CN104101884A - 卫星信号的捕获方法及接收机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及导航定位系统，公开了一种卫星信号的捕获方法及接收机。本发明中，接收机尝试捕获待跟踪卫星的卫星信号，在捕获到所述待跟踪卫星的卫星信号后，检测所述卫星信号是否存在互相关特征，如果检测到所述卫星信号存在互相关特征，则判定捕获不成功，继续尝试捕获所述待跟踪卫星的卫星信号；如果检测到所述卫星信号不存在互相关特征，则判定捕获成功，进行卫星的跟踪与卫星信号的解码。通过检测捕获到的卫星信号是否存在互相关特征，判断卫星信号是否捕获成功，使得接收机能及时分辨出卫星信号之间是否出现强干扰的情况，从而保证了信号捕获的可靠性。

Description

卫星信号的捕获方法及接收机

技术领域

本发明涉及导航定位系统，特别涉及卫星信号的捕获技术。

背景技术

基于卫星信号的定位导航技术在近二十年来发展迅速，且逐渐从专有应用领域走入人们日常生活。目前世界上有数套全球卫星定位系统：我国的北斗系统，美国的全球定位系统GPS系统，俄罗斯的格洛纳斯GLONASS系统，中欧合作的伽利略系统等。无论是GPS定位、GLONASS定位、北斗星定位或伽利略定位的工作原理均是由地面主控站收集各监测站的观测资料和气象信息，计算各卫星的星历表及卫星钟改正数，按规定的格式编辑导航电文，通过地面上的注入站向卫星注入这些信息。卫星将卫星瞬间坐标与时间数据以广播方式发布，接收机在需要定位时，根据这些数据来计算本地坐标。

具体地说，接收机需要从至少4颗卫星中获得信号传播时间和卫星位置信息，根据这些信息得到接收机的位置等，具体地，接收机需要先与接收到的卫星信号完成粗同步，即扩频信号的捕获过程，得到伪随机码的相位偏移和信号载波多普勒偏移，再由跟踪过程得到伪码相位、载波频率和相位的精确估计值，对卫星信号进行实时跟踪。

然而，由于不同卫星信号之间可能会存在干扰，比如接收机接收到的一段信号中同时包含了卫星1与卫星2的信号，但卫星2的信号特别强时，卫星2的信号将会对卫星1的信号产生干扰，此时，如果接收机按常规方式操作，很可能会将解码后实际得到的卫星2的信号误认为是卫星1的信号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卫星信号的捕获方法及接收机，使得接收机能及时分辨出卫星信号之间是否出现强干扰的情况，从而保证了信号捕获的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种卫星信号的捕获方法，包含以下步骤：

接收机尝试捕获待跟踪卫星的卫星信号；

所述接收机在捕获到所述待跟踪卫星的卫星信号后，检测所述卫星信号是否存在互相关特征；

如果检测到所述卫星信号存在互相关特征，则判定捕获不成功，继续尝试捕获所述待跟踪卫星的卫星信号；如果检测到所述卫星信号不存在互相关特征，则判定捕获成功，进行卫星的跟踪与卫星信号的解码。

本发明的实施方式还提供了一种接收机，包含：

捕获模块，用于尝试捕获待跟踪卫星的卫星信号；

检测模块，用于在所述捕获模块捕获到所述待跟踪卫星的卫星信号后，检测所述卫星信号是否存在互相关特征；

判断模块，用于在所述检测模块检测到所述卫星信号存在互相关特征时，判定捕获不成功；在所述检测模块检测到所述卫星信号不存在互相关特征，则判定捕获成功；

控制模块，用于在所述判断模块判定捕获不成功时，控制所述捕获模块继续尝试捕获所述待跟踪卫星的卫星信号；在所述判断模块判定捕获成功时，进行卫星的跟踪与卫星信号的解码。

本发明实施方式相对于现有技术而言，在捕获到待跟踪卫星的卫星信号后，先检测捕获到的卫星信号是否存在互相关特征，如果检测到卫星信号不存在互相关特征，则再判定捕获成功，进行卫星的跟踪与卫星信号的解码。通过对互相关特征的检测，判断卫星信号是否捕获成功，可使得接收机能及时分辨出卫星信号之间是否出现强干扰的情况，从而保证了信号捕获的可靠性。

进一步地，互相关特征包含：捕获的卫星信号的载噪比大于预设门限；捕获到的卫星信号强度比指定的一颗已捕获卫星的信号强度低17～26dB；将所述待跟踪卫星的扩频码与所述卫星信号进行相关运算后，出现的最大值、次大值、第三大值、第四大值的扩频码码片偏移量为随机值，且不连续；捕获到的卫星信号的多普勒频偏与所述指定的一颗已捕获卫星的多普勒频偏呈整K倍关系，K为正整数或负整数；所捕获到的卫星信号中解调出来的导航电文与所述指定的一颗已捕获并正确解调出导航电文的卫星的导航电文相同。由于当不同卫星信号之间产生干扰时，会出现信号强度低、相关运算后，出现的最大值、次大值、第三大值、第四大值的扩频码码片偏移量为随机值，且不连续等特性，因此以上述条件作为互相关特征检测卫星信号，进一步保证了信号捕获的可靠性。

进一步地，如果接收机检测到卫星信号不满足上述互相关特征中的任意一种，则判定卫星信号不存在互相关特征。由于只要一个互相关条件不满足，就判定不存在互相关特征，无需对每一个条件都逐一判断，在保证了信号捕获可靠性的同时，也简化了接收机的计算量，从而减轻了接收机的负荷。

进一步地，接收机优先检测捕获的卫星信号的载噪比是否大于预设门限，以及所述待跟踪卫星的扩频码与所述卫星信号进行相关运算后，出现的最大值、次大值、第三大值、第四大值的扩频码码片偏移量是否为随机值，且不连续。如果捕获的卫星信号的载噪比大于预设门限，并且相关运算后，出现的最大值、次大值、第三大值、第四大值的扩频码码片偏移量为不连续的随机值，则再判断是否满足互相关特征包含的其他互相关条件。经试验证明，当产生干扰时，最容易出现的载噪比大于预设门限或相关运算后，出现的最大值、次大值、第三大值、第四大值的扩频码码片偏移量为随机值，且不连续的情况，因此，优先检测捕获的卫星信号是否满足这两种情况，可以进一步减少接收机不必要的计算量，提高接收机的运行效率。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的卫星信号的捕获方法流程图；

图2是根据本发明第三实施方式的接收机结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种卫星信号的捕获方法。具体流程如图1所示。

在步骤101中，接收机尝试捕获待跟踪卫星的卫星信号。具体地说，接收机需要预先确定一颗卫星为待跟踪卫星，如将卫星1设置为待跟踪卫星。在本步骤中，接收机将搜索到的信号，以待跟踪卫星(如卫星1)的扩频码码偏与多普勒频偏对接收到的信号进行相关运算。

值得注意的是，卫星所发送的卫星信号是扩频信号，只有利用扩频码的相关特性才能从噪声中提取出卫星信号。在实际运用中，由于卫星和接收机之间的相对运动会造成多普勒频偏，扩频码的相关过程将因接收机的频率响应的滚降特性而受到影响导致无法捕获到卫星信号。因此，在捕获卫星信号时通常需要补偿载波频率加多普勒频偏，通过在本地复现卫星所发射的扩频码，才能实现对卫星信号的顺利捕获。

接着，在步骤102中，接收机判断是否捕获到待跟踪卫星的卫星信号。具体地说，首先确定一个预设阀值，以待跟踪卫星的扩频码码偏与多普勒频偏对接收到的信号进行相关运算得到的峰值与预设阀值进行比较，如果所得峰值大于预设阀值，则判定接收机捕获到待跟踪卫星的卫星信号，进入步骤103，否则判定接收机未捕获到待跟踪卫星的卫星信号，回到步骤101，继续尝试捕获待跟踪卫星的卫星信号。

