CN114200492B - 一种高阶boc信号捕获方法及系统 - Google Patents

一种高阶boc信号捕获方法及系统 Download PDF

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CN114200492B CN202210154043.XA CN202210154043A CN114200492B CN 114200492 B CN114200492 B CN 114200492B CN 202210154043 A CN202210154043 A CN 202210154043A CN 114200492 B CN114200492 B CN 114200492B
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Abstract

本发明公开了一种高阶BOC信号捕获方法及系统。方法包括：S1、对基带数据
Figure DEST_PATH_IMAGE001
作
Figure 549786DEST_PATH_IMAGE002
点快速傅立叶变换，得到
Figure 546561DEST_PATH_IMAGE002
点频域变换结果
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；S2、将满足预设条件的序号
Figure 805504DEST_PATH_IMAGE004
所对应的变换结果
Figure DEST_PATH_IMAGE005
置零：S3、对频域处理后的
Figure 185932DEST_PATH_IMAGE005
作
Figure 985261DEST_PATH_IMAGE002
点快速傅里叶逆变换，得到
Figure 570963DEST_PATH_IMAGE002
点频域滤波后的基带数据
Figure 561659DEST_PATH_IMAGE006
；S4、对频域滤波后的基带数据
Figure DEST_PATH_IMAGE007
进行
Figure 193498DEST_PATH_IMAGE008
倍抽取，得到抽取后的基带数据
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，对应的采样率为
Figure 625878DEST_PATH_IMAGE010
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 534929DEST_PATH_IMAGE008
为满足
Figure 197991DEST_PATH_IMAGE012
的最大整数；S5、对抽取后采样率为
Figure DEST_PATH_IMAGE013
的基带数据
Figure 567660DEST_PATH_IMAGE009
按照预设公式计算检测量
Figure 974370DEST_PATH_IMAGE014
：S6、根据所述检测量
Figure 534665DEST_PATH_IMAGE014
进行捕获判决。本发明使得抽取后的信号保留了原始信号的绝大部分能量，同时没有引起频谱混叠，可以保证其检测性能与抽取前的信号相当。

Description

一种高阶BOC信号捕获方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，更具体地说，特别涉及一种高阶BOC信号捕获方法及系统。
背景技术
为了能够更好地利用宝贵的频率资源，全球导航卫星系统(Global NavigationSatellite System, GNSS)采用了多种参数的二进制偏移载波（Binary Offset Carrier,BOC）调制技术。相比传统导航信号所采用的二进制相移键控（Binary Phase ShiftKeying, BPSK）调制技术，BOC调制技术在扩频码上增加了方波副载波调制，将信号频谱搬移至中心频点的两侧，实现了不同信号间的频谱分离。
BOC调制的测距码是在扩频码的基础上增加副载波
Figure 416576DEST_PATH_IMAGE001
调制，其表达式为：
Figure 990777DEST_PATH_IMAGE002
=
Figure 940278DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 403359DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 729298DEST_PATH_IMAGE001
的取值均为
Figure 158005DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 481670DEST_PATH_IMAGE006
表示取符号函数，
Figure 995828DEST_PATH_IMAGE007
表示副载波速 率。BOC调制副载波速率通常为扩频码速率的整数倍，并将副载波速率
Figure 125458DEST_PATH_IMAGE008
为
Figure 862468DEST_PATH_IMAGE009
，扩频码率
Figure 684931DEST_PATH_IMAGE010
为
Figure 624068DEST_PATH_IMAGE011
的BOC调制简记为BOC(m,n)，并将
Figure 291810DEST_PATH_IMAGE012
的BOC调制称为 高阶BOC信号。
受成本限制，民用导航接收机通常采用较低的采样率，因此为了实现军民用信号的频谱分离，各卫星系统的民用信号通常采用低速率的BPSK调制，而授权信号均采用高阶BOC调制。
假设接收到的高阶BOC信号经过数字采样和正交下变频后得到的基带复信号为
Figure 429530DEST_PATH_IMAGE013
，其表达式为：
