合载波导航信号各子载波能量，分别对位于不同频点的子载波进行相应的移位并叠加，使复合载波信号能量集中于某一频点。如图3所示。
6.不同数据段信号根据导航数据位跳变与否进行非相干叠加或相干叠加。为提高捕获性能，需要通过延长积分时长来提高处理增益，完成弱信号情况下的捕获。可以根据一些先验信息判断数据段间是否发生导航数据位跳变。未发生跳变，则进行相干积分；已发生数据位跳变，则进行非相干积分，以获得最终的检测统计量。
7.对检测统计量进行检测判决。检测判决一般采用最大值检测和门限判决相结合的方法。取检测统计量的最大值，即峰值，与预设门限进行比较判决，若峰值小于门限，则继续调整本地伪码相位，重复1—6的过程，直到遍历完所有伪码相位后，峰值依然小于门限，则判定信号不存在；若峰值大于门限，则判定信号存在，输出信号的载波多普勒频移和伪码相位，复合载波导航信号捕获完成。
针对复合载波导航信号各子载波采用同一调制伪码的情况，本发明所采用的复合载波导航信号简化捕获架构如图4所示。
1.对接收到的复合载波导航信号进行去中频操作。接收一段设定时间段信号作为输入信号Si(t)，利用接收机内部NCO生成本地载波信号，将本地载波信号与输入信号Si(t)相乘，对输入信号进行去中频；
2.对去中频后的复合载波导航信号进行去伪码操作。该处复合载波导航信号各路子载波上所调制的伪码相同，由于各子载波间的正交特性，可利用匹配滤波器复合载波导航信号各路子载波统一进行伪码解调，获得去中频去伪码后的复合载波导航信号基带信号。
3.对去中频去伪码后的复合载波导航信号基带信号进行FFT变换。为解析出复合载波基带信号各路子载波所占用的频点，对此基带信号进行FFT变换，将基带信号转换为频域信号。
4.对频域基带信号按照各子载波频率间隔频移Δfm后进行M-1次相干累加。为充分利用复合载波导航信号能量，对该信号各子载波进行相干累加，将信号能量集中于某一频点处。如图3所示。
5.不同数据段信号根据数据位跳变与否进行非相干叠加和相干叠加。为提高捕获性能，需要通过延长积分时长来提高处理增益，完成弱信号情况下的捕获。可以根据一些先验信息判断数据段间是否发生导航数据位跳变。未发生跳变，则进行相干积分；已发生数据位跳变，则进行非相干积分，以获得最终的检测统计量Zi(fd,τ′)。
6.对检测统计量Zi(fd,τ′)进行检测判决。检测判决一般采用最大值检测和门限判决相结合的方法。取检测统计量的最大值，即峰值，与预设门限进行比较判决，若峰值小于门限，则继续调整本地伪码相位，重复1-5过程，直到遍历完所有伪码相位后，峰值依然小于门限，则判定信号不存在；若峰值大于门限，则判定信号存在，输出信号的载波多普勒频移和伪码相位，复合载波导航信号捕获完成。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种复合载波导航信号的捕获方法，其特征在于，包括：
步骤1，利用本地载波NCO产生本地标称频率，通过混频器将接收到的复合载波导航信号与所述本地标称频率相乘进行去中频操作；
步骤2，针对复合载波导航信号的M路子载波上所调制的伪码不同，利用本地伪码生成器复现M路伪随机码；
利用M个匹配滤波器对去中频后的复合载波导航信号各子载波信号分别进行匹配运算，实现复合载波导航信号各路子载波信号的去伪码操作；
对去伪码后的各路子载波信号进行叠加，获得去载波去伪码后的复合载波导航信号；
步骤3，对所述步骤2得到的去载波去伪码后的复合载波导航信号进行FFT变换，并按照各子载波频率间隔进行循环频移，使复合载波导航信号各子载波信号频域峰值进行累加；
步骤4，对适当长度的信号进行能量积累，为低信噪比环境下的信号捕获积累能量，获得多个数据段信号；
步骤5，根据所述多个数据段信号之间是否发生导航数据位跳变进行相干叠加处理或非相干叠加处理，获得检测统计量；
若未发生导航数据位跳变，则进行相干叠加；若发生导航数据位跳变，则进行非相干叠加；
步骤6，取所述检测统计量的峰值与预设门限进行比较，若所述峰值小于所述预设门限，重复执行步骤1至步骤5，直到遍历完所有伪码相位后，所述峰值依然小于所述预设门限，则判定信号不存在；若所述峰值大于所述预设门限，则判定信号存在，输出所述检测统计量的载波多普勒频移和伪码相位，复合载波导航信号捕获完成。
2.如权利要求1所述的复合载波导航信号的捕获方法，其特征在于，若复合载波导航信号各子载波采用不同调制伪码，则步骤2具体为：
利用M个匹配滤波器对去中频后的复合载波导航信号的各路子载波信号分别进行伪码解调，生成M路去中频去伪码后的子载波基带信号，然后对所述M路基带信号进行叠加操作。
3.如权利要求1所述的复合载波导航信号的捕获方法，其特征在于，若复合载波导航信号各子载波采用统一调制伪码，则步骤2具体为：
利用1个匹配滤波器统一对去中频后的复合载波导航信号的各路子载波信号进行伪码解调，生成M路去中频去伪码后的子载波基带信号，然后对所述M路基带信号进行叠加操作。
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