在步骤103中，接收机检测捕获到的卫星信号是否存在互相关特征。如果存在互相关特征，则判定捕获不成功，进入步骤104，采用待跟踪卫星的其他扩频码码偏与多普勒频偏，尝试捕获待跟踪卫星的卫星信号，并在捕获到待跟踪卫星的卫星信号之后重新进入步骤103。如果在步骤103中，检测到卫星信号不存在互相关特征，则判定捕获成功，进入步骤105，接收机进行卫星的跟踪与卫星信号的解码。

具体地说，本实施方式中的互相关特征包含：捕获的卫星信号的载噪比大于预设门限；指定一颗已捕获的卫星(如卫星2)作为参照，当前捕获到的卫星信号的多普勒频偏与指定的一颗已捕获卫星(卫星2)的多普勒频偏为整K倍关系，K为正整数或负整数。另外，互相关特征还可以包含：捕获到的卫星信号强度比指定的一颗已捕获卫星(卫星2)的信号强度低17～26dB；将待跟踪卫星的扩频码与捕获的卫星信号进行相关运算后，出现的最大值、次大值、第三大值、第四大值的扩频码码片偏移量为随机值，且不连续；所捕获到的卫星信号中解调出来的导航电文与指定的一颗已捕获并正确解调出导航电文的卫星(卫星2)的导航电文相同。

在本实施方式中，如果接收机检测到卫星信号不满足上述互相关特征中的任意一种，则判定卫星信号不存在互相关特征。举例来说，一旦检测到捕获的卫星信号载噪小于预设门限，就不再需要检测其他的互相关特征条件，直接判定捕获的卫星信号不存在互相关特征。

由于只要一个互相关条件不满足，就判定不存在互相关特征，无需对每一个条件都逐一判断，在保证了信号捕获可靠性的同时，也简化了接收机的计算量，从而减轻了接收机的负荷。

值得注意的是，在信号处理领域中，互相关是用来表示两个信号之间相似性的一个度量，通常通过与已知信号比较用于寻找未知信号中的特性。它是两个信号之间相对于时间的一个函数，有时也称为滑动点积，在模式识别以及密码分析学领域都有应用。本实施方式通过设置上述这些体现互相关特征的互相关条件，检测当前捕获的信号是否已收到其他强信号的影响，确保了在强弱信号共存的情况下，接收机将避免受限于强弱卫星间的互相关效应，导致无法正常跟踪和捕获弱卫星信号，从而实现对卫星信号的顺利捕获，确保捕获的准确性。

在步骤104中，由于因存在互相关特征而判定捕获不成功，因此在本步骤中，需要采用待跟踪卫星的其他扩频码码偏与多普勒频偏，继续尝试捕获待跟踪卫星的卫星信号，并在捕获到卫星信号后回到步骤103。

值得一提的是，在实际应用中，如果接收机已尝试过以待跟踪卫星的所有扩频码码偏与多普勒频偏，都未成功捕获所述待跟踪卫星的卫星信号，则接收机将待跟踪卫星更新为其他卫星，继续尝试捕获更新后的待跟踪卫星的卫星信号。

在步骤105中，由于因检测到卫星信号不存在互相关特征而判定捕获成功，因此在本步骤中，接收机进行卫星的跟踪与卫星信号的解码，卫星信号具体的跟踪与解码与现有技术相同，在此不再赘述。

不难发现，在本实施方式中，在捕获到待跟踪卫星的卫星信号后，先检测捕获到的卫星信号是否存在互相关特征，如果检测到卫星信号不存在互相关特征，则再判定捕获成功，进行卫星的跟踪与卫星信号的解码。通过对互相关特征的检测，判断卫星信号是否捕获成功，可使得接收机能及时分辨出卫星信号之间是否出现强干扰的情况，从而保证了信号捕获的可靠性。

