CN113093230B - 基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法 - Google Patents

基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113093230B
CN113093230B CN202110321479.9A CN202110321479A CN113093230B CN 113093230 B CN113093230 B CN 113093230B CN 202110321479 A CN202110321479 A CN 202110321479A CN 113093230 B CN113093230 B CN 113093230B
Authority
CN
China
Prior art keywords
capture
ncoh
coherent
determining
satellite navigation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110321479.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113093230A (zh
Inventor
王雷
唐小妹
王飞雪
吴健
黄新明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National University of Defense Technology
Original Assignee
National University of Defense Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National University of Defense Technology filed Critical National University of Defense Technology
Priority to CN202110321479.9A priority Critical patent/CN113093230B/zh
Publication of CN113093230A publication Critical patent/CN113093230A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113093230B publication Critical patent/CN113093230B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/25—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/25—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS
    • G01S19/256—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS relating to timing, e.g. time of week, code phase, timing offset

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法，包括以下步骤：S100、确定相干积分时长以及非相干积分时长取值范围；S200、确定满足捕获概率指标的相干积分时长及非相干累加次数；S300、确定满足平均捕获时间约束的相干积分时长及非相干累加次数；S400、确定对应最低捕获灵敏度的相干积分时长及非相干累加次数，从而确定相应通信辅助精度条件下的最优捕获算法。本发综合考虑了捕获算法的评估指标的，给出特定通信辅助精度条件下的卫星导航信号捕获算法优化方法，使通信辅助卫星导航接收机可以实时根据通信辅助精度选择最优的捕获算法，提高可靠性。

Description

基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法
技术领域
本发明涉及卫星导航信号接收领域，具体的涉及一种基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法。
背景技术
卫星导航信号的落地功率低，卫星导航接收机在捕获过程中，需要对卫星导航信号的载波多普勒、伪码时延以及卫星号等进行搜索，因此接收机的平均捕获时间、捕获灵敏度等受卫星信号动态制约。
为提高卫星导航接收机的捕获灵敏度并降低平均捕获时间，基于通信辅助的卫星导航接收机技术得到了广泛研究，通信辅助条件下，卫星导航接收机获取卫星运动状态、卫星位置等信息，降低了卫星运动导致的信号动态模糊度，从而有利于接收机通过算法的改进而提高接收机的捕获灵敏度。针对通信辅助条件下卫星导航信号的载波多普勒以及伪码时延模糊度的降低情况，已有很多文献进行了分析。在此基础上，同样有部分文献针对通信辅助条件下接收机捕获灵敏度提升算法进行了研究，但是部分文献中在捕获算法优化设计过程中考虑的指标不够全面，导致最优捕获算法的评价标准不一致，所得到的捕获灵敏度结果可靠性不足。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法，能够提高捕获算法的捕获灵敏度结果可靠性。
根据本发明实施例的一种基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法，包括以下步骤：
S100、确定相干积分时长以及非相干累加次数的取值范围:根据接收机的计算复杂度门限确定相干积分时长Tcoh以及非相干累加次数Nncoh的取值范围；
S200、确定满足捕获概率指标的相干积分时长及非相干累加次数:在计算复杂度约束的相干积分时长Tcoh以及非相干累加次数Nncoh的取值范围内进行遍历，计算相应的捕获门限以及不同接收信号载噪比CNO条件下的捕获概率Pd，若捕获概率Pd高于捕获概率门限Pdthresh，则保留相应的Tcoh、Nncoh、CNO、Pd取值；
S300、确定满足平均捕获时间约束的相干积分时长及非相干累加次数:在通信辅助的频率搜索范围frange以及伪码相位搜索范围Trange条件下，计算上述结果中保存的Tcoh、Nncoh、CNO、Pd对应的平均捕获时间MAT，若平均捕获时间MAT低于平均捕获时间门限值MATthresh，则记录相应的Tcoh、Nncoh、CNO、Pd值；
S400、确定对应最低捕获灵敏度的相干积分时长及非相干累加次数：在记录的Tcoh、Nncoh、CNO、Pd中，寻找最小载噪比值(CNO)min，该值对应的Tcoh、Nncoh即为最优相干积分时长Tcohopt、最优非相干累加次数Nncohopt，从而确定相应通信辅助精度条件下的最优捕获算法。
根据本发明实施例的基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法，至少具有如下技术效果：
1.本发明实施方式综合了主要的捕获算法性能评价指标，通用性更好，并且给出了通信辅助的精度与捕获灵敏度之间的量化关系，有利于分析辅助信息对捕获性能产生的效能:
2.本发明实施方式提供的通信辅助条件下捕获算法优化准则仅需在接收机设计过程中进行一次运算，得到的辅助信息精度与最优捕获算法保存在接收机中，接收机则根据当前的辅助信息精度选择相应的优化捕获算法。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S200中捕获概率Pd的计算公式为
Figure GDA0003742588390000031
其中η为捕获判决门限，f(z|H1)为有信号条件下检测统计量的表达式。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S200中有信号条件下检测统计量服从自由度为2Nncoh的中心和非中心开方分布，所述f(z|H1)的表达式为
Figure GDA0003742588390000032
其中z为检测统计量，函数中第二个变量为自由度，x2 ncx()为非中心开方分布，λ为非中心参量。
根据本发明的一些实施例，所述非中心参量λ的表达式为
Figure GDA0003742588390000033
其中Di为第i个相干积分的相关损耗。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S200中计算相应的捕获门限以及不同接收信号载噪比CNO条件下的捕获概率Pd的具体步骤为：
S201、由虚警概率Pf确定捕获判决门限η；
S202、对接收信号载噪比CNO在取值范围内进行遍历；
S203、计算特定CNO条件下的捕获概率Pd。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S201中虚警概率Pf与捕获判决门限η的关系式为
Figure GDA0003742588390000041
其中f(z|H0)为无信号条件下检测统计量服从自由度为2Nncoh的中心和非中心开方分布的表达式；所述步骤200中无信号条件下检测统计量服从自由度为2Nncoh的中心和非中心开方分布，所述f(z|H0)的表达式为
f(z|H0)＝χ2(z,2Nncoh)，
其中z为检测统计量，函数中第二个变量2Nncoh为自由度，x2()为中心开方分部，λ为非中心参量。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例中基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法的原理流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
卫星导航信号的捕获性能评估标准包括捕获灵敏度、捕获计算复杂度、平均捕获时间等具体指标，上述指标均与捕获算法有密切关系。通信辅助可以有效降低信号动态搜索范围以及伪码相位搜索范围，对于捕获计算复杂度以及平均捕获时间均有影响，因此通信辅助条件下捕获算法的优化需要综合上述指标形成优化目标。
捕获灵敏度取决于捕获算法以及检测损耗，本发明中考虑的捕获算法以相干积分和非相干累加为基础，在此基础上做参数优选。检测损耗包括伪码相位偏差损耗、载波多普勒损耗、伪码多普勒损耗、载波多普勒变化率损耗、量化损耗、前端带宽损耗、平方损耗等，其中量化损耗、前端带宽损耗等与捕获算法无关，可以认为是固定值。信号检测采用恒虚警检测方法，在考虑上述损耗的情况下，可以分别表示出无信号条件下和有信号条件下的检测统计量概率分布函数，通过虚警概率指标确定出检测门限，从而计算出特定捕获算法以及信号载噪比条件下的捕获概率，在约束捕获概率门限的条件下，即可确定出捕获灵敏度。以平方律检波为例，非相干累加次数为Nncoh时，无信号条件下和有信号条件下检测统计量分别服从自由度为2Nncoh的中心和非中心开方分布，表达式如下:
有信号：f(z|H0)＝χ2(z,2Nncoh)
无信号：
Figure GDA0003742588390000051
其中z为检测统计量，x2()表示中心开方分布，函数中第二个变量为自由度，x2 ncx()为非中心开方分布，函数中第三个变量为非中心参量，其非中心参量的表达式如下所示:
Figure GDA0003742588390000052
其中Di为第i个相干积分的相关损耗，CNO为接收信号载噪比，Tcoh为相干积分时长。
则捕获概率Pd和虚警概率Pf分别表示为:
Figure GDA0003742588390000061
其中η为捕获判决门限。
平均捕获时间为相干积分时长、捕获概率、虚警概率、频率搜索范围、伪码相位搜索范围、虚警惩罚时间、单次并行搜索的时频域单元数量等的函数。计算复杂度则为相干积分时长、频率搜索数量、伪码相位搜索数量的函数，根据捕获算法的具体实施方式不同计算复杂度表达式略有不同，可根据具体的接收机设计选择相应的计算表达式。
本发明综合捕获算法计算复杂度以及平均捕获时间，制定了通信辅助条件下卫星导航信号捕获算法优化设计方法，其含义如下:在通信辅助提供的频率搜索范围以及伪码相位搜索范围条件下，满足平均捕获时间低于平均捕获时间门限、信号捕获计算复杂度低于计算复杂度门限、虚警概率等于虚警概率值、捕获概率大于捕获概率门限的最低接收信号载噪比为最高捕获灵敏度，对应的捕获算法为通信辅助条件下最优捕获算法。其具体表达式如下所示:
Figure GDA0003742588390000062
其中frange为通信辅助条件下接收信号的频率搜索范围，Trange为伪码相位搜索范围，Pdthresh表示捕获概率门限，MATthresh表示平均捕获时间门限，PFS表示虚警概率指标，Othresh表示计算复杂度门限，Pd表示捕获算法对应的捕获概率、MAT表示平均捕获时间、Pf表示虚警概率、Os表示计算复杂度。
综上，参考图1，本发明的一种基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法，包括以下步骤：
S100、确定相干积分时长以及非相干累加次数的取值范围:根据接收机的计算复杂度门限确定相干积分时长Tcoh以及非相干累加次数Nncoh的取值范围；
S200、确定满足捕获概率指标的相干积分时长及非相干累加次数:在计算复杂度约束的相干积分时长Tcoh以及非相干累加次数Nncoh的取值范围内进行遍历，由虚警概率Pf确定捕获判决门限η，对接收信号载噪比CNO在取值范围内进行遍历，计算特定CNO条件下的捕获概率Pd，若捕获概率Pd高于捕获概率门限Pdthresh，则保留相应的Tcoh、Nncoh、CNO、Pd取值；
S300、确定满足平均捕获时间约束的相干积分时长及非相干累加次数:在通信辅助的频率搜索范围frange以及伪码相位搜索范围Trange条件下，计算上述结果中保存的Tcoh、Nncoh、CNO、Pd对应的平均捕获时间MAT，若平均捕获时间MAT低于平均捕获时间门限值MATthresh，则记录相应的Tcoh、Nncoh、CNO、Pd值；
S400、确定对应最低捕获灵敏度的相干积分时长及非相干累加次数：在记录的Tcoh、Nncoh、CNO、Pd中，寻找最小载噪比值(CNO)min，该值对应的Tcoh、Nncoh即为最优相干积分时长Tcohopt、最优非相干累加次数Nncohopt，从而确定相应通信辅助精度条件下的最优捕获算法。
上述计算过程仅在通信辅助的接收机进行初始设计的过程中进行，计算得到的通信辅助精度与最优捕获算法之间关系将以查找表的形式保存在接收机中，接收机在特定的通信辅助精度下，仅需通过查找表即可得到最优的捕获算法，从而实现捕获性能提升。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100、确定相干积分时长以及非相干累加次数的取值范围:根据接收机的计算复杂度门限确定相干积分时长Tcoh以及非相干累加次数Nncoh的取值范围；
S200、确定满足捕获概率指标的相干积分时长及非相干累加次数:在计算复杂度约束的相干积分时长Tcoh以及非相干累加次数Nncoh的取值范围内进行遍历，计算相应的捕获门限以及不同接收信号载噪比CNO条件下的捕获概率Pd，若捕获概率Pd高于捕获概率门限Pdthresh，则保留相应的Tcoh、Nncoh、CNO、Pd取值；
S300、确定满足平均捕获时间约束的相干积分时长及非相干累加次数:在通信辅助的频率搜索范围frange以及伪码相位搜索范围Trange条件下，计算上述结果中保存的Tcoh、Nncoh、CNO、Pd对应的平均捕获时间MAT，若平均捕获时间MAT低于平均捕获时间门限值MATthresh，则记录相应的Tcoh、Nncoh、CNO、Pd值；
S400、确定对应最低捕获灵敏度的相干积分时长及非相干累加次数：在记录的Tcoh、Nncoh、CNO、Pd中，寻找最小载噪比值(CNO)min，该值对应的Tcoh、Nncoh即为最优相干积分时长、最优非相干累加次数结果，从而确定相应通信辅助精度条件下的最优捕获算法。
2.根据权利要求1所述的基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法，其特征在于：所述步骤S200中捕获概率Pd的计算公式为
Figure RE-FDA0003747802180000011
其中η为捕获判决门限，f(z|H1)为有信号条件下检测统计量的表达式。
3.根据权利要求2所述的基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法，其特征在于：所述步骤S200中有信号条件下检测统计量服从自由度为2Nncoh的中心和非中心开方分布，所述f(z|H1)的表达式为
Figure RE-FDA0003747802180000021
其中z为检测统计量，函数中第二个变量为自由度，
Figure RE-FDA0003747802180000022
为非中心开方分布，λ为非中心参量。
4.根据权利要求3所述的基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法，其特征在于：所述非中心参量λ的表达式为
Figure RE-FDA0003747802180000023
其中Di为第i个相干积分的相关损耗。
5.根据权利要求1所述的基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法，其特征在于：所述步骤S200中计算相应的捕获门限以及不同接收信号载噪比CNO条件下的捕获概率Pd的具体步骤为：
S201、由虚警概率Pf确定捕获判决门限η；
S202、对接收信号载噪比CNO在取值范围内进行遍历；
S203、计算特定CNO条件下的捕获概率Pd。
6.根据权利要求5所述的基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法，其特征在于：所述步骤S201中虚警概率Pf与捕获判决门限η的关系式为
Figure RE-FDA0003747802180000024
其中f(z|H0)为无信号条件下检测统计量服从自由度为2Nncoh的中心和非中心开方分布的表达式；
所述f(z|H0)的表达式为
f(z|H0)＝χ2(z,2Nncoh)，
其中z为检测统计量，x 2()表示中心开方分布，函数中第二个变量2Nncoh为自由度。
CN202110321479.9A 2021-03-25 2021-03-25 基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法 Active CN113093230B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110321479.9A CN113093230B (zh) 2021-03-25 2021-03-25 基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110321479.9A CN113093230B (zh) 2021-03-25 2021-03-25 基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113093230A CN113093230A (zh) 2021-07-09
CN113093230B true CN113093230B (zh) 2022-11-01

Family

ID=76669789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110321479.9A Active CN113093230B (zh) 2021-03-25 2021-03-25 基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113093230B (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6836241B2 (en) * 2002-04-19 2004-12-28 Sirf Technology, Inc. Method for optimal search scheduling in satellite acquisition
CN101984364B (zh) * 2010-10-15 2012-10-24 北京航空航天大学 基于序贯概率比检测的gps微弱信号捕获方法
CN102890280B (zh) * 2012-09-27 2014-04-16 浙江理工大学 一种多模gnss组合接收机兼容捕获方法
CN104407363B (zh) * 2014-11-07 2017-05-17 泰斗微电子科技有限公司 一种基于rdss的卫星信号捕获方法及系统
CN107976696B (zh) * 2017-11-13 2019-08-20 中国人民解放军国防科技大学 一种高动态微弱l1cp信号的快速捕获方法
CN109061693B (zh) * 2018-08-03 2020-07-17 中国人民解放军国防科技大学 一种适用于p码捕获的改进pmf-fft方法
CN109581435B (zh) * 2018-12-28 2023-07-25 合肥工业大学 Gnss信号双步捕获数据符号翻转消除方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113093230A (zh) 2021-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109683143A (zh) 雷达信号分选方法、装置、计算机设备及可存储介质
EP0989685A2 (en) CDMA rake receiver
CN107290758B (zh) Gnss干扰信号多级辨识检测系统及方法
WO2008071745A1 (fr) Procede de traitement radar passif multivoies d'un signal d'opportunite en fm
FR2913291A1 (fr) Systemes et procedes de determination de seuils de detection d'une technique de detection de spectre multi-resolution (mrss) pour les systemes de radios cognitives (cr)
CN112347871B (zh) 一种用于通信载波监视系统的干扰信号调制识别方法
CN109474306B (zh) 一种基于直扩信号捕获的检测判决方法
CN108924847B (zh) 一种基于ann的认知无线电频谱预测方法及设备
CN114785379A (zh) 一种水声janus信号参数估计方法及系统
CN113093230B (zh) 基于通信辅助的卫星导航信号捕获算法的优化方法
CN112347637A (zh) 一种基于改进K_means聚类算法的发动机状态评估方法
CN115616619A (zh) 一种基于多参数的gnss欺骗干扰检测方法
Ming et al. Intrapulse modulation recognition of radar signals based on statistical tests of the time-frequency curve
CN114355298A (zh) 一种雷达复合调制脉冲信号识别方法
CN114221674A (zh) 一种扩频信号速率自适应捕获方法
CN111339986B (zh) 基于时域/频域分析的装备用频规律挖掘方法和系统
CN110401611B (zh) 快速检测cpfsk信号的方法
CN117439845A (zh) 一种伪随机码频移键控信号的同源检测方法
CN108718223B (zh) 一种非合作信号的盲频谱感知方法
CN116804736A (zh) 一种调制类型识别工程化实现方法及计算机可读存储介质
JP5252430B2 (ja) 信号検出方法，プログラム，情報記憶媒体，及びセンサー
CN114578384A (zh) 一种用于激光大气系统的自适应恒虚警检测方法
CN111064686B (zh) 一种符号定时同步方法及其装置
Bouhdjeur et al. Autonomous Global Threshold Adjustment Algorithm For Energy Detection In Self-Reconfigurable Cognitive Radio Systems
CN100546209C (zh) 移动通信系统中多径搜索方法及其装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant