[發(fā)明專利]一種COMPASS信號(hào)的快速捕獲方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210218285.7
• 申請(qǐng)日: 2012-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN102707297A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊奕飛;蘇麗娜;李效龍;張冰;齊亮;袁偉;王玉龍;胡偉華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S19/29
• 分類號(hào): G01S19/29
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 夏雪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，具體涉及COMPASS信號(hào)的捕獲方法。

背景技術(shù)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)正在實(shí)施的自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，分為北斗一代(Beidou?I)和北斗二代(COMPASS或Beidou?II)兩個(gè)階段。COMPASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成后將提供兩種服務(wù)，一種是針對(duì)非授權(quán)用戶的開放服務(wù)，另一種是針對(duì)授權(quán)用戶的授權(quán)服務(wù)。開放服務(wù)在全球范圍內(nèi)定位精度可達(dá)10m，授時(shí)精度可達(dá)20ns，測(cè)速精度為0.2m/s。授權(quán)服務(wù)可以提供更高精度的定位、授時(shí)、測(cè)速服務(wù)。局部區(qū)域內(nèi)差分定位精度可以達(dá)到1m，并且可以利用COMPASS衛(wèi)星進(jìn)行報(bào)文通信。

COMPASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS、伽利略系統(tǒng)在載波頻率、信號(hào)結(jié)構(gòu)和定位原理等方面有很多相似之處。根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟的登記，COMPASS衛(wèi)星將發(fā)射B1、B2、B3、B1-2四種頻率的信號(hào)，這些信號(hào)均采用QPSK調(diào)制，B3為單通道信號(hào)，B1、B2、B1-2信號(hào)分為同相I和正交Q兩個(gè)通道，其中，I通道由余弦載波調(diào)制，開發(fā)服務(wù)，Q通道由正弦載波調(diào)制，授權(quán)服務(wù)，接收信號(hào)可以表示為：

s_b(b)＝D(t-τ_d)C(t-τ_d)exp(j2πf_Dt+θ)+n_b(t)

其中，D(t)為導(dǎo)航電文，C(t)為擴(kuò)頻碼序列，τ_d為時(shí)延，f_D為包含多普勒頻移的載波頻率，θ為初始相位，n_b(t)為噪聲，t為信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間。

B1和B2上調(diào)制的偽隨機(jī)碼都是碼長(zhǎng)2046bits的Gold碼，由11級(jí)移位寄存器產(chǎn)生，B1的I通道Gold碼是由兩個(gè)11級(jí)移位寄存器模2和生成。

目前，導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)的常見捕獲方法主要有三種：

(1)滑動(dòng)相關(guān)捕獲法

滑動(dòng)相關(guān)捕獲算法采用碼相關(guān)器和載波相關(guān)器，對(duì)碼相位和載波進(jìn)行串行的搜索方式。先設(shè)置載波頻率為某一值，在這個(gè)基礎(chǔ)上將當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生的某一衛(wèi)星的偽隨機(jī)碼碼元每次移動(dòng)1/2位，與輸入信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，每次的相關(guān)結(jié)果與捕獲門限進(jìn)行比較。如果當(dāng)?shù)卮a元移動(dòng)了一個(gè)偽隨機(jī)碼周期時(shí)仍未超過捕獲門限，則重新設(shè)置載波頻率，再次重復(fù)上述過程；只有當(dāng)載波頻率、當(dāng)?shù)卮a元與信號(hào)的真實(shí)值接近時(shí)，相關(guān)結(jié)果會(huì)超過捕獲門限，如果遍歷所有情況仍然未超過捕獲門限，則說明信號(hào)中不存在該衛(wèi)星的信號(hào)。

滑動(dòng)相關(guān)捕獲法運(yùn)算量非常大，一般適合硬件處理，軟件接收機(jī)采用滑動(dòng)相關(guān)捕獲法的話，捕獲速度會(huì)非常慢。該搜索方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，易于實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是搜索耗時(shí)較長(zhǎng)。

(2)頻域并行捕獲算法

由于滑動(dòng)相關(guān)捕獲算法運(yùn)算量大，要搜索到全部可視衛(wèi)星需要時(shí)間很長(zhǎng)，如果對(duì)兩個(gè)需要搜索的方面同時(shí)進(jìn)行，可以大大地節(jié)省時(shí)間，基于這種思想就有了頻域并行捕獲算法。頻域并行捕獲算法計(jì)算過程是本地產(chǎn)生的所對(duì)應(yīng)衛(wèi)星的偽隨機(jī)碼序列，輸入信號(hào)先與本地偽隨機(jī)碼相乘解擴(kuò)，相乘后的信號(hào)通過FFT轉(zhuǎn)換到頻域。只有當(dāng)本地偽隨機(jī)碼和輸入信號(hào)的碼相位接近時(shí)，F(xiàn)FT后輸出的頻域信號(hào)波形將顯示一個(gè)特別的峰值，這個(gè)峰值對(duì)應(yīng)的一個(gè)頻率點(diǎn)，如果這個(gè)峰值大于預(yù)設(shè)門限，該頻率就是捕獲到的載波頻率，該峰值對(duì)應(yīng)的碼相位就是捕獲到的碼相位。如果輸入信號(hào)中含有其他衛(wèi)星的信號(hào)，由于各個(gè)衛(wèi)星的偽隨機(jī)碼具有良好的自相關(guān)性，但其互相關(guān)性很差，所以其他衛(wèi)星信號(hào)與本地偽隨機(jī)碼相乘后將被衰減而沒有出現(xiàn)顯著的峰值。

滑動(dòng)相關(guān)捕獲要分別搜索碼相位和載波頻率，而頻域并行捕獲只需搜索碼相位，減少了運(yùn)算量，但要對(duì)每個(gè)碼相位作一次FFT，增加了運(yùn)算復(fù)雜程度。

(3)碼相位并行捕獲法

搜索空間的碼相位數(shù)量大于頻率數(shù)量，頻域并行捕獲省去了頻率搜索，但增加了每個(gè)碼相位的FFT變換，如果對(duì)碼相位搜索并行處理而頻率搜索串行處理，則總耗時(shí)將比滑動(dòng)相關(guān)捕獲和頻域并行捕獲都小，根據(jù)這種思路設(shè)計(jì)了并行碼相位捕獲算法。

接收輸入信號(hào)先與本地載波相乘解調(diào)得到X(n)，然后進(jìn)行FFT運(yùn)算變換到頻域。本地偽隨機(jī)碼先FFT變換到頻域，再作復(fù)共軛變換后與X(n)的頻域信號(hào)相乘，其結(jié)果再通過IFFT輸出，結(jié)果反映了輸入信號(hào)和本地偽隨機(jī)碼的相關(guān)性。如果輸出信號(hào)出現(xiàn)相關(guān)峰，如果峰值大于預(yù)設(shè)門限，則峰值對(duì)應(yīng)的碼相位就是捕獲到的碼相位，對(duì)應(yīng)的頻率就是捕獲到的載波頻率。