CN109633715A - 一种基于并行码相位捕获gps和北斗三代信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于并行码相位捕获GPS和北斗三代信号的方法，包括以下步骤：1)截获卫星信号，生成GPS L1C/A和北斗三代B1C主码组合；2)对主码组合进行FFT运算，得到主码FFT数据；3)读取10ms GPS L1C/A和B3 B1C的组合卫星数据，对其进行FFT运算，得到采样序列FFT数据；4)对采样序列FFT数据和主码FFT数据之一取共轭，而后与另外一个相乘得到IFFT；5)利用IFFT判断捕获类型，若捕获类型包括GPS L1C/A信号或北斗三代B1C信号，输出数据至相应的跟踪通道；否则，重复步骤1)‑3)。该方法能够减短了捕获的时间，减短捕获序列，且大大提高了捕获成功概率。

Description

一种基于并行码相位捕获GPS和北斗三代信号的方法

技术领域

本发明属于信号处理技术，尤其是一种基于并行码相位捕获GPS和北斗三代信号的方法。

背景技术

目前，民用的导航芯片大都面向现行GPS的民用信号L1C/A进行设计，该信号也位于1575.42MHz。由于GPS的深入人心和广泛应用，各家卫星导航系统为了推广各自的系统，都尽量向GPS靠齐。因此，为了兼顾到导航芯片厂商更改便利和为用户提供更多更好的民用服务，在未来的发展计划中，各家都在1575.42MHz这个频点采用相似的信号。北斗系统和GPS系统是基于码分多址的扩频通信系统，其基本原理是将导航电文与伪随机码(PRN)共同调制在载波上。由于伪随机码良好的自相关特性，接收机可以在接收的信号中分辨出这是哪一颗卫星的信号。接收机的第一步便是捕获，即确定卫星编号，大致的多普勒频移及码相位偏移。只关注第一项，即确定卫星编号。PRN码的特性可以概括为相同的码互相关为1，否则趋近于零；接收机便可以根据这个原理，产生每一颗卫星的编码分别与收到的信号做互相关运算，从第一颗试到最后一颗卫星，总可以找到合适的PRN，也就是发射该信号的卫星。

随着北斗三代的推广，现在通讯设备大多兼容GPS L1C/A和北斗三代B1C信号，极大提高了捕获效率，提高多模定位的稳定性。但现有联合捕获方案技术方案一般是将数据分开并列处理的模式。现有技术存在加长捕获序列、延长捕获的时间，并且降低了成功捕获概率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于并行码相位捕获GPS和北斗三代信号的方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于并行码相位捕获GPS和北斗三代信号的方法，包括以下步骤：

1)截获卫星信号，生成GPS L1C/A和北斗三代B1C主码组合；

2)对主码组合进行FFT运算，得到主码FFT数据；

3)读取10ms GPS L1C/A和B3B1C的组合卫星数据；

4)对读取组合卫星数据进行FFT运算，得到采样序列FFT数据；

5)对采样序列FFT数据和主码FFT数据之一取共轭，而后与另外一个相乘得到IFFT；

6)利用IFFT判断捕获类型，若捕获类型包括GPS L1C/A信号或北斗三代B1C信号，输出数据到相应的跟踪通道；

否则，重复步骤1)-3)。

进一步的，步骤1)包括：

101)产生GPS L1C/A主码和北斗三代B1C主码；

102)采用排列模式或累加模式组合GPS L1C/A主码和北斗三代B1C主码，生成GPSL1C/A和北斗三代B1C主码组合。

进一步的，步骤4)进行FFT运算之前还包括：

对读取的数据去中频，将采样数据频率降至原来的1/M，生成采样序列FFT数据。

进一步的，去中频运算过程如下：

I(t)＝d(t)*cos(2πf_IFt) (1)

Q(t)＝d(t)*sin(2πf_IFt) (2)

其中，其中，t为连续时间；I(t)为I支路数据；Q(t)为与I支路正交的Q支路数据；f_IF为中频频率。

进一步的，步骤6)中的判断捕获类型具体为：

对IFFT取模数，得到模数数据；

将模数数据与GPS阈值对比，判断是否捕获GPSL1C/A；

将模数数据与B1C阈值对比，判断是否捕获北斗卫星B1C。

进一步的，将模数数据与L1C/A阈值对比，当模数数据中至少三个数值超过L1C/A阈值，且每个数值的时间差均为整数倍的ms时，判断捕获GPSL1C/A信号。

进一步的，将模数数据与B1C阈值对比，当模数数据中有一个或两个数值超过B1C阈值，即为捕获北斗卫星B1C的信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

一种基于并行码相位捕获GPS和北斗三代信号的方法，通过将通道之前的抓取，由择一抓取改为并行抓取，减短了捕获的时间，而对采样到的数据进行降频，能够减短捕获序列，在终端与卫星信号通讯时，多追踪通道同时运行，大大提高了捕获成功概率。

附图说明

图1为本发明的GPS对应多普勒结果图，此时码分辨率采用1/4模式且组合码采用累加模式；

图2为本发明的北斗三代B1C信号对应多普勒结果图，此时码分辨率采用1/4模式且组合码采用累加模式；

图3为本发明的GPS和北斗三代组合多普勒结果图，此时码分辨率采用1/4模式且组合码采用累加模式；

图4为本发明提供的实施例1的多普勒结果图；

图5为本发明提供的实施例2的多普勒结果图；

其中：B3表示北斗三代；横坐标为码片，单位为1/4码片；纵坐标为功率值。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

一种基于并行码相位捕获GPS和北斗三代信号的方法，包括：

1)截获卫星信号，生成GPS L1C/A和北斗三代B1C主码组合；

2)对主码组合进行FFT运算，得到主码FFT数据；

3)读取10ms GPS L1C/A和B3 B1C的组合卫星数据；

4)对读取组合卫星数据进行FFT运算，得到采样序列FFT数据；

5)对采样序列FFT数据和主码FFT数据之一取共轭，而后与另外一个相乘得到IFFT；

6)利用IFFT判断捕获类型，若捕获类型包括GPS L1C/A信号或北斗三代B1C信号，输出数据；

否则，重复步骤1)-3)。

其中，步骤1)包括：

101)产生GPS L1C/A主码；C/A信号主码的码速率为1.023Mcps，码长为1023。C/A码发生器包含两个移位寄存器G1和G2，两个移位寄存器都是10位，可产生长度为1023的序列，当G1和G2寄存器的多项式产生最大长度即为1023的码时，它们模二相加即可产生1023个码片的C/A码序列输出。根据不同的卫星输入，选取不同的G2寄存器的相位输出，通过查找表得到，最后得到不同的C/A码序列输出。

102)产生北斗三代B1C主码；B1C信号主码的码速率为1.023Mcps，码长为10230，由长度为10243的Weil码通过截断获得。Weil码通过两个legendre序列模二相加得到。不同的卫星，两个legendre序列之间的相位差不同，Weil码截断的初始值不同，通过查找表得到，最后得到不同的B1C主码码序列输出。

103)采用排列模式或累加模式组合GPS L1C/A主码和北斗三代B1C主码，生成GPSL1C/A和北斗三代B1C主码组合，下面为三个实施例。

1.当采用码分辩率为1/4模式时，采用累加模式，如下：

10ms B1C+GPS

6ms 0

添加6ms的0，总长度65536。10ms的GPS L1C/A和北斗三代B1C主码直接累加，数据如下表：

10ms data

6ms 0

或者数据

16ms data

2.当采用码分辩率为1/4模式时，并列模式，如下

GPS L1C/A和北斗三代B1C主码平行放置，同时会添加(补偿至65536)64位的0.总长度65536，数据如下：

3.当采用码分辩率为1/3模式时，两者采用累加模式，如下表：

10ms B1C+GPS

不需要添加0.总长度32768.

数据如下：

10ms data

步骤4)进行FFT运算之前还包括：对读取的数据去中频，将采样数据频率降至原来的1/M，生成采样序列FFT数据；当采用四分之一码片模式时，M为16；当采用三分之一码片模式时，M为21。

其中，去中频运算过程如下：

I(t)＝d(t)*cos(2πf_IFt) (1)

Q(t)＝d(t)*sin(2πf_IFt) (2)

其中，t为连续时间；I(t)为I支路数据；Q(t)为与I支路正交的Q支路数据；f_IF为中频频率；

采用定点运算过程如下：

I(k)＝d(k)*cos_table(index_k) (3)

Q(k)＝d(k)*sin_table(index_k) (4)

其中，k为离散时间；I(k)为I支路数据；Q(k)为与I支路正交的Q支路数据；index_k:离散时间对应cos表索引。

参见图1-3，图1、图2和图3分别为本发明的GPS对应多普勒结果图、北斗三代B1C信号对应多普勒结果图及GPS和北斗三代组合多普勒结果图，此时码分辨率采用1/4模式且组合码采用累加模式；其中，横坐标为码片，单位为1/4码片；纵坐标为功率值；三个图为三维图在横坐标和纵坐标组成平面的投影，与该平面垂直的第三个轴为多普勒频偏轴，从图中可以看出，当GPS L1C/A和北斗三代B1C的多普勒频偏相同时，就会出现在该平面重叠的情况，需要分别筛选出GPS L1C/A和B3B1C卫星的信号。

判断捕获类型具体如下：

B1C通过与B1C阈值对比，判断是否捕获了B1C卫星，在IFFT取模之后的数据中，当存在一个或者两个值超过阈值，即可判断捕获成功B1C卫星，将结果输入到B1C跟踪通道中。

