[發明專利]GPS信號捕獲方法與系統

有效

• 申請號: 201210128335.2
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN102662183A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 張順嵐;莫建文;歐陽寧;張彤;首照宇;袁華
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01S19/24
• 分類號: G01S19/24
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

技術領域

本發明涉及GPS(Global?Position?System，全球定位系統)弱信號捕獲領域，具體涉及一種GPS信號捕獲方法與系統。

背景技術

目前，GPS已經在全世界得到了廣泛的應用，但大多是在信號條件較理想的環境中。當信號條件不理想時，例如在室內、森林和城市等環境中，遮擋、多徑和干擾等現象較嚴重，GPS就得不到很好的應用。而這些環境恰是人類活動的主要場所，在這些環境中有很多重要的GPS應用需求，高性能GPS衛星導航接收機正是為滿足這一需求而產生的，成了導航領域的主要研究方向。而GPS信號的高靈敏度捕獲算法處在GPS接收機基帶信號處理的最前端，是提高GPS接收機性能的關鍵。

傳統的快速傅里葉變換(FFT)的頻域捕獲技術具有運算效率高的特性，但積累時間不能過長。差分相干處理技術將相干積分結果進行差分處理，延長了積累時間，提高了弱GPS信號的捕獲靈敏度。然而當接收機和GPS衛星相對速度較大時，接收機接收的GPS信號將產生較大的多普勒頻移，在長時間積分下，大多普勒頻移將對碼片速率產生較大影響，造成碼周期不準，用FFT做循環卷積時存在相關功率損失；差分相干捕獲也會引起殘余載波多普勒頻率的相關功率損失。Ziedan?N?I，焦瑞祥等人利用DBZP技術減小了FFT計算過程中由大多普勒頻移引起碼片速率變化造成的相關功率損失，然而捕獲過程中，在每個預檢測積分時間內都需要對最可靠的數據位組合進行估計，并利用它去掉先前的數據位，這樣需要較大的運算開銷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種GPS信號捕獲方法與系統，該方法與系統能夠有效降低在傅里葉變換過程中由大多普勒頻移引起碼片速率變化而造成的相關功率損失。

為解決上述問題，本發明是通過以下方案實現的：

一種GPS信號捕獲方法，包括如下步驟：

步驟一：對衛星發射GPS模擬信號進行下變頻及采樣，并設定合適的多普勒頻移變量初值及最大值即設定多普勒頻移搜索范圍，同時設定多普勒頻移搜索間隔、檢測閾值、衛星號變量初值及衛星號最大值；

步驟二：根據待搜索的衛星號及其多普勒頻率偏移產生本地偽碼信號；

步驟三：對采樣后的GPS信號和本地產生的偽碼信號進行雙塊零拓展；

步驟四：對步驟三中經雙塊零拓展后的信號利用快速傅里葉變換循環卷積進行相關運算；

步驟五：對步驟四的相關結果進行處理，并保留第一個有用信息子塊；

步驟六：對保存的有用信息子塊進行差分相干累加；

步驟七：計算步驟六中差分相干結果的相關均值，并從步驟六的差分相干結果中找出最大相關值，然后計算最大相關值與相關均值的比值(Maximum?to?mean，MTM)；

步驟八：將步驟七中計算的最大相關值與相關均值的比值與步驟一所設定的檢測閾值進行比較；若比較結果超過檢測閾值，則步驟七中最大相關值所對應的碼相位和多普勒頻移值即為初次捕獲的碼相位和多普勒頻移值；若比較結果未超過檢測閾值，則重復步驟二搜索同一顆衛星的下一多普勒頻移，當該顆衛星所設頻率點搜完后，則重復步驟二搜索下一顆衛星，直到搜索完所有的衛星，則退出捕獲，表示捕獲不成功。

為了能夠削弱殘余載波多普勒頻移造成的功率損失，作為上述方案的改進，本發明在獲得了初次捕獲的碼相位和多普勒頻移之后，還進一步包括對初次捕獲的多普勒頻移進行修正的步驟，即

步驟九：根據步驟六的差分相干結果，首先利用式①求出多普勒頻移誤差的估計值，然后根據多普勒頻移誤差的估計值利用式②對初次捕獲的多普勒頻移值進行修正；

①

上式中，為多普勒頻移誤差的估計值，T_a為相干積分時間，為下第k段碼時延為的相關結果，為下第段碼時延為的相關結果，為初次捕獲的多普勒頻移值；

②

上式中，為修正后的多普勒頻移值，為初次捕獲的多普勒頻移值，為多普勒頻移誤差的估計值；

步驟十：利用修正后的多普勒頻移對碼相位進行二次搜索，即利用修正后的多普勒頻移值重復步驟二進行捕獲，若在修正后的多普勒頻移上捕獲成功，則此時最大相關值所對應的碼相位和修正后的多普勒頻移值即為捕獲結果。

上述方案中，所述多普勒頻移搜索范圍最好為-10KHz～10KHz。

上述方案中，所述多普勒頻移搜索間隔最好為250Hz～500Hz。

上述方案中，所述檢測閾值最好介于3～7之間。

上述方案中，所述衛星號變量的初值最好為1，最大值為30。