本发明的第二实施方式涉及一种卫星信号的捕获方法。本实施方式在第一实施方式的基础上作了进一步改进，主要改进之处在于：在本实施方式的步骤103中，接收机优先检测捕获的卫星信号的载噪比是否大于预设门限，以及待跟踪卫星的扩频码与捕获的卫星信号进行相关运算后，出现的最大值、次大值、第三大值、第四大值的扩频码码片偏移量是否为随机值，且不连续。也就是说，接收机先检测卫星信号的载噪比，以及相关运算后，出现的最大值、次大值、第三大值、第四大值的扩频码码片偏移量，如果检测到卫星信号的载噪比小于预设门限，或出现的最大值、次大值、第三大值、第四大值的扩频码码片偏移量不是随机值，即捕获的卫星信号不满足预设的互相关特征中的条件，则直接判定捕获成功，不需要再检测其他的互相关特征中的条件。

经试验证明，当产生干扰时，最容易出现的载噪比大于预设门限或相关运算后，出现的最大值、次大值、第三大值、第四大值的扩频码码片偏移量为随机值，且不连续的情况，因此，优先检测捕获的卫星信号是否满足这两种情况，可以进一步减少接收机不必要的计算量，提高接收机的运行效率。

由此可见，本实施方式为第二实施方式的优化实施例，操作方法灵活，过程简便，能够进一步提高接收机的运行效率。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第三实施方式涉及一种接收机，如图2所示，包含：

捕获模块，用于尝试捕获待跟踪卫星的卫星信号；

检测模块，用于在捕获模块捕获到待跟踪卫星的卫星信号后，检测所述卫星信号是否存在互相关特征；

判断模块，用于在检测模块检测到卫星信号存在互相关特征时，判定捕获不成功；在检测模块检测到卫星信号不存在互相关特征时，判定捕获成功；

控制模块，用于在判断模块判定捕获不成功时，控制捕获模块继续尝试捕获待跟踪卫星的卫星信号；在判断模块判定捕获成功时，进行卫星的跟踪与卫星信号的解码。

具体地说，互相关特征包含：捕获的卫星信号的载噪比大于预设门限；捕获到的卫星信号强度比指定的一颗已捕获卫星的信号强度低17～26dB；将待跟踪卫星的扩频码与所述卫星信号进行相关运算后，出现的最大值、次大值、第三大值、第四大值的扩频码码片偏移量为随机值，且不连续；捕获到的卫星信号的多普勒频偏与所述指定的一颗已捕获卫星的多普勒频偏呈整K倍关系，K为正整数或负整数；所捕获到的卫星信号中解调出来的导航电文与所述指定的一颗已捕获并正确解调出导航电文的卫星的导航电文相同。判断模块在检测到所述卫星信号不满足所述互相关特征中的任意一种时，判定所述卫星信号不存在互相关特征。

另外，在本实施方式中，捕获模块采用待跟踪卫星的扩频码码偏与多普勒频偏对接收到的信号进行相关运算，如果相关运算后得到的峰值大于预设阀值，则判定捕获到所述待跟踪卫星的卫星信号。捕获模块在继续尝试捕获待跟踪卫星的卫星信号时，采用待跟踪卫星的其他扩频码码偏与多普勒频偏对接收到的信号进行相关运算，如果相关运算后得到的峰值大于预设阀值，则判定捕获到所述待跟踪卫星的卫星信号。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种卫星信号的捕获方法，其特征在于，包含以下步骤：

接收机尝试捕获待跟踪卫星的卫星信号；

所述接收机在捕获到所述待跟踪卫星的卫星信号后，检测所述卫星信号是否存在互相关特征；

如果检测到所述卫星信号存在互相关特征，则判定捕获不成功，继续尝试捕获所述待跟踪卫星的卫星信号；如果检测到所述卫星信号不存在互相关特征，则判定捕获成功，进行卫星的跟踪与卫星信号的解码。

