CN105717521A - 高动态伪卫星信号的快速捕获方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的高动态伪卫星信号的快速捕获方法包括以下步骤：1）使用平方环法对伪卫星信号进行载波频率捕获；2）利用捕获到的载波频率对伪卫星信号进行BPSK解调，得到BPSK解调信号；所述BPSK解调具体为：将步骤1）捕获的载波频率与伪卫星信号相乘，得到BPSK解调信号；3）使用FFT捕获算法对BPSK解调信号进行伪码捕获。本发明的高动态伪卫星信号的快速捕获方法，采用快速FFT算法和平方环法相结合，大大缩短了解调伪卫星信号所需时间。
Description
技术领域
本发明涉及伪卫星定位技术领域，具体涉及一种高动态伪卫星信号的快速捕获方法。
背景技术
导航定位系统的定位精度都依赖于观测到的可见星的数目及其空间几何分布，在一些特殊地区这些导航定位系统很难发挥作用，例如，城市高楼密集区的“城市峡谷”、山谷中的矿区、隧道、地下停车场、地铁及人力难以到达的地方，在这些地方导航接收机天线受到遮挡，只有2~3颗甚至更少的可见星被跟踪，并且卫星定位的几何精度因子也很差，这使得卫星定位精度大大降低，不能满足导航定位的要求。另外，这些导航定位系统也满足不了室内定位。伪卫星定位技术为这些问题的解决提供了新的办法，利用伪卫星能够增加可见星的数目并改善其几何图形分布，提高导航定位系统的定位精度，甚至可以完全代替空中卫星进行定位。
伪卫星定位技术作为新兴技术，其前景是令人期待而振奋的，它的应用领域可以说是充满想象力的，GNSS的绝大多数应用领域都可以有伪卫星定位技术大显身手，甚至有更为出色的表现。特别是在室内等这种GPS系统无法正常工作的区域内，伪卫星定位技术更是显示出了独有的一面，如城市中大型建筑物的应急处理。在火灾、爆炸等城市恶性事故处理中，如果事先在各大型建筑物内布设伪卫星网络，事故处理人员配备装有事故现场精确电子地图的GNSS接收机，就可以实现精密定位，从而缩短事故处理时间。
为保证导航定位系统的定位精度，需要对伪卫星信号进行测试分析及质量评估，以确保伪卫星信号的准确度。伪卫星信号使用DSSS/BPSK调制模式，即先使用伪码对导航信号进行扩频调制，然后通过BPSK调制将扩频调制后的信号调制到射频段。对伪卫星信号进行测试时需要对伪卫星信号进行解调，解调时也应进行二次解调，一次为BPSK解调，一次为解扩。
在对伪卫星信号（DSSS/BPSK信号）进行解调时需要产生本地载波和本地伪码，而为了准确解调出导航信号需要接收系统产生的本地载波和本地伪码与导航信号的载波和伪码进行同步，这一过程就是对信号的捕获。
由于高速运动的载体与伪卫星之间存在着径向运动，所以载波会产生多普勒频移。接收系统接收到的伪卫星信号并不等于导航信号的载波频率，而是在其频率上又增加了一个多普勒频移。为了解调伪卫星信号，必须搜索到信号多普勒频移的数值，这个过程称为载波捕获。基于同样的原因，接收系统接收到的伪码也发生延迟，所以必须在本地复现伪码，将复现的伪码同接收到的伪码在不同的相位上做相关运算，使两者同步，从而完成对信号的解扩，这个过程称为伪码捕获。因此，对伪卫星信号的捕获是一个二维的捕获过程（即包括载波捕获和伪码捕获），就是通过调整本地复现的载波和伪码使其与接收到的伪卫星信号的载波和伪码同步。
伪卫星信号的产生过程是先将含有导航定位信息的导航电文用伪随机码进行扩频调制，得到基带数据，然后将基带数据经过数字调制（BPSK调制）到射频载波。每个射频载波上调制了同相和正交两路信号，提高信道的利用率。同相和正交两个支路使用的伪随机码不同，调制的导航电文内容也不相同。同相支路使用的伪随机码称为普通测距码（C码），扩频调制到C码上的信息称为C码导航电文；正交支路使用的伪随机码称为精密测距码（P码），扩频调制到P码上的信息称为P码导航电文。
伪卫星信号模型可表示为：
（1）
上式中，为普通测距码，为精密测距码，表示同相支路信号幅度，表示正交支路信号幅度，表示C码导航电文，表示P码导航电文，表示载波频率，表示初相。
现有的伪卫星信号捕获方法一般采用载波频率和码相位二维搜索方式实现信号的载波捕获和伪码捕获。对于高动态载体，其接收到的伪卫星信号存在较大的多普勒频偏，其范围可达几百kHz，因此，在高动态条件下，采用现有技术的二维捕获算法将导致信号捕获时间过长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高动态伪卫星信号的快速捕获方法，采用快速FFT算法和平方环法相结合，大大缩短了解调伪卫星信号所需时间。
