[發明專利]提高微弱GNSS信號處理增益的捕獲系統

有效

• 申請號: 201410040252.7
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103809193A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 劉田;周文濤;黃凌;陳曉萍
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十研究所
• 主分類號: G01S19/30
• 分類號: G01S19/30
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

技術領域

本發明關于導航通信領域，微弱全球導航衛星系統GNSS信號捕獲系統。

技術背景

微弱GNSS信號捕獲技術是實現弱信號GNSS導航的核心技術之一，也是全球導航衛星系統（GNSS）領域的研究難點之一。對于衛星導航信號，在地表附近空曠的條件下衛星導航信號的強度在-130dBm左右，其載噪比大約為45dB-Hz，當有建筑物或植被的遮蔽時信號強度會衰減。通常把載噪比大于45dB-Hz的信號視為強信號，把小于28dB-Hz的信號視為微弱信號。對于GNSS民用衛星信號來說,信號功率的大幅衰落使接收機無法檢測信號完成定位。信號能量的衰減是高靈敏度衛星導航接收機面臨的主要問題。

擴頻通信系統由于在發送端擴展了信號頻譜，在接收端解擴還原了信息，這樣的系統帶來的好處是大大提高了抗干擾容限。理論分析表明，各種擴頻系統的抗干擾性能與信息頻譜擴展后的擴頻信號帶寬比例有關。一般把擴頻信號帶寬W與信息帶寬△F之比稱為處理增益GP，它表明了擴頻系統信噪比改善的程度。除此之外，擴頻系統的其他一些性能也大都與GP有關。因此，處理增益是擴頻系統的一個重要性能指標。抗干擾容限MJ與擴頻處理增益GP成正比，擴頻處理增益提高后，抗干擾容限大大提高，甚至信號在一定的噪聲湮沒下也能正常通信。通常的擴頻設備總是將用戶信息(待傳輸信息)的帶寬擴展到數十倍、上百倍甚至千倍，以盡可能地提高處理增益。

以GPS、GALILEO、GLONASS為代表的全球導航衛星系統（GNSS）均以直接序列擴頻技術為基礎。信號捕獲是一個對偽碼和多普勒頻偏進行二維搜索的過程，通過對不同多普勒頻偏下的偽碼進行相關運算，實現時頻同步。在微弱信號電平下，常需要采用較長的積分時間以增加處理增益，并采用并行相關器結構以優化捕獲時間。由于碼多普勒會造成接收信號與本地偽碼的相對滑動，導致長時間積分運算出現相關損失。現有研究提出了利用載波和碼多普勒間的比例關系，根據載波頻偏搜索的頻率間隔進行碼多普勒頻移補償，以減小積分過程中由碼多普勒頻移造成的相位滑動。

在現有技術中，多普勒補償后仍存在碼多普勒殘差，受載波頻率搜索步長的限制，載波頻偏搜索步長越大，碼多普勒殘差越大。碼多普勒殘差同樣會引起碼相位滑動，從而限制了微弱信號電平下積分時間的進一步增加：當偽碼相位滑動超過一個碼片時，積分能量將不能積累到同一碼相位上，導致延長積分時間達不到提高處理增益的目的。

發明內容

為了克服微弱信號捕獲中，碼多普勒頻偏限制了積分時間，導致處理增益受限的問題，本發明提供一種能夠增加GNSS捕獲系統處理增益，并能避免積分運算相關損失的微弱GNSS信號處理增益捕獲系統。

本發明的上述目的可以通過以下措施來實現，本發明提供本發明提供一種提高微弱GNSS信號處理增益的捕獲系統，包括：本地偽碼產生器1、射頻處理單元2、抽頭延遲線模塊3、乘法器4，并行相關單元7、峰值判決模塊9和相關運算單元10，其特征在于：并行相關單元7與峰值判決模塊9之間設有由數據存儲模塊11串聯組合相加模塊12組成的擴展積分單元8；并行相關運算單元7對來自射頻處理單元2的接收信號和來自本地偽碼發生器1的本地擴頻碼進行并行相關運算，將運算處理結果送入擴展積分單元8進行擴展積分，并將擴展積分結果送入峰值判決單元9與門限電路設置的相關峰判決門限進行比較，峰值判決單元9通過門限比較，執行捕獲是否完成的判斷，完成信號捕獲。

本發明相比于現有技術具有如下有益效果。本發明通過并行相關單元7與峰值判決模塊9之間設置的擴展積分單元8，能夠以較少的硬件資源消耗開銷，增加GNSS捕獲系統的處理增益，相對于傳統GNSS捕獲技術，在實現微弱信號快速捕獲方面具有如下明顯優勢：

第一，利用所述擴展積分技術，可有效地減小碼多普勒引起的相位滑動對相關運算積分時間的限制，突破傳統GNSS捕獲系統的積分時間上限，從而提高捕獲靈敏度。

第二，本發明實現簡單，只需要在傳統捕獲系統中增加擴展積分單元(8)，對其余電路不需要重新設計；從復雜度和資源開銷的角度，該算法在可編程門陣列芯片(FPGA)上實現時，只需消耗少量加法邏輯和存儲器。

由于碼多普勒頻偏限制了傳統相關運算的最大積分時間。在傳統相關運算的基礎上，本發明利用擴展積分單元實現了積分時間增加，從而解決了處理增益受限的問題。本發明資源消耗少，只需要在傳統捕獲系統中增加擴展積分單元8，對其余電路無須重新設計。

附圖說明

圖1是本發明提高微弱GNSS信號處理增益的捕獲系統電路原理示意圖。