CN103869343B - 捕获gps中l2c信号的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种捕获GPS中L2C信号捕获方法及装置，S1生成一个周期的本地CM码序列在每个CM码序列后插入一个零；S2对S1所生成的插入零后的CM码序列构建本地复合码：S3对S2生成的本地复合CM码序列进行采样得到N点长序列并进行处理；S4对经接收机前端处理后的中频信号按采样率进行采样；S5将S4采样后的信号数字下变频至待搜索载波频率格；S6从S5选取N点接收信号进行处理；S7将S3与S6所得结果相乘并进行处理得到N个相关值；S8若S7中最大相关值大于预设捕获门限则根据该最大相关值所对应的码相位对第W+nN个码相位进行检测；S9若S7中不存在大于预设捕获门限的相关值则调整数字下变频单元以搜索下一个载波频率格直到搜索完整个待搜索空间。
Description
技术领域
本发明涉及全球定位系统（GPS）领域领域，尤其涉及一种捕获GPS中L2C信号的方法及装置。
背景技术
在全球定位系统（GPS）现代化过程中，为提高信号捕获、跟踪能力，改善弱信号条件下用户性能，设计了一种新型民用信号，即L2C（英文全称为：L2civil，其中，L2表示其在GPS中的信号频点）信号。该信号所采用的扩频序列与已得到广泛应用的C/A码信号显著不同。它将中等长度伪码（称为CM码）和长周期伪码（称为CL码）通过一种时分数据复用技术混合在一起。采用该技术以后，导航电文仅调制CM码，而不调制CL码。调整有导航电文的CM码作为数据通道，为接收设备提供导航电文。而未调制导航电文的CL码，则作为导频通道，可使接收设备在处理导航信号时不用考虑导航电文的影响，可通过长时预检测积分获得更好的捕获、跟踪性能。
对L2C信号进行捕获是L2C接收终端工作的前提，但是现有的捕获方法捕获耗时较长。
发明内容
本发明实施例提供一种捕获GPS中L2C信号的方法及装置，通过减小本地信号与接收信号相关运算时复杂度，降低L2C信号伪码捕获难度，提高伪码搜索速度，从而缩短伪码捕获时间。针对采用DSP的手持型等GPS L2C导航终端，提出一种适用于小规模FFT实现的L2C信号快速捕获方法，降低伪码捕获难度，提高伪码搜索速度，缩短伪码捕获时间，缩短L2C导航设备首次定位时间。
本发明实施例采用如下技术方案：
一种捕获GPS中L2C信号的方法，包括：
S1、生成一个周期的本地CM码序列，在每个CM码序列后插入一个零；
S2、对S1所生成的插入零后的CM码序列，构建本地复合码；
S3、对S2生成的本地复合CM码序列进行采样，得到N点长序列，并进行FFT处理，其中N为大于零的正整数；
S4、对经接收机前端处理后的中频信号，按采样率进行A/D采样；
S5、将S4采样后的信号数字下变频至待搜索载波频率格；
S6、从S5选取N点接收信号，然后进行FFT和共轭处理，其中N为大于零的正整数；
S7、将S3与S6所得结果相乘并进行快速傅里叶逆变换处理，得到N个相关值；
S8、若S7所得最大相关值大于预设捕获门限，则根据该最大相关值所对应的码相位，对第W+nN个码相位进行检测，以去除因构建本地复合CM码导致的码相位模糊，n=0,1,2,...,K-1，W为大于零的正整数；
S9、若S7中不存在大于预设捕获门限的相关值，则调整数字下变频单元以搜索下一个载波频率格，直到搜索完整个待搜索空间。
可选的，S2包括：
S2.1将插入零后的CM码等分为K段，每段长度为M，K为复合系数，M为大于零的正整数，K为大于零的正整数；
S2.2将S2.1等分后的码序列按行逐段排列；
S2.3将S2.2排列后的序列，按列方向逐码片相加，得到一个长度为M码的复合CM码序列。
可选的，S2.1具体为：
将S1所得插入零后的CM码等分为4段，每段长度为5115；
S2.2具体为：将S2.1等分后的码序列按行逐段排列，得到一个4行5115列码序列矩阵；
