CN107390239B - 基于贝叶斯估计的长码捕获方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于贝叶斯估计的长码捕获方法，它采用匹配滤波级联相位旋转的方法，对存在一定载波动态的长码信号进行相关峰捕获，同时考虑到弱信号的捕获，对出现的若干相关峰采用验证的方式有效的剔除虚警。该方法的特点是捕获时间快，适用于资源受限且对捕获时间有较高要求的情况。

Description

基于贝叶斯估计的长码捕获方法
技术领域
本发明涉及卫星导航接收机的长码捕获方法。本发明可用于实现微弱卫星导航信号的快速长码捕获。
背景技术
目前主流卫星导航接收机的长码捕获方法，主要是基于匹配滤波器的方式，但限于匹配滤波频率搜索范围较窄，解决的方式是采用部分匹配滤波级联FFT的方式进行频率域搜索，这种方式受限于码多普勒，匹配滤波的长度不宜过长，长码捕获的灵敏度较低，通常的方式是增加非相干累积，而这又不可避免的延长捕获所需的搜索时间。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于贝叶斯估计的长码捕获方法，在较少的硬件资源条件下实现较大多普勒频移微弱卫星导航信号环境下长码信号的快速捕获。
本发明的目的是这样实现的：基于贝叶斯估计的长码捕获方法，依次完成数字下变频、匹配滤波、相位旋转、门限判决、非相干累积以及二次门限判决，包括以下步骤：
(1)根据本地恢复载波对数字中频信号进行下变频并进行整码片累加变为两组累加信号：准时累加信号和延时累加信号；
(2)对步骤(1)得到的累加信号和延时累加信号分别进行多组并行的FFT变换；
(3)对本地PN码进行多组并行的FFT变换；
(4)对步骤(2)和步骤(3)得到的FFT处理结果进行对位的共轭相乘；
(5)对步骤(4)得到的共轭相乘结果进行多组并行的IFFT变换；
(6)对步骤(5)得到的IFFT处理结果按组与不同的相位旋转系数相乘，并将结果在组间对位累积；
(7)对步骤(6)得到的累积结果进行门限判决，更换相位旋转系数，返回步骤(6)，直到遍历完设定的频率范围；
(8)对通过门限判决的码相位和多普勒频移进行非相干累加；
(9)对步骤(8)得到的非相干累加结果进行二次门限判决，如通过判决则捕获完成，否则返回步骤(1)搜索下一组数字中频信号。
其中，步骤(2)具体为：
对步骤(1)得到的准时累加信号S和延时累加信号Sdelay分别取(2×M-1)×N/2个数据，按照50％数据重叠的方式分为N个为一组的2M个组，并行进行2M个N点的FFT，准时累加信号S的FFT结果为SFFT、SFFT-d两组信号，延时累加信号Sdelay的FFT结果为Sdelay-FFT、Sdelay-FFT-d两组信号，其中N＝2n，n为正整数，M为正整数。
其中，步骤(3)具体为：
对本地PN码序列取M×N个数据，分为N/2个为一组的2M个组，每组后面N/2点补零，进行N点的FFT，产生PNFFT信号。
其中，步骤(8)具体为：
根据通过门限判决的码相位选择准时累加信号S和延时累加信号Sdelay之一，对选出的累加信号按通过门限判决的码相位进行偏移，用本地PN码序列与偏移后的累加信号对位相乘，然后分别与对应的相位旋转因子e-jnω相乘、分组求和并取模，再将模值进行累加；其中n∈[1，N]，N＝2n，n为正整数。
本发明与现有技术相比的有益效果为：
(1)在微弱卫星导航信号环境下，能保证快速的完成长码捕获；
(2)在对信号捕获灵敏度、频率搜索范围及捕获时间均有要求的条件下，能够显著降低资源消耗。
附图说明
图1是本发明对采样信号进行累加分为准时累加信号/延时累加信号的示意图；
图2是本发明对累加信号进行FFT处理的示意图；
图3是本发明对FFT结果进行相位旋转的原理示意图；
图4是本发明采用相关器的方式进行验证的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明。
基于贝叶斯估计的长码捕获方法，依次完成数字下变频、匹配滤波、相位旋转、门限判决、非相干累积以及二次门限判决，包括以下步骤：
(1)根据本地恢复载波对数字中频信号进行下变频，并进行整码片累加变为两组信号：准时累加信号S、延时累加信号Sdelay，整码片累加的方式如图1所示；
(2)对步骤(1)得到的准时累加信号和延时累加信号分别取(2×M-1)×N/2个数据，按照50％数据重叠的方式分为N个为一组的2M个组，并行进行2M个N点的FFT，准时累加信号S的FFT结果为SFFT、SFFT-d两组信号，延时累加信号Sdelay的FFT结果为Sdelay-FFT、Sdelay-FFT-d两组信号，其中N＝2n，n为正整数，M为正整数；
50％数据重叠的FFT分组方式如图2所示；
(3)对本地PN码序列取M×N个数据，分为N/2个为一组的2M个组，每组后面N/2点补零，进行N点的FFT，产生PNFFT信号；
(4)将SFFT、SFFT-d、Sdelay-FFT、Sdelay-FFT-d四组信号取共轭的结果分别与PNFFT对位相乘，产生XFFT、XFFT-d、Xdelay-FFT、Xdelay-FFT-d四组信号；
(5)分别对XFFT、XFFT-d、Xdelay-FFT、Xdelay-FFT-d四组信号并行进行4M个N点的IFFT，取每组IFFT的前N/2点的结果；
(6)对IFFT的结果进行相位旋转和累加，对于M组结果，分别与对应的相位旋转因子e-jmω(m∈[1，M])相乘并求和；
(7)对累加结果的模值进行门限判决，记录通过判决的码相位以及多普勒频移；更换相位旋转因子的ω值并重复步骤(6)，直到遍历完所需的频率范围；
相位旋转和累加方式如图3所示；
(8)根据通过门限判决的码相位选择准时累加信号S和延时累加信号Sdelay之一，对选出的累加信号按通过门限判决的码相位进行偏移p，用本地PN码序列与偏移后的累加信号对位相乘，然后分别与对应的相位旋转因子e-jnω相乘、分组求和并取模，再将模值进行累加；其中n∈[1，N]，N＝2n，n为正整数。
(9)将模值进行累加进行二次门限判决，若通过二次门限判决，则捕获完成，若均未通过判决，则返回步骤(1)搜索下一组数字中频信号。用相关器进行验证的方式如图4所示。

