[發(fā)明專利]一種基于差分循環(huán)相干積分的GPS弱信號捕獲方法

有效

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• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN103969664A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設計）人: 沈鋒;桑靖;韓浩;周陽;李強;劉明凱;蘭曉明;遲曉彤;張金麗;李偉東
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S19/29
• 分類號: G01S19/29;G01S19/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于差分循環(huán)相干積分的GPS弱信號捕獲方法。

背景技術

20世紀70年代，美國國防部聯合陸海空三軍開始研制全球衛(wèi)星定位系統——Global Positioning System，簡稱GPS。GPS能夠為用戶提供精確的位置、速度、時間等信息，已經得到了廣泛的應用。GPS（全球定位系統）是發(fā)展最早，也是目前發(fā)展最成熟的導航定位系統。GPS的優(yōu)越性收到了大家的關注，應用范圍極其廣泛，但還是存在局限性：比如在室內、森林、城市等環(huán)境時信號被衰減至很弱的情況下，GPS就不能得到很好的應用。在GPS軟件接收機中，捕獲是接收機最先啟動的模塊，對整個接收機的性能都有重要影響。為保證接收機的靈敏度，微弱信號的捕獲算法是GPS接收機信號處理的關鍵部分。

GPS信號的捕獲過程一般是通過對該衛(wèi)星信號的載波頻率和碼相位這兩個參量值進行掃描式二維搜索來完成的。具體的說就是輸入信號的多普勒頻率和C/A碼碼相位的二維平面上尋找最大相關峰峰值，從而找到輸入信號的載波頻率和C/A碼碼相位。目前典型的捕獲方法有串行捕獲算法和基于快速傅里葉變換（FFT）的循環(huán)相關算法。串行捕獲算法的優(yōu)點是結構簡單且易于實現，但它需要進行很多碼相位和多普勒頻率的組合，運算量變大，處理速度緩慢。基于快速傅里葉變換的循環(huán)相關算法易于實現且效率高，它按照多普勒頻率范圍內的每一種多普勒頻移，對所有不確定的碼時延，計算相干積分值，這樣二維搜索空間被簡化成一維搜索空間，即多普勒頻移，從而減少了計算量，提高了捕獲速度。但是捕獲的精度與數據長度密切相關，精度越高，數據長度越長，隨著數據長度的增長，運算量和導航數據比特翻轉的概率都會增大。

對于GPS弱信號的捕獲算法，為了能夠達到較高的載噪比，傳統的解決方法是進行長時間的相干積分和多次的非相干積分。但是隨著積分時間長度的增加，信號的相干積分值會相對下降。由于數據比特跳變的影響，不能無限制的增加相干積分時間，而非相干積分會引起平方損耗也不能無限制的進行非相干積分。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的在于提供一種基于差分循環(huán)相干積分的GPS弱信號捕獲方法，能夠減小非相干積分引起的平方損耗，有效提高GPS弱信號的捕獲速度。

實現本發(fā)明目的技術方案：

一種基于差分循環(huán)相干積分的GPS弱信號捕獲方法，其特征在于:

步驟1：取一段20Mms中頻信號的數據，M=1，2，3…，對接收到的數據以L=10ms的長度進行分塊;設定多普勒頻移范圍(ω_Dmin,ω_Dmax)和搜索頻率步進Δω_D，同時設定檢測閾值γ；

步驟2：對數據比特翻轉進行估計，選取數據塊；

步驟3：將選取的數據進行載波剝離，分別與本地復制載波的同相支路上的正弦信號和正交之路的余弦信號進行混頻，得到I路信號和Q路信號；對同相和正交之路數據進行相干積分；

步驟4：將每個塊的數據和它后面相鄰塊的復數共軛相乘，即進行差分循環(huán)相關；

步驟5：將步驟4的結果相干求和，獲得峰值Y；將峰值Y與檢測閾值γ作比較，判斷信號是否捕獲成功。

步驟1中，將每20ms的數據分成兩塊，依次記為，其中m=1,2,3，…，M；

步驟2中，首先讀取前兩塊10ms的數據，即；將數據塊與本地載波相乘進去取載波處理，然后將每塊數據對應累加成1ms的數據塊，將累加后的1ms數據塊分別與本地C/A碼進行相關，比較兩組的幅值能量、大小，若則選取的數據塊,若，則選取的數據塊,其中m=1,2,3…，M。

步驟3中，對步驟2中選取的數據塊的每10ms數據累加成1ms，記為，對數據與本地載波和本地C/A碼相乘并且進行相干積分后表示為：