为了达到上述的目的，本发明提供一种高动态伪卫星信号的快速捕获方法，包括以下步骤：1）使用平方环法对伪卫星信号进行载波频率捕获；2）利用捕获到的载波频率对伪卫星信号进行BPSK解调，得到BPSK解调信号；所述BPSK解调具体为：将步骤1）捕获的载波频率与伪卫星信号相乘，得到BPSK解调信号；3）使用FFT捕获算法对BPSK解调信号进行伪码捕获。
上述高动态伪卫星信号的快速捕获方法，其中，所述步骤1）具体为：对接收到的伪卫星信号依次进行平方、滤波、二分频运算，提取出载波频率。
上述高动态伪卫星信号的快速捕获方法，其中，所述步骤2）具体为：将步骤1）捕获的载波频率与伪卫星信号相乘，得到BPSK解调信号。
上述高动态伪卫星信号的快速捕获方法，其中，所述步骤3）具体为：对BPSK解调信号进行傅立叶变换；将变换结果与本地伪码傅立叶变换的共轭值相乘；得到的乘积经傅立叶反变换得到在时域的相关结果；相关结果平方相加；将平方相加的结果与预先设定的捕获门限值进行比较，若平方相加的结果大于该捕获门限值，则判断信号捕获，从而完成对伪卫星信号的解扩，若平方相加的结果小于该捕获门限值，则判断信号未捕获，接收系统等待接收下一伪卫星信号。
本发明的高动态伪卫星信号的快速捕获方法将快速傅立叶变换FFT捕获算法和平方环法相结合，使用快速FFT捕获算法完成伪码捕获，采用平方环法进行载波提取完成载波频率捕获，这种方法避免了载波频率和码相位二维搜索过程，大大缩短了解调伪卫星信号所需时间。
附图说明
本发明的高动态伪卫星信号的快速捕获方法由以下的实施例及附图给出。
图1是本发明的高动态伪卫星信号的快速捕获方法的框图。
具体实施方式
以下将结合图1对本发明的高动态伪卫星信号的快速捕获方法作进一步的详细描述。
本发明的高动态伪卫星信号的快速捕获方法用于完成对伪卫星信号的解调，进而能对伪卫星信号质量进行评估。
本发明将快速傅立叶变换FFT捕获算法和平方环法相结合，使用快速FFT捕获算法完成伪码捕获，采用平方环法进行载波提取完成载波频率捕获，这种方法避免了载波频率和码相位二维搜索过程，大大缩短了解调伪卫星信号所需时间。
参见图1，本发明的高动态伪卫星信号的快速捕获方法包括以下步骤：
1）使用平方环法对伪卫星信号进行载波频率捕获；
使用平方环法对接收系统接收到的伪卫星信号进行载波频率捕获具体为：接收系统对接收到的伪卫星信号依次进行平方、滤波（BPF）、二分频运算，提取出载波频率；
2）利用捕获到的载波频率对伪卫星信号进行BPSK解调，得到BPSK解调信号；
所述BPSK解调具体为：将步骤1）捕获的载波频率与伪卫星信号相乘，得到BPSK解调信号；
3）使用FFT捕获算法对BPSK解调信号进行伪码捕获；
所述伪码捕获具体为：对BPSK解调信号进行傅立叶变换；将变换结果与本地伪码傅立叶变换的共轭值相乘；得到的乘积经傅立叶反变换（IFFT）得到在时域的相关结果；相关结果平方相加；将平方相加的结果与预先设定的捕获门限值进行比较，若平方相加的结果大于该捕获门限值，则判断信号捕获，从而完成对伪卫星信号的解扩，并最终实现伪卫星信号的捕获，若平方相加的结果小于该捕获门限值，则判断信号未捕获，接收系统等待接收下一伪卫星信号。
Claims (4)
1.高动态伪卫星信号的快速捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）使用平方环法对伪卫星信号进行载波频率捕获；
2）利用捕获到的载波频率对伪卫星信号进行BPSK解调，得到BPSK解调信号；
所述BPSK解调具体为：将步骤1）捕获的载波频率与伪卫星信号相乘，得到BPSK解调信号；
3）使用FFT捕获算法对BPSK解调信号进行伪码捕获。
2.如权利要求1所述的高动态伪卫星信号的快速捕获方法，其特征在于，所述步骤1）具体为：对接收到的伪卫星信号依次进行平方、滤波、二分频运算，提取出载波频率。
3.如权利要求1所述的高动态伪卫星信号的快速捕获方法，其特征在于，所述步骤2）具体为：将步骤1）捕获的载波频率与伪卫星信号相乘，得到BPSK解调信号。
4.如权利要求1所述的高动态伪卫星信号的快速捕获方法，其特征在于，所述步骤3）具体为：对BPSK解调信号进行傅立叶变换；将变换结果与本地伪码傅立叶变换的共轭值相乘；得到的乘积经傅立叶反变换得到在时域的相关结果；相关结果平方相加；将平方相加的结果与预先设定的捕获门限值进行比较，若平方相加的结果大于该捕获门限值，则判断信号捕获，从而完成对伪卫星信号的解扩，若平方相加的结果小于该捕获门限值，则判断信号未捕获，接收系统等待接收下一伪卫星信号。
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