Claims (4)

1.基于贝叶斯估计的长码捕获方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)根据本地恢复载波对数字中频信号进行下变频并进行整码片累加变为两组累加信号：准时累加信号和延时累加信号；
(2)对步骤(1)得到的准时累加信号和延时累加信号分别进行多组并行的FFT变换；
(3)对本地PN码进行多组并行的FFT变换；
(4)对步骤(2)和步骤(3)得到的FFT处理结果进行对位的共轭相乘；
(5)对步骤(4)得到的共轭相乘结果进行多组并行的IFFT变换；
(6)对步骤(5)得到的IFFT处理结果按组与不同的相位旋转系数相乘，并将结果在组间对位累积；
(7)对步骤(6)得到的累积结果进行门限判决，记录通过门限判决的码相位以及多普勒频移；更换相位旋转系数，返回步骤(6)，直到遍历完设定的频率范围；
(8)对通过门限判决的码相位和多普勒频移进行非相干累加；
(9)对步骤(8)得到的非相干累加结果进行二次门限判决，如果通过判决则捕获完成，否则，返回步骤(1)搜索下一组数字中频信号。
2.根据权利要求1所述的基于贝叶斯估计的长码捕获方法，其特征在于：步骤(2)具体为：
对步骤(1)得到的准时累加信号S和延时累加信号Sdelay分别取(2×M-1)×N/2个数据，按照50％数据重叠的方式分为N个为一组的2M个组，并行进行2M个N点的FFT，准时累加信号S的FFT结果为SFFT、SFFT-d两组信号，延时累加信号Sdelay的FFT结果为Sdelay-FFT、Sdelay-FFT-d两组信号，其中N＝2n，n为正整数，M为正整数。
3.根据权利要求2所述的基于贝叶斯估计的长码捕获方法，其特征在于：步骤(3)具体为：
对本地PN码序列取M×N个数据，分为N/2个为一组的2M个组，每组后面N/2点补零，进行N点的FFT，产生PNFFT信号。
4.根据权利要求1所述的基于贝叶斯估计的长码捕获方法，其特征在于：步骤(8)具体为：
根据通过门限判决的码相位选择准时累加信号和延时累加信号之一，对选出的累加信号按通过门限判决的码相位进行偏移，用本地PN码序列与偏移后的累加信号对位相乘，然后分别与对应的相位旋转因子e-jnω相乘、分组求和并取模，再将模值进行累加；其中n∈[1，N]，N＝2n，n为正整数，ω为单位时间的相位变化量。
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