S2.3具体为：将S2.2码序列矩阵，按列方向逐码片相加，得到一个长度为5115的复合CM码序列；
可选的，还包括：
对S2.3所得复合CM码序列按两倍L2C伪码序列速率即2.046MHz进行采样，得到长度为10230的本地伪码序列，对所得伪码序列进行快速傅里叶变换。
可选的，S4中按2.046MHz速率进行A/D采样。
一种捕获GPS中L2C信号的装置，包括：
本地CM码发生器，用于生成一个周期的CM码序列；
插入模块，用于在每个CM码码片后插入一个零，得到插入零后的CM码序列；
构建复合CM码模块，用于按构建复合CM码序列；
采样模块，用于对复合CM码序列进行采样，得到N点本地码序列，其中N为大于零的正整数；
FFT模块，用于对本地码序列进行快速傅里叶变换；
A/D模块，用于对模拟中频信号进行数字采样的器件；
数字下变频模块，用于将采样后的信号数字下变频至待搜索载波频率格；
选取模块，用于选取N点数字下变频后的接收信号，其中N为大于零的正整数；
FFT&共轭模块，用于对接收信号进行快速傅里叶变换和共轭处理；
IFFT模块，用于快速傅里叶反变换；
门限比较模块，用于将相关值与预设捕获门限进行比较；
去模糊度模块，用于当最大相关值大于门限时，对复合本地码序列进行逐码相位检测，找出准确的接收信号码相位。
可选的，构建复合CM码模块具体用于，将插入零后的CM码等分为K段，每段长度为M，K为复合系数；将等分后的码序列按行逐段排列；将排列后的序列，按列方向逐码片相加，得到一个长度为M码的复合CM码序列。
基于上述技术方案，本发明实施例对本地CM码进行复合构建，在压缩本地伪码长度的同时使本地伪码还具有周期性，进而使基于FFT快速伪码相关技术能适用于L2C信号，减小相关运算量、缩短伪码捕获时间，M为大于零的正整数，K为大于零的正整数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种捕获GPS中L2C信号的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种构建复合CM码的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种捕获GPS中L2C信号的装置的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例针对采用DSP的手持型等GPS L2C导航终端，提出一种适用于小规模FFT实现的L2C信号快速捕获方法，降低伪码捕获难度，提高伪码搜索速度，缩短伪码捕获时间，缩短L2C导航设备首次定位时间。
本发明实施例通过对本地CM码进行处理，构建复合CM码，在压缩本地伪码长度的同时使本地伪码还具有周期性，进而使基于FFT的快速伪码相关技术能适用于L2C信号，达到减小相关运算量、缩短伪码捕获时间的目的。与置零捕获方法、单码片步长捕获方法相比，本发明实施例在压缩本地伪码长度的同时使本地伪码还具有周期性，进而使基于FFT快速伪码相关技术能够适用；本发明实施例中信号相干积分时间可灵活选择，可远小于20ms，大大降低了相干积分过程中遇到数据比特翻转的概率，提高了捕获稳定性。
如图1所示，本发明实施例提供一种捕获GPS中L2C信号的方法，包括：
S1、生成一个周期的本地CM码序列，在每个CM码序列后插入一个零；
S2、对S1所生成的插入零后的CM码序列，构建本地复合码：
S3、对S2生成的本地复合CM码序列进行采样，得到N点长序列，并进行FFT处理，其中N为大于零的正整数；
S4、对经接收机前端处理后的中频信号，按采样率进行A/D采样；
S5、将S4采样后的信号数字下变频至待搜索载波频率格；
S6、从S5选取N点接收信号，然后进行FFT和共轭处理，其中N为大于零的正整数；
S7、将S3与S6所得结果相乘并进行快速傅里叶逆变换处理，得到N个相关值；
S8、若S7所得最大相关值大于预设捕获门限，则根据该最大相关值所对应的码相位，对第W+nN个码相位进行检测，以去除因构建本地复合CM码导致的码相位模糊，n=0,1,2,...,K-1，W为大于零的正整数；
S9、若S7中不存在大于预设捕获门限的相关值，则调整数字下变频单元以搜索下一个载波频率格，直到搜索完整个待搜索空间。
可选的，S2包括：
S2.1将插入零后的CM码等分为K段，每段长度为M，K为复合系数，M为大于零的正整数，K为大于零的正整数；
S2.2将S2.1等分后的码序列按行逐段排列；
S2.3将S2.2排列后的序列，按列方向逐码片相加，得到一个长度为M码的复合CM码序列。
如图2所示，S2.1具体为：
将S1所得插入零后的CM码等分为4段，每段长度为5115；
S2.2具体为：将S2.1等分后的码序列按行逐段排列，得到一个4行5115列码序列矩阵；
S2.3具体为：将S2.2码序列矩阵，按列方向逐码片相加，得到一个长度为5115的复合CM码序列；
可选的，还包括：
对S2.3所得复合CM码序列按两倍L2C伪码序列速率即2.046MHz进行采样，得到长度为10230的本地伪码序列，对所得伪码序列进行快速傅里叶变换。
可选的，S4中按2.046MHz速率进行A/D采样。
下面以具体参数为例讲述本发明实施例的捕获GPS中L2C信号的方法，该实施步骤如下：
1、生成本地CM码序列，并在每个CM码码片后插入零，得到长度为20460速率为1.023MHz的插入零后的CM码序列；
2、步骤1所得插入零后的CM码等分为4段，每段长度为5115；
3、将步骤2等分后的码序列按行逐段排列，得到一个4行5115列码序列矩阵；
4、将步骤3码序列矩阵，按列方向逐码片相加，得到一个长度为5115的复合CM码序列；
5、对步骤4所得复合CM码序列按两倍L2C伪码序列速率即2.046MHz进行采样，得到长度为10230的本地伪码序列；
6、对步骤5所得伪码序列进行快速傅里叶变换；
7、按2.046MHz速率对接收到的L2C信号进行A/D采样；
8、将步骤7信号变频至第一个待搜索的载波频率格；
9、从步骤8选取10230点接收信号，并进行快速傅里叶变换和共轭处理；
10、将步骤9与步骤6的结果相乘，并进行快速傅里叶反变换处理；
11、若步骤10所得最大相关值大于预设捕获门限，则根据该最大相关值所对应的码相位（假定为W）对第W、W+10230、W+20460、W+30690个码相位分别进行检测，以去除因构建本地复合CM码导致的码相位模糊；
12、若步骤10中不存在大于预设捕获门限的相关值，则调整数字下变频单元以搜索下一个载波频率格，直到搜索完整个待搜索空间。
如图3所示，本发明实施例提供一种捕获GPS中L2C信号的装置，包括：
本地CM码发生器，用于生成一个周期的CM码序列；
插入模块，用于在每个CM码码片后插入一个零，得到插入零后的CM码序列；
构建复合CM码模块，用于按构建复合CM码序列；
采样模块，用于对复合CM码序列进行采样，得到N点本地码序列，其中N为大于零的正整数；
FFT模块，用于对本地码序列进行快速傅里叶变换；
A/D模块，用于对模拟中频信号进行数字采样的器件；
数字下变频模块，用于将采样后的信号数字下变频至待搜索载波频率格；
选取模块，用于选取N点数字下变频后的接收信号，其中N为大于零的正整数；
FFT&共轭模块对接收信号进行快速傅里叶变换和共轭处理；
IFFT模块，用于快速傅里叶反变换；
门限比较模块，用于将相关值与预设捕获门限进行比较；
去模糊度模块，用于当最大相关值大于门限时，对复合本地码序列进行逐码相位检测，找出准确的接收信号码相位。
可选的，构建复合CM码模块具体用于，将插入零后的CM码等分为K段，每段长度为M，K为复合系数；将等分后的码序列按行逐段排列；将排列后的序列，按列方向逐码片相加，得到一个长度为M码的复合CM码序列，M为大于零的正整数，K为大于零的正整数。