Figure 859112DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 347862DEST_PATH_IMAGE015
表示信号功率，
Figure 756978DEST_PATH_IMAGE016
表示电文符号，
Figure 14784DEST_PATH_IMAGE017
表示测距码，
Figure 116732DEST_PATH_IMAGE018
表示传输延迟，
Figure 827199DEST_PATH_IMAGE019
表示标称的射频频率，
Figure 7382DEST_PATH_IMAGE020
表示多普勒频率，
Figure 385274DEST_PATH_IMAGE021
表示载波初相，
Figure 392544DEST_PATH_IMAGE022
表示基带数据的采样周期，
Figure 855887DEST_PATH_IMAGE023
表示基带复信号中的噪声分量。
由于最优检测量需要遍历所有可能的码相位延迟、多普勒频率和电文符号，实际 接收机通常是将整个时频不确定范围按一定的间隔分为若干搜索方格，并采用分段相干和 包络累加的来代替长时间的相干积累，检测量
Figure 105340DEST_PATH_IMAGE024
具体的表达式为：
Figure 337738DEST_PATH_IMAGE025
其中，
Figure 515910DEST_PATH_IMAGE026
表示相干积分时间，
Figure 466549DEST_PATH_IMAGE027
表示后积累次数，
Figure 817895DEST_PATH_IMAGE028
是以采样周期
Figure 842483DEST_PATH_IMAGE029
为单位的码相 位搜素间隔，
Figure 23847DEST_PATH_IMAGE030
为多普勒频率搜索间隔，
Figure 133885DEST_PATH_IMAGE031
和
Figure 288923DEST_PATH_IMAGE032
分别对应码相位和多普勒搜索方格的序号，
Figure 433597DEST_PATH_IMAGE033
表示后积累次数的序号。
信号捕获的过程就是计算上述检测量，并将其与预设的门限比较，当检测量超过门限时，即判定信号存在，反之则判定信号不存在。因此信号捕获的计算复杂度主要就取决于上述检测量的计算。
信号捕获的计算复杂度与基带数据速率成正比，由于高阶BOC信号具有较宽的频 谱，其基带数据速率至少为
Figure 15888DEST_PATH_IMAGE034
，而相同码率的BPSK信号的最低基带数 据速率为
Figure 111757DEST_PATH_IMAGE035
，因此高阶BOC信号捕获的计算复杂度远高于相同码率的BPSK信 号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高阶BOC信号捕获方法及系统，以克服现有技术所存在的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高阶BOC信号捕获方法，包括：
S1、对基带数据
Figure 70486DEST_PATH_IMAGE036
作
Figure 69666DEST_PATH_IMAGE037
点快速傅立叶变换，得到
Figure 88438DEST_PATH_IMAGE037
点频域变换结果
Figure 173068DEST_PATH_IMAGE038
；
S2、将满足预设条件的序号
Figure 669909DEST_PATH_IMAGE039
所对应的变s换结果
Figure 22130DEST_PATH_IMAGE040
置零：
S3、对频域处理后的
Figure 211803DEST_PATH_IMAGE040
作
Figure 580468DEST_PATH_IMAGE037
点快速傅里叶逆变换，得到
Figure 818682DEST_PATH_IMAGE037
点频域滤波后的基带数 据
Figure 792454DEST_PATH_IMAGE041
；
S4、对频域滤波后的基带数据
Figure 385985DEST_PATH_IMAGE042
进行
Figure 507524DEST_PATH_IMAGE043
倍抽取，得到抽取后的基带数据
Figure 283850DEST_PATH_IMAGE044
，对 应的采样率为
Figure 174446DEST_PATH_IMAGE045
，其中，
Figure 440342DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 721282DEST_PATH_IMAGE043
为满足
Figure 121871DEST_PATH_IMAGE047
的最大整数；
S5、对抽取后采样率为
Figure 804656DEST_PATH_IMAGE048
的基带数据
Figure 507033DEST_PATH_IMAGE044
按照预设公式计算检测量
Figure 275269DEST_PATH_IMAGE049
；
S6、根据所述检测量
Figure 455714DEST_PATH_IMAGE049
进行捕获判决。
进一步地，所述步骤S2中的预设条件计算公式为：
Figure 757121DEST_PATH_IMAGE050
；
其中，
Figure 630399DEST_PATH_IMAGE051
表示基带数据的采样率，
Figure 885931DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 870067DEST_PATH_IMAGE053
表示BOC调制的副载波速率，
Figure 527445DEST_PATH_IMAGE054
为
Figure 306045DEST_PATH_IMAGE055
