CN113534208B - 北斗导航长码随机信号的捕获方法、导航方法及接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种北斗导航长码随机信号的捕获方法，包括寻找空闲通道遍历所有卫星并发起捕获申请；响应捕获请求，读取本地时间并得到整帧时间起始点；在第一次捕获前设置大时间窗的参数并采用大时间窗进行第一次捕获；设定小时间窗，根据第一次捕获的结果采用大时间窗或小时间窗完成后续的信号捕获。本发明还公开了一种包括所述北斗导航长码随机信号的捕获方法的导航方法，和包括了所述北斗导航长码随机信号的捕获方法和导航方法的接收机。本发明提升了信噪比，在弱信号下提高了捕获的成功率；而且易于理解、可基于常规捕获设计来快速实现，适用于任何使用北斗导航长码随机信号的导航装备，可靠性更高，实用性更好且更加易于实现。

Description

北斗导航长码随机信号的捕获方法、导航方法及接收机
技术领域
本发明属于数字信号处理领域，具体涉及一种北斗导航长码随机信号的捕获方法、导航方法及接收机。
背景技术
随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，导航技术已经广泛应用于人们的生产和生活当中，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保证导航系统的稳定可靠运行，就成为了导航系统最重要的任务之一。
目前，我国北斗三号系统已正式投入运行。在应用中，卫星导航信号到达地面的功率较微弱，正常环境下，到达天线的信号功率为-160dBW，而常温下接收机的热噪声为-135dBW，信噪比约为-25dB。当接收机处于遮挡等弱信号环境时，信号由于被减弱而无法正常捕获。导航信号符号率高，积分时间很短，扩频增益比较有限，且调制了用户电文，存在电文符号的频繁翻转，导致无法使用常规的相干积分方法来提高信噪比。非相干积分方法对符号跳变虽然不敏感，但是在积分过程中会引入平方损耗，而且损耗会随着信噪比的降低而增大，因此该方法也受限。长码随机信号不同于周期短码信号，具有无周期性或长周期性，当用于捕获搜索的伪随机码覆盖恰好对应了符号跳变的中频数据时，相干和非相干方法都无法提升信噪比。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种可靠性高、实用性好且易于实现的北斗导航长码随机信号的捕获方法。
本发明的目的之二在于提供一种包括了所述北斗导航长码随机信号的捕获方法的导航方法。
本发明的目的之三在于提供一种包括了所述北斗导航长码随机信号的捕获方法和导航方法的接收机。
本发明提供的这种北斗导航长码随机信号的捕获方法，包括如下步骤：
S1. 寻找空闲通道，从捕获列表中遍历所有卫星，并发起捕获申请；
S2. 响应捕获请求，读取本地时间，并基于读取的本地时间计算得到整帧时间起始点；
S3. 在第一次捕获前，设置大时间窗的参数；大时间窗用于提高第一次捕获的成功率；
S4. 根据步骤S3设定的大时间窗的参数，采用大时间窗进行第一次捕获；
S5. 第一次捕获完成后，判断是否捕获成功：
若第一次捕获成功，则设置小时间窗的参数，并采用小时间窗进行持续的北斗导航长码随机信号的捕获；
若第一次捕获未成功，则继续采用大时间窗进行持续捕获：
一旦捕获成功，则立刻设置小时间窗的参数，并采用小时间窗进行后续所有的北斗导航长码随机信号的捕获；
若对所有的卫星进行遍历和捕获均失败，则判定为异常状态，算法结束；
小时间窗用于在保证捕获成功率的前提下缩短单次捕获的耗时。
步骤S2所述的响应捕获请求，读取本地时间，并基于读取的本地时间计算得到整帧时间起始点，具体为响应捕获请求，读取本地时间T0，电文的整帧时间为T f ，并将本地时间T0对整帧时间T f 向下取整，从而得到整帧时间起始点T1。
所述的大时间窗，具体为根据出码时刻设置大时间窗的起点，根据估算的时间模糊度设置大时间窗的终点。
采用如下步骤设置大时间窗的参数：
设置大时间窗Tr1进行搜索，特定出码时刻T3设置为T3= T1+T d + A1，出码时长T4设置为T4=L* T x * T nx ；式中T1为步骤S2得到的整帧时间起始点；T d 为大时间窗搜索起始点参数，用于控制搜索的起始点；A1为大时间窗搜索起始点出码时刻调整量，用于调整输出码流的时刻为电文帧内的符号处时刻；L为符号长度；T x 为相干时间；T nx 为非相干时间；所述的大时间窗为首颗星还未捕获成功时的码相位搜索区间，且大时间窗Tr1为
Figure 841536DEST_PATH_IMAGE001
。
所述小时间窗，具体为根据出码时刻设置小时间窗的起点，根据首次捕获成功后得到的时间模糊度设置小时间窗的终点。
采用如下步骤设置小时间窗的参数：
设置小时间窗Tr2进行搜索，特定出码时刻T3设置为T3= T1+T c + A2，特定出码时长T4设置为T4=L* T x * T nx ；式中T1为步骤S2得到的整帧时间起始点；T c 小时间窗搜索起始点参数，用于控制搜索的起始点；A2为小时间窗搜索起始点出码时刻调整量，用于调整输出码流的时刻为电文帧内的符号处时刻；L为符号长度；T x 为相干时间；T nx 为非相干时间；所述的小时间窗为首颗星已捕获成功时的码相位搜索区间，且小时间窗Tr2为
Figure 92254DEST_PATH_IMAGE002
。
本发明还公开一种导航方法，该导航方法包括了上述的北斗导航长码随机信号的捕获方法。
本发明还公开了一种接收机，该接收机包括了上述的北斗导航长码随机信号的捕获方法和导航方法。
本发明提供的这种北斗导航长码随机信号的捕获方法、导航方法及接收机，针对高符号率信号下由于频繁的电文符号翻转以及长码随机信号由于无周期、长周期特点无法使用相干积分提升信噪比的问题，在首次捕获前和首次捕获后采用不同的时间窗进行搜索和捕获，极大地提高了捕获的成功率，而且缩短了捕获的耗时，从而提升了信噪比和在弱信号下捕获的成功率；而且本发明易于理解、可基于常规捕获设计来快速实现，适用于任何使用北斗导航长码随机信号的导航装备，可靠性更高，实用性更好且更加易于实现。
附图说明
图1为本发明方法的方法流程示意图。
图2为本发明方法的实施例的示意图。
具体实施方式
如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种北斗导航长码随机信号的捕获方法，包括如下步骤：
S1. 寻找空闲通道，从捕获列表中遍历所有卫星，并发起捕获申请；
S2. 响应捕获请求，读取本地时间，并基于读取的本地时间计算得到整帧时间起始点；具体为响应捕获请求，读取本地时间T0，电文的整帧时间为T f ，并将本地时间T0对整帧时间T f 向下取整，从而得到整帧时间起始点T1；
S3. 在第一次捕获前，设置大时间窗的参数；大时间窗用于提高第一次捕获的成功率；
大时间窗具体为根据出码时刻设置大时间窗的起点，根据估算的时间模糊度设置大时间窗的终点；
具体实施时，采用如下步骤设置大时间窗的参数：
设置大时间窗Tr1进行搜索，特定出码时刻T3设置为T3= T1+T d + A1，出码时长T4设置为T4=L* T x * T nx ；式中T1为步骤S2得到的整帧时间起始点；T d 为大时间窗搜索起始点参数，用于控制搜索的起始点；A1为大时间窗搜索起始点出码时刻调整量，用于调整输出码流的时刻为电文帧内的符号处时刻；L为符号长度；T x 为相干时间；T nx 为非相干时间；所述的大时间窗为首颗星还未捕获成功时的码相位搜索区间，且大时间窗Tr1为
Figure 955168DEST_PATH_IMAGE003
；如图2（a）所示；
S4. 根据步骤S3设定的大时间窗的参数，采用大时间窗进行第一次捕获；
S5. 第一次捕获完成后，判断是否捕获成功：
若第一次捕获成功，则设置小时间窗的参数，并采用小时间窗进行持续的北斗导航长码随机信号的捕获；
若第一次捕获未成功，则继续采用大时间窗进行持续捕获：
一旦捕获成功，则立刻设置小时间窗的参数，并采用小时间窗进行后续所有的北斗导航长码随机信号的捕获；
若对所有的卫星进行遍历和捕获均失败，则判定为异常状态，算法结束；
小时间窗用于在保证捕获成功率的前提下缩短单次捕获的耗时；
小时间窗具体为根据出码时刻设置小时间窗的起点，根据首次捕获成功后得到的时间模糊度设置小时间窗的终点；
具体实施时，采用如下步骤设置小时间窗的参数：
设置小时间窗Tr2进行搜索，特定出码时刻T3设置为T3= T1+T c + A2，特定出码时长T4设置为T4=L* T x * T nx ；式中T1为步骤S2得到的整帧时间起始点；T c 小时间窗搜索起始点参数，用于控制搜索的起始点；A2为小时间窗搜索起始点出码时刻调整量，用于调整输出码流的时刻为电文帧内的符号处时刻；L为符号长度；T x 为相干时间；T nx 为非相干时间；所述的小时间窗为首颗星已捕获成功时的码相位搜索区间，且小时间窗Tr2为
Figure 602312DEST_PATH_IMAGE004
；如图2（b）所示。
同时，在上述的计算过程中，时间模糊度定义为接收机自身的时间（本地时间）与卫星的真实时间之间的差值；时间模糊度是一个估算值，在进行第一次捕获前，时间模糊度应该是一个较大值（一般为秒级）；而在第一次捕获成功后，时间模糊度则会极大的减小为一个较小值（一般为几十毫秒）。因此，在具体实施时，可以根据当时使用的具体情况，对时间模糊度进行现场的估算，从而自行设置对应的大时间窗和小时间窗的大小。
以下结合一个具体实施例，对本发明方法进行进一步说明：
（1）、设计为某导航型号上高符号率频点长码随机信号捕获，接收机的时间模糊度估计为±1s；
（2）、捕获调度模块在本地时钟节拍信号驱动下，装载中频数据，第一次捕获使用大时间窗，大时间窗区间的总长度设置为2.5s（由于时间模糊度估计为±1s，理论上则存在共2s的误差，所以根据时间模糊度设置的大时间窗的总长度必须覆盖2s的误差，所以此处可设置为2.5s；其他情况则可以采用类似的思路进行设置），出码时刻的调整量A1配置为上一帧尾处，出码长度覆盖至下一帧帧头，该设置可获取到相干增益；采用大时间窗进行搜索，能够保证卫星信号在搜索区间内，并开始第一次捕获，
（3）、第一次捕获完成后，成功捕获到首颗卫星，此时根据已捕获到的卫星更新接收机本地时间，估算此时时间模糊度为±25ms；第二颗卫星及后续卫星的捕获则采用小时间窗捕获，小时间窗区间的总长度设置为60ms（由于时间模糊度估计为±25ms，理论上则存在50ms的误差，所以根据时间模糊度设置的小时间窗的总长度必须覆盖50ms的误差，所以此处设置为60ms；其他情况则可以采用类似的思路进行设置），出码时刻的调整量A2配置为上一帧尾处，出码长度覆盖至下一帧帧头，该设置可获取到相干增益；采用小时间窗搜索，能够缩短单次捕获耗时，并开始后续的捕获。
若第一次捕获失败，则继续采用上述设置的大时间窗参数（2.5s）进行持续捕获：
一旦捕获成功，立刻设置小时间窗参数（60ms），并采用小时间窗进行后续的捕获；
若对所有卫星遍历和捕获均失败，则判定为异常状态，算法结束。
根据实际的统计，该实施例中大时间窗捕获耗时约4.9s，小时间窗捕获耗时约270ms。
针对该实施例，如果采用现有技术进行捕获，即采用固定的时间窗进行捕获，则每一次捕获时间固定均为4.9s左右。可以看到，采用本发明方法，能够极大的提高捕获的效率，降低耗时。
从本实例应用来看，本发明在遮挡等弱信号环境下高符号率长码随机信号捕获，有良好的效果。

Claims (6)

1.一种北斗导航长码随机信号的捕获方法，其特征在于包括如下步骤：
S1. 寻找空闲通道，从捕获列表中遍历所有卫星，并发起捕获申请；
S2. 响应捕获请求，读取本地时间，并基于读取的本地时间计算得到整帧时间起始点；
S3. 在第一次捕获前，设置大时间窗的参数；大时间窗用于提高第一次捕获的成功率；具体为根据出码时刻设置大时间窗的起点，根据估算的时间模糊度设置大时间窗的终点；
具体实施时，采用如下步骤设置大时间窗的参数：
设置大时间窗Tr1进行搜索，特定出码时刻T3设置为T3= T1+T d + A1，出码时长T4设置为T4=L* T x * T nx ；式中T1为步骤S2得到的整帧时间起始点；T d 为大时间窗搜索起始点参数，用于控制搜索的起始点；A1为大时间窗搜索起始点出码时刻调整量，用于调整输出码流的时刻为电文帧内的符号处时刻；L为符号长度；T x 为相干时间；T nx 为非相干时间；所述的大时间窗为首颗星还未捕获成功时的码相位搜索区间，且大时间窗Tr1为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
S4. 根据步骤S3设定的大时间窗的参数，采用大时间窗进行第一次捕获；
S5. 第一次捕获完成后，判断是否捕获成功：
若第一次捕获成功，则设置小时间窗的参数，并采用小时间窗进行持续的北斗导航长码随机信号的捕获；
若第一次捕获未成功，则继续采用大时间窗进行持续捕获：
一旦捕获成功，则立刻设置小时间窗的参数，并采用小时间窗进行后续所有的北斗导航长码随机信号的捕获；
若对所有的卫星进行遍历和捕获均失败，则判定为异常状态，算法结束；
小时间窗用于在保证捕获成功率的前提下缩短单次捕获的耗时。
2.根据权利要求1所述的北斗导航长码随机信号的捕获方法，其特征在于步骤S2所述的响应捕获请求，读取本地时间，并基于读取的本地时间计算得到整帧时间起始点，具体为响应捕获请求，读取本地时间T0，电文的整帧时间为T f ，并将本地时间T0对整帧时间T f 向下取整，从而得到整帧时间起始点T1。
3.根据权利要求1或2所述的北斗导航长码随机信号的捕获方法，其特征在于所述小时间窗，具体为根据出码时刻设置小时间窗的起点，根据首次捕获成功后得到的时间模糊度设置小时间窗的终点。
4.根据权利要求3所述的北斗导航长码随机信号的捕获方法，其特征在于采用如下步骤设置小时间窗的参数：
设置小时间窗Tr2进行搜索，特定出码时刻T3设置为T3= T1+T c + A2，特定出码时长T4设置为T4=L* T x * T nx ；式中T1为步骤S2得到的整帧时间起始点；T c 为 小时间窗搜索起始点参数，用于控制搜索的起始点；A2为小时间窗搜索起始点出码时刻调整量，用于调整输出码流的时刻为电文帧内的符号处时刻；L为符号长度；T x 为相干时间；T nx 为非相干时间；所述的小时间窗为首颗星已捕获成功时的码相位搜索区间，且小时间窗Tr2为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。
5.一种导航方法，其特征在于包括了权利要求1~4之一所述的北斗导航长码随机信号的捕获方法。
6.一种接收机，其特征在于包括了权利要求1~4之一所述的北斗导航长码随机信号的捕获方法和权利要求5所述的导航方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009052902A (ja) * 2007-08-23 2009-03-12 Panasonic Corp 測位衛星信号の捕捉方法及び測位装置
CN101493511B (zh) * 2008-01-23 2011-08-31 中国科学院微电子研究所 一种全球定位系统卫星搜索调度方法
US9476988B2 (en) * 2013-05-09 2016-10-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Method, apparatus and system for reducing power consumption in GNSS receivers
CN104345322B (zh) * 2013-07-26 2016-08-31 成都海亨利科技有限公司 一种卫星导航信号快速捕获方法与装置
CN109884671B (zh) * 2017-12-06 2022-02-25 上海司南卫星导航技术股份有限公司 卫星信号捕获的方法和装置
CN111158029A (zh) * 2018-11-07 2020-05-15 北京金坤科创技术有限公司 一种定位设备的自适应可变搜索捕获窗长动态调整方法

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