CN107976696A - 一种高动态微弱l1cp信号的快速捕获方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高动态微弱L1CP信号的快速捕获方法。技术方案包括下述步骤：步骤S1，利用接收机接收卫星信号，将接收的卫星信号经下变频、采样、解调后得到基带信号；步骤S2，生成接收机的本地码序列；步骤S3，确定参数；步骤S4，将基带信号与本地伪码在频域进行分段相关；步骤S5，估计多普勒值及多普勒变化率值：步骤S6，捕获判决。本发明通过分段相关，以及通过估计的多普勒值及多普勒变化率值对接收信号进行补偿，能有效降低由于高动态带来的相干损耗，使得捕获性能大幅提升。

Description

一种高动态微弱L1CP信号的快速捕获方法

技术领域

本发明涉及卫星导航定位终端设备技术领域，具体的说是一种具有高动态微弱信号捕获能力的快速捕获方法。

背景技术

卫星导航信号捕获的目的是通过对接收信号的操作，实现信号多普勒值和伪码相位的粗略估计，进而实现对信号的跟踪和解调。高动态微弱信号捕获一直是卫星导航信号处理研究的难题，对于具有微弱特性信号的捕获，需要长时间的相干积累来得到较高的增益，长时间的相干积累将给具有高动态特性信号的捕获造成致命影响，使信号伪码的相关峰随时间积累发生偏移，当载体有加速度时还带来多普勒值扩展，使得检测的包络展宽，相关峰值大幅降低，严重影响检测性能。近年来以超高音速巡航弹、弹道导弹为代表的武器平台，其应用特点是高速度、高动态、使用环境复杂，高动态微弱信号环境下的连续高精度导航定位成为提高武器平台打击精度的关键。因此研究高动态微弱信号的快速捕获技术，对于解决导弹、火箭等高速载体在复杂电磁环境下的精确制导问题将具有重要的现实意义。

L1C(L1Civil)信号是GPS(Global Positioning System,全球卫星导航系统)于现代化建设阶段在L1频点上使用的新的民用信号，L1CP(L1Civil Polit)是L1C信号的导频信号。L1CP信号由于没有数据码调制，可提高接收机弱信号条件下的捕获与跟踪性能，对L1CP信号的研究是近年来民用GPS领域研究的新热点。高动态微弱L1CP信号是指高速运动的载体(输入天线口面信号的载噪比达30dBHz，速度达到1000m/s，加速度可达到10g)接收到的L1CP信号，即多普勒值和多普勒变化率值可达10k和515Hz/s以上的信号。目前，尚未发现有公开的资料文献报道高动态微弱L1CP信号的捕获方法。

发明内容

本发明提出了一种高动态微弱L1CP信号的快速捕获方法，用于解决存在大多普勒值及其变化率值和覆盖码符号翻转的情况下，高动态微弱L1CP信号捕获问题。

本发明的技术方案是：一种高动态微弱L1CP信号的快速捕获方法，包括下述步骤：

步骤S1，利用接收机接收卫星信号，将接收的卫星信号经下变频、采样、解调后得到基带信号；

步骤S2，生成接收机的本地码序列。首先调整接收机的本地时间，使得该本地时间与卫星时间的误差在10ms以内。再生成覆盖码与伪码调制的本地码序列。

步骤S3，确定参数：

由接收机最大可能的多普勒频率和允许的相干积分损耗，计算相干积分时间Tcoh，假设信号伪码不确定度在Tcoh内；

步骤S4，将基带信号与本地伪码在频域进行分段相关：

将基带信号分成K行N列，得到矩阵A，每行进行M点FFT，得到K行M列的矩阵B。K和N的取值根据实际情况确定。

将接收机生成的本地伪码序列分成K行N列，每行进行M点FFT，得到K行M列的矩阵C。

矩阵C与矩阵B对应位置的元素进行共轭相乘，得到K行M列的矩阵D；

步骤S5，估计多普勒值及多普勒变化率值：

根据多普勒变化率的取值范围，选取合适的步进，确定多普勒变化率，对每一个多普勒变化率进行下述步骤：

利用接收机生成K行M列的对消载波矩阵；

将对消载波矩阵与矩阵D对应位置的元素分别相乘，得到矩阵E；

将矩阵E按奇数行和偶数行进行拆分形成2个矩阵，对上述两个矩阵的每列分别作FFT，对FFT的结果求幅度最大值得到一个对应的多普勒估计值。

对所有的多普勒估计值对应的幅度值，取最大幅度值对应的频率，即为估计的多普勒值，其对应的多普勒变化率即为估计的多普勒变化率值。

步骤S6，捕获判决：

利用估计得到的多普勒值和多普勒变化率值生成K行N列本地补偿信号矩阵，该矩阵与矩阵D对应元素相乘得矩阵F。

对矩阵F的每一行进行IFFT得到矩阵G，对矩阵G的幅值按列进行累加，求取累加值的最大值。如果最大值大于设定的门限即为捕获成功。

上述FFT和IFFT没有提及点数的运算，使用的点数越多计算精度越高。

本发明的有益效果是：本发明通过使用基于列FFT的运算，能够避免覆盖码切换带来的符号翻转对FFT频率连续估计的影响，；同时FFT运算的大量使用，使本发明复杂度低，适合实时性要求高和资源受限的情况。此外，本发明通过分段相关，以及通过估计的多普勒值及多普勒变化率值对接收信号进行补偿，能有效降低由于高动态带来的相干损耗，使得捕获性能大幅提升。

附图说明

图1是本发明的原理流程示意图；

图2是信噪比与相干增益的关系图；

图3是图2仿真的参数图。

具体实施方式

下面对本发明进一步说明。其中，矩阵的拆分示例如下：

设矩阵Q：按奇数行和偶数行进行拆分，可以得到两个矩阵Q1和Q2(假设k＝2j+1)：

和

利用本发明进行的实验如下。对L1CP信号的捕获进行蒙特卡洛仿真，实验参数如图2所示，实验结果如图3所示。图3的横坐标表示接收基带信号的载噪比，纵坐标表示相干增益，表示相干捕获输出的信噪比与输入信噪比的比值，表示在捕获过程中信号信噪比的增加情况。由图3可见，当基带信号的载噪比较低(小于40dBHz)时，增益也达到了40dB，当基带信号高载噪比(大于45dBHz)时，与理想增益60dB相比，损耗均在5个dB内。充分说明本发明对于高动态微弱信号具有优异的捕获性能。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种高动态微弱L1CP信号的快速捕获方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤S1：利用接收机接收卫星信号，将接收的卫星信号经下变频、采样、解调后得到基带信号；

步骤S2：生成接收机的本地码序列；

步骤S3：确定参数：由接收机最大可能的多普勒频率和允许的相干积分损耗，计算相干积分时间Tcoh，假设信号伪码不确定度在Tcoh内；

步骤S4：将基带信号与本地伪码在频域进行分段相关，设得到K行M列的矩阵D；

步骤S5，估计多普勒值及多普勒变化率值；

步骤S6，捕获判决：

利用估计得到的多普勒值和多普勒变化率值生成K行N列本地补偿信号矩阵，该矩阵与矩阵D对应元素相乘得矩阵F；

对矩阵F的每一行进行IFFT得到矩阵G，对矩阵G的幅值按列进行累加，求取累加值的最大值；如果最大值大于设定的门限即为捕获成功。

2.根据权利要求1所述的高动态微弱L1CP信号的快速捕获方法，其特征在于，按照下述步骤生成接收机的本地码序列：

首先调整接收机的本地时间，使得该本地时间与卫星时间的误差在10ms以内；再生成覆盖码与伪码调制的本地码序列。

3.根据权利要求2所述的高动态微弱L1CP信号的快速捕获方法，其特征在于，按照下述步骤将基带信号与本地伪码在频域进行分段相关：

将基带信号分成K行N列，得到矩阵A，每行进行M点FFT，得到K行M列的矩阵B；K和N的取值根据实际情况确定；

将接收机生成的本地伪码序列分成K行N列，每行进行M点FFT，得到K行M列的矩阵C；

矩阵C与矩阵B对应位置的元素进行共轭相乘，得到K行M列的矩阵D。

4.根据权利要求3所述的高动态微弱L1CP信号的快速捕获方法，其特征在于，按照下述步骤估计多普勒值及多普勒变化率值：

根据多普勒变化率的取值范围，选取合适的步进，确定多普勒变化率，对每一个多普勒变化率进行下述步骤：

利用接收机生成K行M列的对消载波矩阵；

将对消载波矩阵与矩阵D对应位置的元素分别相乘，得到矩阵E；

将矩阵E按奇数行和偶数行进行拆分形成分成2个矩阵，对上述两个矩阵的每列分别作FFT，对FFT的结果求幅度最大值得到一个对应的多普勒估计值；

对所有的多普勒估计值对应的幅度值，取最大幅度值对应的频率，即为估计的多普勒值，其对应的多普勒变化率即为估计的多普勒变化率值。