，
Figure 812987DEST_PATH_IMAGE056
表示BOC调制的扩频码率，
Figure 335235DEST_PATH_IMAGE057
为
Figure 909436DEST_PATH_IMAGE058
。
进一步地，所述步骤S5中的计算公式为：
Figure 62200DEST_PATH_IMAGE059
；
其中，
Figure 89062DEST_PATH_IMAGE031
和
Figure 116798DEST_PATH_IMAGE032
分别对应码相位和多普勒搜索方格的序号，
Figure 279926DEST_PATH_IMAGE033
表示后积累次数的序号， L表示后积累次数，
Figure 665908DEST_PATH_IMAGE060
表示抽取后的采样周期，
Figure 383329DEST_PATH_IMAGE061
是以采样周期
Figure 512959DEST_PATH_IMAGE062
为单位的码 相位搜索间隔，c表示功率信号，
Figure 733856DEST_PATH_IMAGE063
为多普勒频率搜索间隔，Ti为相干积分时间。
本发明还提供一种根据上述的高阶BOC信号捕获方法的系统，包括：
快速傅立叶变换模块，用于对基带数据
Figure 60713DEST_PATH_IMAGE036
作
Figure 999850DEST_PATH_IMAGE037
点快速傅立叶变换，得到
Figure 667592DEST_PATH_IMAGE037
点频域 变换结果
Figure 805312DEST_PATH_IMAGE038
；
判断模块，用于将满足预设条件的序号
Figure 736359DEST_PATH_IMAGE039
所对应的变换结果
Figure 661327DEST_PATH_IMAGE040
置零：
快速傅里叶逆变换模块，用于对频域处理后的
Figure 132760DEST_PATH_IMAGE040
作
Figure 390566DEST_PATH_IMAGE037
点快速傅里叶逆变换，得 到
Figure 226935DEST_PATH_IMAGE037
点频域滤波后的基带数据
Figure 202981DEST_PATH_IMAGE041
；
抽取模块，用于对频域滤波后的基带数据
Figure 415788DEST_PATH_IMAGE042
进行
Figure 761056DEST_PATH_IMAGE043
倍抽取，得到抽取后的基带 数据
Figure 96223DEST_PATH_IMAGE044
，对应的采样率为
Figure 231669DEST_PATH_IMAGE045
，其中，
Figure 44904DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 11723DEST_PATH_IMAGE043
为满足
Figure 252211DEST_PATH_IMAGE047
的最大整 数；
计算模块，用于对抽取后采样率为
Figure 937271DEST_PATH_IMAGE048
的基带数据
Figure 990415DEST_PATH_IMAGE044
按照预设公式计算检测量
Figure 77320DEST_PATH_IMAGE049
；
捕获判决模块，用于根据所述检测量
Figure 223130DEST_PATH_IMAGE049
进行捕获判决。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用了高阶BOC信号频谱的特点，对两个边带间的频谱进行了频域滤波，使得抽取后的信号保留了原始信号的绝大部分能量，同时没有引起频谱混叠，可以保证其检测性能与抽取前的信号相当，对于BOC(m,n)信号，在实现相当检测性能的情况下，计算复杂度仅为传统捕获方法的n/(m+n)倍。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明高阶BOC信号捕获方法的流程图。
图2是本发明高阶BOC信号捕获系统的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例一
参阅图1所示，本实施例以BOC(14,2)信号为例，假设BOC(14,2)基带复信号的原始 采样率
Figure 333169DEST_PATH_IMAGE064
，本实施例的具体步骤如下：
步骤S1、对基带数据
Figure 488207DEST_PATH_IMAGE065
作
Figure 164039DEST_PATH_IMAGE066
点快速傅立叶变换（FFT），得到
Figure 262443DEST_PATH_IMAGE067
点频域变换 结果
Figure 656515DEST_PATH_IMAGE068
；
步骤S2、将满足如下条件的序号
Figure 349665DEST_PATH_IMAGE069
所对应的变换结果
Figure 145582DEST_PATH_IMAGE070
置0：
Figure 898775DEST_PATH_IMAGE071
；
其中，
Figure 514564DEST_PATH_IMAGE051
表示基带数据的采样率，
Figure 276983DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 927408DEST_PATH_IMAGE053
表示BOC调制的副载波速率，
Figure 350037DEST_PATH_IMAGE054
为
Figure 718701DEST_PATH_IMAGE055
，
Figure 956915DEST_PATH_IMAGE056
表示BOC调制的扩频码率，为
Figure 461846DEST_PATH_IMAGE058
。
步骤S3、对频域处理后的
Figure 556841DEST_PATH_IMAGE070
作
Figure 412802DEST_PATH_IMAGE067
点快速傅里叶逆变换（IFFT），得到
Figure 251445DEST_PATH_IMAGE067
点频域滤波 后的基带数据
Figure 374996DEST_PATH_IMAGE072
。
步骤S4、对频域滤波后的基带数据
Figure 640892DEST_PATH_IMAGE072
进行
Figure 718570DEST_PATH_IMAGE073
倍抽取，得到抽取后的基 带数据
Figure 95325DEST_PATH_IMAGE074
，对应的采样率为
Figure 574847DEST_PATH_IMAGE075
。
步骤S5、对抽取后采样率为
Figure 214907DEST_PATH_IMAGE076
的基带数据
Figure 779881DEST_PATH_IMAGE074
按照下式计算检测量
Figure 458862DEST_PATH_IMAGE049
：
Figure 58470DEST_PATH_IMAGE077
；
其中，
Figure 666169DEST_PATH_IMAGE031
和
Figure 921701DEST_PATH_IMAGE032
分别对应码相位和多普勒搜索方格的序号，
Figure 905838DEST_PATH_IMAGE033
表示后积累次数的序号， L表示后积累次数，
Figure 359953DEST_PATH_IMAGE060
表示抽取后的采样周期，
Figure 404132DEST_PATH_IMAGE061
是以采样周期
Figure 182513DEST_PATH_IMAGE062
为单位的码 相位搜索间隔，c表示功率信号，
Figure 704761DEST_PATH_IMAGE063
为多普勒频率搜索间隔，Ti为相干积分时间。
步骤S6、使用计算得到的检测量
Figure 13383DEST_PATH_IMAGE049
进行捕获判决。
本实施例采用了高阶BOC信号频谱的特点，对两个边带间的频谱进行了频域滤波，使得抽取后的信号保留了原始信号的绝大部分能量，同时没有引起频谱混叠，可以保证其检测性能与抽取前的信号相当，对于BOC(m,n)信号，在实现相当检测性能的情况下，计算复杂度仅为传统捕获方法的n/(m+n)倍。
实施例二
参阅图2所示，本实施例提供一种根据上述的高阶BOC信号捕获方法的系统，包括： 快速傅立叶变换模块1，用于对基带数据
Figure 166147DEST_PATH_IMAGE036
作
Figure 193008DEST_PATH_IMAGE037
点快速傅立叶变换，得到
Figure 253368DEST_PATH_IMAGE037
点频域变换结 果
Figure 947655DEST_PATH_IMAGE038
；判断模块2，用于将满足预设条件的序号
Figure 566593DEST_PATH_IMAGE039
所对应的变换结果置零：快 速傅里叶逆变换模块3，用于对频域处理后的
Figure 815172DEST_PATH_IMAGE040
作
Figure 679222DEST_PATH_IMAGE037
点快速傅里叶逆变换，得到
Figure 962436DEST_PATH_IMAGE037
点频域 滤波后的基带数据
Figure 253740DEST_PATH_IMAGE041
；抽取模块4，用于对频域滤波后的基带数据
Figure 192877DEST_PATH_IMAGE042
进行
Figure 860619DEST_PATH_IMAGE043
倍抽取，得到抽取后的基带数据
Figure 762454DEST_PATH_IMAGE044
，对应的采样率为
Figure 224659DEST_PATH_IMAGE045
，其中，
Figure 447830DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 919263DEST_PATH_IMAGE043
为 满足
Figure 114752DEST_PATH_IMAGE047
的最大整数；计算模块5，用于对抽取后采样率为
Figure 747858DEST_PATH_IMAGE048
的基带数据
Figure 723905DEST_PATH_IMAGE044
按照 预设公式计算检测量
Figure 231984DEST_PATH_IMAGE049
：捕获判决模块6，用于根据所述检测量
Figure 78717DEST_PATH_IMAGE049
进行捕获判决。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高阶BOC信号捕获方法，其特征在于，包括：
S1、对基带数据
Figure 594082DEST_PATH_IMAGE001
作
Figure 307960DEST_PATH_IMAGE002
点快速傅立叶变换，得到
Figure 884435DEST_PATH_IMAGE002
点频域变换结果
Figure 810803DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 421913DEST_PATH_IMAGE004
；
S2、将满足预设条件的序号
Figure 70806DEST_PATH_IMAGE005
所对应的变换结果
Figure 134577DEST_PATH_IMAGE003
置零：
S3、对频域处理后的
Figure 864636DEST_PATH_IMAGE003
作
Figure 330252DEST_PATH_IMAGE002
点快速傅里叶逆变换，得到
Figure 120354DEST_PATH_IMAGE002
点频域滤波后的基带数据
Figure 907306DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 441056DEST_PATH_IMAGE004
；
S4、对频域滤波后的基带数据
Figure 761179DEST_PATH_IMAGE006
进行
Figure 987761DEST_PATH_IMAGE007
倍抽取，得到抽取后的基带数据
Figure 760545DEST_PATH_IMAGE008
，对应的 采样率为
Figure 832406DEST_PATH_IMAGE009
，其中，
Figure 771150DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 637475DEST_PATH_IMAGE007
为满足
Figure 897555DEST_PATH_IMAGE010
的最大整数；
S5、对抽取后采样率为
Figure 507528DEST_PATH_IMAGE011
的基带数据
Figure 802243DEST_PATH_IMAGE008
按照预设公式计算检测量
Figure 105048DEST_PATH_IMAGE013
；
S6、根据所述检测量
Figure 586845DEST_PATH_IMAGE013
进行捕获判决；
所述步骤S2中的预设条件计算公式为：
Figure 501974DEST_PATH_IMAGE014
；
其中，
Figure 385616DEST_PATH_IMAGE015
表示基带数据的采样率，
Figure 859323DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 93995DEST_PATH_IMAGE017
表示BOC调制的副载波速率，
Figure 45770DEST_PATH_IMAGE018
为
Figure 49498DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 959686DEST_PATH_IMAGE020
表示BOC调制的扩频码率，
Figure 180189DEST_PATH_IMAGE021
为
Figure 935656DEST_PATH_IMAGE022
。
2.根据权利要求1所述的高阶BOC信号捕获方法，其特征在于，所述步骤S5中的计算公式为：
Figure 793890DEST_PATH_IMAGE023
；
其中，
Figure 874979DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 349822DEST_PATH_IMAGE025
分别对应码相位和多普勒搜索方格的序号，
Figure 676024DEST_PATH_IMAGE026
表示后积累次数的序号，L表 示后积累次数，
Figure 388765DEST_PATH_IMAGE027
表示抽取后的采样周期，
Figure 640755DEST_PATH_IMAGE028
是以采样周期
Figure 337315DEST_PATH_IMAGE029
为单位的码相位 搜索间隔，c表示功率信号，
Figure 965743DEST_PATH_IMAGE030
为多普勒频率搜索间隔，Ti为相干积分时间。
3.一种根据权利要求1或2所述的高阶BOC信号捕获方法的系统，其特征在于，包括：
快速傅立叶变换模块，用于对基带数据
Figure 851700DEST_PATH_IMAGE001
作
Figure 743433DEST_PATH_IMAGE002
点快速傅立叶变换，得到
Figure 661711DEST_PATH_IMAGE002
点频域变换 结果
Figure 828250DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 250004DEST_PATH_IMAGE004
；
判断模块，用于将满足预设条件的序号
Figure 843796DEST_PATH_IMAGE005
所对应的变换结果
Figure 983790DEST_PATH_IMAGE003
置零：
快速傅里叶逆变换模块，用于对频域处理后的
Figure 455485DEST_PATH_IMAGE003
作
Figure 997325DEST_PATH_IMAGE002
点快速傅里叶逆变换，得到
Figure 496440DEST_PATH_IMAGE002
点 频域滤波后的基带数据
Figure 389309DEST_PATH_IMAGE006
；
抽取模块，用于对频域滤波后的基带数据
Figure 632072DEST_PATH_IMAGE006
进行
Figure 28418DEST_PATH_IMAGE007
倍抽取，得到抽取后的基带数据
Figure 462548DEST_PATH_IMAGE008
，对应的采样率为
Figure 842714DEST_PATH_IMAGE009
，其中，
Figure 154747DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 671179DEST_PATH_IMAGE007
为满足
Figure 777675DEST_PATH_IMAGE010
的最大整数；
计算模块，用于对抽取后采样率为
Figure 379557DEST_PATH_IMAGE011
的基带数据
Figure 731167DEST_PATH_IMAGE008
按照预设公式计算检测量
Figure 102105DEST_PATH_IMAGE013
；
捕获判决模块，用于根据所述检测量
Figure 379503DEST_PATH_IMAGE013
进行捕获判决。
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