GPS通过与GPS阈值对比，判断是否捕获GPS卫星，在IFFT取模之后的数据中，至少需要3个值超过阈值，并且三个值时间差整ms，当为1/4模式，索引差别是4092的整数倍，才可判断捕获成功GPS卫星，将结果输入到GPS跟踪通道中。

实施例1

捕获GPS L1C/A PRN 3和北斗三代PRN 21，采用主码累加模式，10ms数据，使用的比例阈值为25，最大值与均值的比例:max/mean。

参见图4，图4为本发明提供的实施例1的捕获图；图上GPS的多普勒是-1437.5Hz，最大比例值是276.5831，码相位值是86(1/4码片计数值，以下类同)，其他衍生(以4092为间隔)出去的值为[276.5831，223.1504，188.1428，112.0199，93.9620，65.7849，40.8874，21.6674，9.3089，21.7136，57.9774，73.7619，94.6974，159.1306，165.3054，225.9995](按照索引排序)，大于25的值的数目为13，大于3，判断GPS PRN 3捕获成功，以此进入跟踪模式。

图中B3B1C的多普勒是-1812.5Hz，码相位值是25943，最大比例值是81.8920，次峰值的比例是29.9011，但是索引不符合相差4092的规律，所以大于25的值的数目为1，小于3，判断北斗三代PRN 21捕获成功，进入跟踪模式。

实施例2

捕获GPS L1C/A PRN 3和北斗三代PRN 21，采用主码累加模式，取10ms数据，使用的是比例阈值为25，最大值与均值的比例:max/mean。

参见图5，图5为本发明提供的实施例2的捕获图；图中GPS的多普勒是3187.5Hz，最大比例值是243.2454，码相位值是2420，其他衍生(以4092为间隔)出去的值，按照索引排序如下，[232.7543，181.9386，169.9988，101.9293，81.9932，54.7541，29.3254，16.8035，11.7245，34.1128，54.3310，83.9683，91.7543，144.9247，189.2938，242.7930]，其中大于25的值的数目为14，远大于3，判断这是GPS PRN 23捕获成功，进入跟踪模式。

图中B3B1C的多普勒是-2812.5Hz，码相位值是30345，最大比例值是26.4462，次峰不存在，大于25的值的数目为1，小于3，可以判断这是北斗三代PRN 22捕获成功，以此进入跟踪模式。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于并行码相位捕获GPS和北斗三代信号的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)截获卫星信号，生成GPS L1C/A和北斗三代B1C主码组合；

2)对主码组合进行FFT运算，得到主码FFT数据；

3)读取10ms GPS L1C/A和B3B1C的组合卫星数据；

4)对读取组合卫星数据进行FFT运算，得到采样序列FFT数据；

5)对采样序列FFT数据和主码FFT数据之一取共轭，而后与另外一个相乘得到IFFT；

6)利用IFFT判断捕获类型，若捕获类型包括GPS L1C/A信号或北斗三代B1C信号，输出数据到相应的跟踪通道；

否则，重复步骤1)-3)。

2.根据权利要求1所述的基于并行码相位捕获GPS和北斗三代信号的方法，其特征在于，步骤1)包括：

101)产生GPS L1C/A主码和北斗三代B1C主码；

102)采用排列模式或累加模式组合GPS L1C/A主码和北斗三代B1C主码，生成GPS L1C/A和北斗三代B1C主码组合。

3.根据权利要求1所述的基于并行码相位捕获GPS和北斗三代信号的方法，其特征在于，步骤4)进行FFT运算之前还包括：

对读取的数据去中频，将采样数据频率降至原来的1/M，生成采样序列FFT数据。

4.根据权利要求3所述的基于并行码相位捕获GPS和北斗三代信号的方法，其特征在于，去中频运算过程如下：

I(t)＝d(t)*cos(2πf_IFt) (1)

Q(t)＝d(t)*sin(2πf_IFt) (2)

其中，t为连续时间；I(t)为I支路数据；Q(t)为与I支路正交的Q支路数据；f_IF为中频频率。

5.根据权利要求1所述的基于并行码相位捕获GPS和北斗三代信号的方法，其特征在于，步骤6)中的判断捕获类型具体为：

对IFFT取模数，得到模数数据；

将模数数据与GPS阈值对比，判断是否捕获GPSL1C/A；

将模数数据与B1C阈值对比，判断是否捕获北斗卫星B1C。

6.根据权利要求5所述的基于并行码相位捕获GPS和北斗三代信号的方法，其特征在于，将模数数据与L1C/A阈值对比，当模数数据中至少三个数值超过L1C/A阈值，且每个数值的时间差均为整数倍的ms时，判断捕获GPSL1C/A信号。

7.根据权利要求5或6所述的基于并行码相位捕获GPS和北斗三代信号的方法，其特征在于，将模数数据与B1C阈值对比，当模数数据中有一个或两个数值超过B1C阈值，即为捕获北斗卫星B1C的信号。