[發(fā)明專利]高靈敏度導航衛(wèi)星信號非線性捕獲方法及裝置

無效

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• 申請日: 2012-05-23
• 公開（公告）號: CN102680988A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設計）人: 莫建文;張順嵐;張彤;首照宇;袁華;歐陽寧;陳利霞
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01S19/30
• 分類號: G01S19/30;G01S19/29
• 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(fā)明適用于弱導航衛(wèi)星信號捕獲領域，具體涉及一種高靈敏度導航衛(wèi)星信號非線性捕獲方法及裝置。

背景技術

近年來，全球定位系統(tǒng)（Global?Positioning?System,GPS）已經得到越來越廣泛的應用。隨著這項定位技術發(fā)展的不斷深入，用戶對其使用要求也越來越高，無盲區(qū)、高靈敏度、實時定位與導航成為該技術發(fā)展的方向。然而，絕大多數(shù)使用手持定位設備的用戶分布在高樓密集的城市地區(qū)，且大部分時間處于室內。由于受到的遮擋、多徑和干擾等現(xiàn)象較嚴重，與普通環(huán)境相比，GPS信號在室內環(huán)境中，能量有更多的削弱和衰落，到達時間有更大的延遲，接收信噪比有更大程度的惡化，所以，其可用性和定位精度都會大大下降，GPS的總體性能嚴重惡化。在室內等低信噪比環(huán)境下，對GPS接收機最先啟動的工作部分，即捕獲功能模塊的性能指標提出了更高的要求，必須能夠快速高靈敏度捕獲低信噪比環(huán)境下的信號。但是，目前的GPS捕獲技術幾乎很難滿足這一要求，現(xiàn)有的GPS接收機在室內等環(huán)境下很難工作。常見的相干積分、非相干積分、差分相干積分等捕獲方法能在一定程度上提高靈敏度，但均要求積累時間較長，無法滿足室內弱信號高靈敏度及實時捕獲的要求。如果GPS信號不能被快速高靈敏度捕獲到，那么后續(xù)的所有功能都將受影響，比如跟蹤、導航電文提取、位置解算等。

2011年04月《系統(tǒng)工程與電子技術》第33卷第4期中提出了一種“基于隨機共振的高靈敏度GPS信號捕獲算法”，該算法首先用部分匹配濾波器對GPS信號進行分段相關預處理，然后利用隨機共振提高預處理后信號的信噪比，實現(xiàn)在相對較短的相關累積時間內獲得較高的捕獲靈敏度。然而該算法在GPS信號多普勒頻移較大且積累時間較長時，將造成碼片速率發(fā)生較大變化，從而對碼周期產生較大影響，當對數(shù)字中頻信號與本地信號做相關時，會造成相關峰值衰減較大，從而影響捕獲靈敏度；并且，上述算法中的部分匹配濾波是一小段一小段做相關，造成預處理過程耗時較大，難以達到快速高靈敏度GPS信號捕獲的要求。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種高靈敏度導航衛(wèi)星信號非線性捕獲方法及裝置，該方法與裝置能夠有效減小大多普勒頻率造成相關過程中相關功率的損失；利用非線性系統(tǒng)-雙穩(wěn)隨機共振系統(tǒng)的特性，即在一定條件下，噪聲能量會向信號能量轉移的特性，最大限度地提高GPS信號捕獲靈敏度；并且可以極大限度地減小捕獲時間，為弱GPS信號的實時高靈敏度捕獲提供技術支持。

為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明一種高靈敏度導航衛(wèi)星信號非線性捕獲方法，包括如下步驟：

步驟一：對導航衛(wèi)星發(fā)射的衛(wèi)星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、MTM（最大相關值與相關均值的比值）的檢測閾值、雙穩(wěn)隨機共振系統(tǒng)參數(shù)、衛(wèi)星號變量初值及衛(wèi)星號最大值；

步驟二：根據(jù)待搜索的導航衛(wèi)星號及多普勒頻率偏移產生本地偽碼衛(wèi)星信號；

步驟三：分別對采樣后的衛(wèi)星信號和本地偽碼衛(wèi)星信號進行雙塊零拓展；

步驟四：對經雙塊零拓展后的衛(wèi)星信號和本地偽碼衛(wèi)星信號利用快速傅里葉變換循環(huán)卷積進行相關運算；

步驟五：對相關結果進行處理，并保存相關結果的實部信號；

步驟六：對相關結果的實部信號進行二次采樣隨機共振；

步驟七：對步驟六中輸出的信號做傅里葉變換并取模；

步驟八：對每一顆衛(wèi)星，在頻率方向和碼延時方向上尋找步驟七中取模后的最大值；即對每一顆衛(wèi)星，首先尋找初始頻率對應的步驟七中取模后的最大值并保存；然后重復步驟二找出下一多普勒頻率對應的步驟七中取模后的最大值并保存，直到保存該顆衛(wèi)星的所有頻率對應的步驟七中取模后的最大值；最后再從上述所有頻率對應的取模后的最大值中找出一個最大值作為該顆衛(wèi)星取模后的最大值；

之后，將該顆衛(wèi)星取模后的最大值同步驟一中設定的檢測閾值進行比較，如果該最大值大于步驟一中設定的檢測閾值，則該最大值所對應的頻率和碼延時即為要捕獲的多普勒頻率和碼延時；如果該最大值未超過步驟一中設定的檢測閾值，則重復步驟二搜索下一顆衛(wèi)星，直到搜索完所有的衛(wèi)星，則退出捕獲，此時表示捕獲不成功。

上述步驟六所述二次采樣隨機共振步驟包括二次采樣和隨機共振步驟，即首先對保存的相關結果的實部信號進行二次采樣，使采樣后信號的頻率符合小參數(shù)隨機共振的要求；然后讓采樣后的信號進入雙穩(wěn)隨機共振系統(tǒng)，并進行共振輸出。

上述多普勒頻移搜索范圍最好為-10KHz～10KHz。