CN111308517B - 一种基于多相关器的复合载波极弱信号差分捕获方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于多相关器的复合载波极弱信号差分捕获方法，具体过程为：一、对中频NSCC信号x(k)的各子载波信号差分处理；二、对差分处理后的信号进行相干积分滤波；三、对NSCC相干积分滤波后信号进行伪码匹配滤波；四、对伪码剥离后的信号进行FFT频谱分析。本发明利用DAM原理，进行多支路差分相干积分，利用差分之后的组合伪码特性进行本地伪码复现设计，然后进行伪码剥离，极大提升处理通道信噪比，能够较好实现NSCC极弱信号捕获。

Description

一种基于多相关器的复合载波极弱信号差分捕获方法
技术领域
本发明属于信息通信技术领域，涉及地基增强信号的同步接收技术，具体涉及一种基于多相关器的复合载波极弱信号(低于30dB/Hz)差分捕获方法。
背景技术
弱信号捕获作为衡量接收机的关键性能指标，也侧面反映信号自身对抗严重功率衰减的可操作度。弱信号捕获算法设计目的主要集中于提高信号处理增益，但是算法复杂度极高、运算负担严重，并且对接收机平台及工作环境也有诸多苛求，导致算法适用性不强。
复合载波导航信号(Navigation Signal based on Compound Carrier,NSCC)体制，本质上，可视为多个子载波信号的叠加之和，如图1所示。NSCC是基于多载波调制机制/复用技术，并兼顾导航通信服务需求，而设计出的导航通信融合型增强信号体制，其信号时域通用表达式可写为：
Figure BDA0002384740590000011
其中，i为信号发射端标识索引号，M为子载波数目；m∈[1,M]为子载波编号，Am表示第m个子载波信号幅度，Cm表示第m个子载波上调制的伪随机码(PRN)，Dm表示第m个子载波上调制的导航数据，f0表示起始频率，Δfm为第m个子载波频率与起始频率间的频率偏置，
Figure BDA0002384740590000012
为第m个子载波信号的载波初相。信号基于码分隔离(子载波采用不同PRN组合)和频分隔离(子载波采用不同频点组合)区别源端，并抑制信道间干扰。
NSCC特有的复合载波机制和多样化体制参数，赋予其非常宽泛的设计自由度，但同时也为其信号同步算法设计引入技术调整和优化的必要性。针对NSCC信号极弱情况下的捕获，传统高灵敏度算法思路多为：扩展信号积分时长，提升通道信噪比，从而实现信号参数估计完成捕获，直接应用于NSCC信号，会成倍增加算法复杂度与资源占用，效果也不甚理想。
发明内容
有鉴于此，本发明为弥补传统高灵敏度捕获算法运算复杂度高以及硬件资源占用严重等问题，提出了一种基于多相关器的复合载波极弱信号差分捕获方法。
实现本发明的技术方案如下：
一种基于多相关器的复合载波极弱信号差分捕获方法，具体过程为：
一、对中频NSCC信号x(k)的各子载波信号差分处理
将中频NSCC信号x(k)分别输入各子载波通道中；在每一通道中，将提取的子载波信号延迟mTc，m为NSCC子载波编号，Tc为所调制伪随机码码片周期；利用多相关器，将各子载波通道的延迟信号的共轭量与子载波信号相乘，实现各NSCC子载波通道信号差分处理；
二、对差分处理后的信号进行相干积分滤波
将各子载波通道差分处理后的信号进行延迟，延迟量为所调制伪随机码码片周期的整数倍；将延迟后信号与子载波通道内差分处理后的信号进行点对点叠加，再进行相干积分滤波；
三、对NSCC相干积分滤波后信号进行伪码匹配滤波
设计本地伪随机码
Figure BDA0002384740590000021
cm(k)表示编号为m的子载波信号，τ为信号传播时延，利用本地伪随机码对相干积分滤波后的NSCC子载波信号进行伪码匹配积分，剥离子载波信号的伪码；
四、对伪码剥离后的信号进行FFT频谱分析
对已伪码剥离后的NSCC子载波进行FFT变换，在频域分析各子载波频点信息，基于峰值搜索，结合子载波间频点间隔信息，联合实现NSCC子载波频点参数与伪码相位估计。
有益效果
第一，较好的极弱信号捕获能力。
本发明利用DAM原理，进行多支路差分相干积分，利用差分之后的组合伪码特性进行本地伪码复现设计，然后进行伪码剥离，极大提升处理通道信噪比，能够较好实现NSCC极弱信号捕获。
第二，约束因素少复杂度低。
本发明继承差分相干积分的优点，无须考虑NSCC多样繁复的支路设计，也无需顾忌信号数据位跳变影响，只需在差分相干算法上引入C/A码移位-相乘特性，通过多相关输出能量积累，即可实现信号特别是极弱信号捕获，约束因素少，结构简单，复杂度低，具备较强的工程应用价值。
第三，可扩展应用于传统GNSS极弱信号处理
本发明基于多相关器技术框架，通用性强，也可较好实现传统GNSS极弱信号捕获。
附图说明
图1为复合载波信号频谱对比图；
图2为多相关器差分相干捕获算法框架图；
图3为多相关器差分相干捕获算法流程图；
图4为DAM原理分析图(基于DAM原理生成的Gold序列仍具备伪随机特性)；
图5为MCDD算法捕获弱NSCC信号二维结果图，其中(a)为30Hz，(b)为27Hz。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。
本发明方法的设计思想为：将多相关差分检测(Multi-CorrelationDifferential Detection,MCDD)算法引入NSCC信号捕获，利用C/A码移位-相乘(Delay-and-Multiply)码伪随机性不变的特性，配合差分相干捕获算法，基于多相关器功能架构输出积累能量抬升通道信噪比，实现NSCC极弱信号捕获，具体算法框架见图2。
本发明一种基于多相关器的复合载波极弱信号差分捕获方法，流程如图3所示，为进一步阐述DAM与MCDD差分相干积分的结合性应用，详细阐述相关流程步骤如下：
一、对中频NSCC信号x(k)各支路信号差分处理
将中频NSCC信号x(k)分别输入各子载波通道中，在每一通道中进行子载波信号提取，将提取的子载波信号延迟mTc，其中，m为NSCC子载波编号，Tc为所调制伪随机码码片周期，利用多相关器将延迟后的子载波信号共轭量与子载波信号相乘，实现NSCC子载波通道支路差分处理。
二、对NSCC差分处理后的信号进行相干积分滤波
将各NSCC子载波通道差分处理后的信号进行延迟，其中延迟量为所调制伪随机码码片周期的整数倍，将延迟后信号与NSCC子载波通道内差分处理后的信号进行点对点叠加，再进行相干积分滤波，积分时长根据信道信噪比需求进行调整性选择，该处理提升通道内信噪比增益，同时滤掉通道内高频成分。
三、对NSCC相干积分滤波后信号进行伪码匹配滤波
根据步骤一中NSCC各子载波通道差分延迟处理时，子载波通道与其延迟通道码相位情况，基于DAM原理设计本地伪随机码
Figure BDA0002384740590000051
如图4为DAM原理分析图(基于DAM原理生成的Gold序列仍具备伪随机特性)；对NSCC相干积分滤波后的数据进行伪码匹配积分，剥离NSCC各子载波伪码。
四、对NSCC伪码剥离后的信号进行FFT频谱分析
对NSCC信号已进行伪码剥离后的子载波进行FFT变换处理，在频域分析NSCC各子载波频点信息，基于峰值搜索，结合NSCC子载波间频点间隔信息，联合实现NSCC子载波频点参数与伪码相位估计，从而实现NSCC极弱信号捕获。
图5为MCDD算法捕获弱NSCC信号二维结果图，其中(a)为30Hz，(b)为27Hz。
本发明针对NSCC体制结构特征与参数特点，考虑联合子载波通道进行差分相干处理，无需考虑信号数据位跳变情况，有效降低捕获通道处理复杂度，并联合Delay-and-Multiply(DAM)多相关器技术，通过伪码移位叠加，实现NSCC极弱信号捕获。本发明所设计NSCC极弱信号差分捕获算法，尽管资源占用较大、运算量高，但是复杂度低、操作简单、约束因素少、适用性强。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于多相关器的复合载波极弱信号差分捕获方法，其特征在于，具体过程为：
一、对中频NSCC信号x(k)的各子载波信号差分处理
将中频NSCC信号x(k)分别输入各子载波通道中；在每一通道中，将提取的子载波信号延迟mTc，m为NSCC子载波编号，Tc为所调制伪随机码码片周期；利用多相关器，将各子载波通道的延迟信号的共轭量与子载波信号相乘，实现各NSCC子载波通道信号差分处理；
二、对差分处理后的信号进行相干积分滤波
将各子载波通道差分处理后的信号进行延迟，延迟量为所调制伪随机码码片周期的整数倍；将延迟后信号与子载波通道内差分处理后的信号进行点对点叠加，再进行相干积分滤波；
三、对NSCC相干积分滤波后信号进行伪码匹配滤波
设计本地伪随机码
Figure FDA0002384740580000011
cm(k)表示编号为m的子载波信号，τ为信号传播时延，利用本地伪随机码对相干积分滤波后的NSCC子载波信号进行伪码匹配积分，剥离子载波信号的伪码；
四、对伪码剥离后的信号进行FFT频谱分析
对已伪码剥离后的NSCC子载波进行FFT变换，在频域分析各子载波频点信息，基于峰值搜索，结合子载波间频点间隔信息，联合实现NSCC子载波频点参数与伪码相位估计。
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