[發明專利]一種高軌航天器BDS弱信號快速捕獲方法

有效

• 申請號: 201310438975.8
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103499825A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 聞長遠;柯颋;王猛;李興國;高陽;王爍;陸華;岳富占
• 申請（專利權）人: 航天恒星科技有限公司
• 主分類號: G01S19/30
• 分類號: G01S19/30
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種高軌航天器BDS（北斗導航系統）弱信號快速捕獲技術，可用于對調制有NH碼（Neumann-Hoffman碼）等二次編碼的衛星導航信號進行弱信號快速捕獲，屬于衛星應用領域。

背景技術

高軌航天器近年來在陸地和海洋通信、氣象探測、教育應用、電視直播、災難預警等方面都發揮著重要作用，特別是地球靜止軌道航天器，以其獨特的對地靜止特性，成為通信、氣象、偵察、授時以及跟蹤與數據中繼和科學研究等地球衛星的重要軌道資源。我國對高軌航天器需求的數量逐年增加，高軌航天器的自主導航已經成為我國迫切需要發展的航天新技術。

全球衛星導航系統憑借其全球、全天候、連續和高精度的特點，在國防、國家安全、經濟安全和社會生活中發揮著重要的作用。我國正在抓緊實施建設具有全球覆蓋能力的BDS(北斗導航系統)，預計到2020年具備基本的運行能力。在高軌航天器上使用導航接收機成為各類工程應用的熱點。

由于高軌航天器軌道高度高于導航星座，接收機需要接收來自地球對面的導航衛星信號。地球的遮擋以及信號傳播距離增加造成接收功率降低等因素，將導致使用常規接收技術存在可見星數減少、導航信號持續時間短、接收信號功率微弱等缺點。

解決接收導航信號功率微弱的基本思路是采用多周期信號能量累積，通過對多個1ms相關值的累積求和（相干累積、非相干累積），帶來信噪比提升。但是BDS存在NH碼，將在捕獲過程中，由于NH碼相位未知導致相干累積長度受限的問題；若僅采用非相干累積處理，此時需要處理的數據將比相干累積時的數據更加龐大，同時降低了捕獲速度，從而造成高軌接收BDS信號的困難。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種高軌航天器BDS弱信號快速捕獲方法，本發明能克服由于NH碼相位未知而限制相干累積長度導致無法高效提升累積處理增益的問題，可用于設計具有較高捕獲靈敏度水平的BDS導航接收機，實用性強。

本發明的技術解決方案是：

一種高軌航天器BDS弱信號快速捕獲方法，包括步驟如下：

（1）獲取本地多普勒頻移值下的1ms數據，將其補零至2ms，并對該數據進行FFT變換，取共軛后得到數據1；

（2）將接收的中頻信號進行數字采樣后分別進行連續的2ms數據緩存，即第1ms與第2ms進行緩存，第2ms與第3ms進行緩存，依次緩存20組，得到數據2；

（3）將步驟（2）中得到的數據2中的每組2ms數據分別依次與20比特NH碼的一個碼片相乘，所述NH碼為0,0,0,0,0,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,0，得到20組與NH碼相乘之后的數據3；

（4）對步驟（3）得到數據3中的20組2ms數據進行相干累積，得到長度為2ms的相干累積值，并進行FFT操作得到數據4；

（5）分別將數據4和數據1依次對位進行相乘，得到數據5，對數據5再進行IFFT變換得到數據6；

（6）對數據6進行多次非相干累積，得到1組數據7；

（7）利用奈曼-皮爾斯準則對數據7進行捕獲門限判決，判斷是否成功捕獲信號，若成功捕獲信號進入步驟（9），否則判斷20個NH碼相位是否搜索完成，若沒有搜索完成則進入步驟（8），若搜索完成更改本地多普勒頻移值進入步驟（1）；

（8）對20比特的NH碼循環移位一個碼片，進入步驟(2)，重復步驟（2）～(7)；

（9）捕獲結束。

本發明與現有技術相比的有益效果是：

（1）本發明針對相干累積時NH碼相位未知導致無法進行長時間累積問題，采用對2ms數據的重疊累積，消除了該影響，延長相干累積時間至20ms，從而提高BDS信號的捕獲靈敏度。

（2）本發明采用了對重疊累積值進行非相干累積的方式，進一步提高處理增益。

（3）本發明采用基于FFT/IFFT并行碼相位快速搜索，工程上極大得提高了捕獲速度，降低了對20msNH碼自相關運算帶來的資源損耗。

附圖說明

圖1為本發明方法流程圖；

圖2為本發明2ms數據重疊累積的NH碼搜索原理示意圖；

圖3本發明為輸入信號與NH碼相乘示意圖；

圖4本發明為NH碼自相關示意圖；

圖5本發明為2ms數據重疊累積處理流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行進一步的詳細描述。