2.根据权利要求1所述的卫星信号的捕获方法，其特征在于，所述互相关特征包含：

捕获的卫星信号的载噪比大于预设门限；

捕获到的卫星信号强度比指定的一颗已捕获卫星的信号强度低17～26dB；

将所述待跟踪卫星的扩频码与所述卫星信号进行相关运算后，出现的最大值、次大值、第三大值、第四大值的扩频码码片偏移量为随机值，且不连续；

所述捕获到的卫星信号的多普勒频偏与所述指定的一颗已捕获卫星的多普勒频偏呈整K倍关系，K为正整数或负整数；

所捕获到的卫星信号中解调出来的导航电文与所述指定的一颗已捕获并正确解调出导航电文的卫星的导航电文相同。

3.根据权利要求2所述的卫星信号的捕获方法，其特征在于，所述检测卫星信号是否存在互相关特征的步骤中，包含以下子步骤：

如果所述接收机检测到所述卫星信号不满足所述互相关特征中的任意一种，则判定所述卫星信号不存在互相关特征。

4.根据权利要求3所述的卫星信号的捕获方法，其特征在于，所述接收机优先检测捕获的卫星信号的载噪比是否大于预设门限，以及所述待跟踪卫星的扩频码与所述卫星信号进行相关运算后，出现的最大值、次大值、第三大值、第四大值的扩频码码片偏移量是否为随机值，且不连续。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的卫星信号的捕获方法，其特征在于，所述接收机尝试捕获待跟踪卫星的卫星信号的步骤中，包含以下子步骤：

所述接收机采用待跟踪卫星的扩频码码偏与多普勒频偏对接收到的信号进行相关运算，如果相关运算后得到的峰值大于预设阀值，则判定捕获到所述待跟踪卫星的卫星信号；

所述继续尝试捕获所述待跟踪卫星的卫星信号的步骤中，包含以下子步骤：

所述接收机采用所述待跟踪卫星的其他扩频码码偏与多普勒频偏对接收到的信号进行相关运算，如果相关运算后得到的峰值大于预设阀值，则判定捕获到所述待跟踪卫星的卫星信号。

6.根据权利要求5所述的卫星信号的捕获方法，其特征在于，还包含以下步骤：

如果所述接收机已尝试所述待跟踪卫星的所有扩频码码偏与多普勒频偏，都未成功捕获所述待跟踪卫星的卫星信号，则所述接收机将所述待跟踪卫星更新为其他卫星，继续尝试捕获待跟踪卫星的卫星信号。

7.一种接收机，其特征在于，包含：

捕获模块，用于尝试捕获待跟踪卫星的卫星信号；

检测模块，用于在所述捕获模块捕获到所述待跟踪卫星的卫星信号后，检测所述卫星信号是否存在互相关特征；

判断模块，用于在所述检测模块检测到所述卫星信号存在互相关特征时，判定捕获不成功；在所述检测模块检测到所述卫星信号不存在互相关特征时，判定捕获成功；

控制模块，用于在所述判断模块判定捕获不成功时，控制所述捕获模块继续尝试捕获所述待跟踪卫星的卫星信号；在所述判断模块判定捕获成功时，进行卫星的跟踪与卫星信号的解码。

8.根据权利要求7所述的接收机，其特征在于，所述互相关特征包含：

捕获的卫星信号的载噪比大于预设门限；

捕获到的卫星信号强度比指定的一颗已捕获卫星的信号强度低17～26dB；

将所述待跟踪卫星的扩频码与所述卫星信号进行相关运算后，出现的最大值、次大值、第三大值、第四大值的扩频码码片偏移量为随机值，且不连续；

所述捕获到的卫星信号的多普勒频偏与所述指定的一颗已捕获卫星的多普勒频偏呈整K倍关系，K为正整数或负整数；

所捕获到的卫星信号中解调出来的导航电文与所述指定的一颗已捕获并正确解调出导航电文的卫星的导航电文相同。

9.根据权利要求8所述的接收机，其特征在于，所述判断模块在检测到所述卫星信号不满足所述互相关特征中的任意一种时，判定所述卫星信号不存在互相关特征。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的接收机，其特征在于，

所述捕获模块采用待跟踪卫星的扩频码码偏与多普勒频偏对接收到的信号进行相关运算，如果相关运算后得到的峰值大于预设阀值，则判定捕获到所述待跟踪卫星的卫星信号；

所述捕获模块在继续尝试捕获所述待跟踪卫星的卫星信号时，采用所述待跟踪卫星的其他扩频码码偏与多普勒频偏对接收到的信号进行相关运算，如果相关运算后得到的峰值大于预设阀值，则判定捕获到所述待跟踪卫星的卫星信号。