本发明实施例对本地CM码进行复合构建，在压缩本地伪码长度的同时使本地伪码还具有周期性，进而使基于FFT快速伪码相关技术能适用于L2C信号，减小相关运算量、缩短伪码捕获时间。本发明实施例可用小规模FFT实现，易于在采用DSP器件的手持型等资源受限的GPS L2C终端中实现，实现复杂度低、运算量小、捕获速度快、捕获性能稳定。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种捕获GPS中L2C信号的方法，其特征在于，包括：
S1、生成一个周期的本地CM码序列，在每个CM码序列后插入一个零；
S2、对S1所生成的插入零后的CM码序列，构建本地复合码：
S3、对S2生成的本地复合CM码序列进行采样，得到N点长序列，并进行FFT处理，其中N为大于零的正整数；
S4、对经接收机前端处理后的中频信号，按采样率进行A/D采样；
S5、将S4采样后的信号数字下变频至待搜索载波频率格；
S6、从S5选取N点接收信号，然后进行FFT和共轭处理，其中N为大于零的正整数；
S7、将S3与S6所得结果相乘并进行快速傅里叶逆变换处理，得到N个相关值；
S8、若S7所得最大相关值大于预设捕获门限，则根据该最大相关值所对应的码相位，对第W+nN个码相位进行检测，以去除因构建本地复合CM码导致的码相位模糊，n＝0,1,2,...,K-1，W为大于零的正整数；
S9、若S7中不存在大于预设捕获门限的相关值，则调整数字下变频单元以搜索下一个载波频率格，直到搜索完整个待搜索空间；
所述S2包括：
S2.1将插入零后的CM码等分为K段，每段长度为M，K为复合系数，M为大于零的正整数，K为大于零的正整数；
S2.2将S2.1等分后的码序列按行逐段排列；
S2.3将S2.2排列后的序列，按列方向逐码片相加，得到一个长度为M码的复合CM码序列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2.1具体为：
将S1所得插入零后的CM码等分为4段，每段长度为5115；
S2.2具体为：将S2.1等分后的码序列按行逐段排列，得到一个4行5115列码序列矩阵；
S2.3具体为：将S2.2码序列矩阵，按列方向逐码片相加，得到一个长度为5115的复合CM码序列。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
对S2.3所得复合CM码序列按两倍L2C伪码序列速率即2.046MHz进行采样，得到长度为10230的本地伪码序列，对所得伪码序列进行快速傅里叶变换。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S4中按2.046MHz速率进行A/D采样。
5.一种捕获GPS中L2C信号的装置，其特征在于，包括：
本地CM码发生器，用于生成一个周期的CM码序列；
插入模块，用于在每个CM码码片后插入一个零，得到插入零后的CM码序列；
构建复合CM码模块，用于按构建复合CM码序列；
采样模块，用于对复合CM码序列进行采样，得到N点本地码序列；
FFT模块，用于对本地码序列进行快速傅里叶变换；
A/D模块，用于对模拟中频信号进行数字采样的器件；
数字下变频模块，用于将采样后的信号数字下变频至待搜索载波频率格；
选取模块，用于选取N点数字下变频后的接收信号；
FFT&共轭模块，用于对接收信号进行快速傅里叶变换和共轭处理，其中N为大于零的正整数；
IFFT模块，用于快速傅里叶反变换；
门限比较模块，用于将相关值与预设捕获门限进行比较；
去模糊度模块，用于当最大相关值大于门限时，对复合本地码序列进行逐码相位检测，找出准确的接收信号码相位；
所述构建复合CM码模块具体用于，将插入零后的CM码等分为K段，每段长度为M，K为复合系数；将等分后的码序列按行逐段排列；将排列后的序列，按列方向逐码片相加，得到一个长度为M码的复合CM码序列，M为大于零的正整数，K为大于零的正整数。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |