[發明專利]一種快速捕獲導航衛星信號的方法和裝置

無效

• 申請號: 201110304231.8
• 申請日: 2011-10-10
• 公開（公告）號: CN102411148A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 路衛軍;于敦山;張興;黃永燦
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01S19/30
• 分類號: G01S19/30
• 代理公司: 北京申翔知識產權代理有限公司 11214
• 代理人: 艾晶

技術領域

本發明涉及全球衛星導航系統領域，更具體地，涉及全球衛星導航系統的信號捕獲方法及其裝置，包括GPS，GLONASS，北斗等衛星導航系統中的信號捕獲方法及其裝置。?

背景技術

隨著基于位置服務的需求的拓展，全球導航衛星系統(GNSS)技術的研究與應用逐步深入。導航定位接收機是GNSS系統的重要組成部分，導航接收機一般包括天線、射頻模塊、基帶模塊和其他應用模塊。其中基帶模塊一般完成信號的同步和導航電文解調，產生用于定位的測量值，并根據測量值和導航電文求出位置，根據一定的協議送給應用模塊，為應用模塊提供位置，速度或時間信息。信號的同步過程包括捕獲、跟蹤、位同步、幀同步等步驟。其中信號的捕獲模塊是信號同步的第一個功能模塊。?

由于多普勒效應和時鐘的偏差，接收機接收到的載波頻率處于一個范圍內。同時，由于接收機啟動時間是隨機的，開機后，到達接收機的碼相位也是隨機的，碼相位總的個數因導航系統的不同而有所差異，對GPS來說，碼相位為0-1022，共1023個不確定碼相位。?

GNSS信號的捕獲是一種二維搜索的過程，分別為載波多普勒頻率區間和碼相位區間，不同的載波和碼相位形成了二維搜索格子，每個格子稱為一個單元；要捕獲信號，首先需要在本地復制和衛星載波頻率和碼相位近似一致的信號，當本地的載波頻率和衛星信號的載波頻率接近且碼相位和衛星信號的碼相位一致時，捕獲模塊中的能量檢測器就會檢測到能量峰值，該能量峰值超過預先設定的門限，對應的頻率和碼相位形成的單元稱為H1單元。在錯誤的頻率或碼相位上，能量檢測器不會檢測到能量峰值，對應的單元稱為H0單元。但是由于噪聲的存在，正確的載波頻率和碼相位上能量存在一?定的概率超不過設定的門限，稱為漏捕概率；同樣在錯誤的載波頻率和碼相位上能量也存在一定的概率超過預先設定的門限，稱為虛警概率。由于虛警概率的存在，當捕獲模塊中的能量檢測器檢測到的信號能量超過設定門限時，需要判斷是否是噪聲引起的能量峰值，即消除虛警引起的能量檢測峰值，這個過程為驗證過程，通過驗證過程可以確定能量峰值對應的頻率和相位是否和衛星信號種的一致。?

驗證過程一般是個耗時的過程，一般的方法時，當能量超過門限時，再在該相位和頻率上繼續檢測N次，當其中有M次超過門限時，判決該頻率和相位為正確的，否則認為是虛警引起的能量峰值。隨著應用的不斷拓展和研究的不斷深入，現在的接收機需要在信號極弱的條件下捕獲信號，這就需要增加積分時間，積分時間增加后，傳統的串行能量檢測方法會變的太慢而難以忍受，所以一般需要提高并行度來提高捕獲速度。即需要同時在多個碼相位上進行檢測，在同時對幾個碼相位進行能量檢測時，每個相位上出現的虛警概率不變，但在所有的相位上出現一個虛警的概率就會增加，當并行度進一步增加，虛警概率就會變的很大，致使捕獲模塊需要不斷的進入驗證過程，而傳統方法的驗證過程所需要的時間一般比較長，從而使捕獲時間變的過長而使啟動時間變長。?

本發明提出了一種在并行搜索條件下的快速驗證的方法及其裝置，同是采用門限比較和相位比較來快速消除虛警，克服了并行捕獲中驗證時間過長的問題，在其他條件不變的情況下，可以加速衛星信號的捕獲過程。?

發明內容

因此，本發明的目的在于提出一種縮短衛星導航系統在并行捕獲中驗證時間的信號捕獲方法及其裝置，該方法及裝置能夠在其他條件不變的情況下，加速衛星信號的捕獲過程。?

本發明還提供了一種衛星導航系統的信號捕獲方法，其中包括H1單元初步判斷和H1單元驗證兩個步驟，其特征在于：對于給定的一個頻率，在多個碼相位上進行能量峰值檢測，確定最大能量值及其對應的相位，將該能量值與預先設定的門限進行比較，如果該能量值大于門限，?則保持該頻率不變，重新對相同的碼相位上進行N次能量峰值檢測，只要檢測到的能量最大值小于門限或者最大能量值對應的碼相位和前一次檢測到的碼相位不相等，則對該頻率上剩余相位或下一個頻率進行處理，反之，即判斷該頻率及能量最大值對應碼相位形成的單元為H1單元。?

其中，H1單元的初步判斷采用檢測到的最大能量值和門限比較的方法。?

其中，H1單元的驗證采用最大能量值和門限比較以及能量最大值對應相位比較的方法。?

其中，所述N根據檢測時的并行度和錯捕概率確定。?

其中，檢測方法為相干積分結合非相干積分的方式，或者相干積分結合差分積分的方式。?

其中，相干積分部分采用時域相關或者頻域FFT的方法。?