[發明專利]基于重疊1/5比特差分循環相干積分的弱信號捕獲方法

有效

• 申請號: 201410246923.5
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN104035109A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 徐定杰;韓浩;遲曉彤;蘭曉明;張金麗;李偉東;周陽;桑靖;劉向鋒
• 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

本發明涉及的是一種信號處理方法，具體地說是信號捕獲方法。

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星定位系統，簡稱GPS。GPS能夠在全球范圍內為用戶提供精確的位置、速度、時間等信息，并且已經得到了廣泛的應用。GPS系統是發展最早，也是目前發展最為成熟的導航定位系統。由于GPS的優越性，使其受到了人們的普遍關注，它的應用范圍非常廣泛，包括可以為地球表面、近地表以及地球外太空任意地點的用戶提供導航服務，但還是存在著局限性：比如在室內、森林、城市等復雜環境中，信號將會被衰減至很弱的情況下，GPS就不能很好的進行工作。如果使GPS接收機能夠在信號較微弱的條件下進行定位工作，那么，就需要對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更高的要求，需要其有很好的對弱信號的捕獲特性，即能夠捕獲到功率足夠低的信號。當前GPS接收機所采用的捕獲技術已經是難以滿足用戶的需求。如果不能成功的捕獲到GPS信號，那么接收機后續的跟蹤和解算等功能環節的進行就無從談起，所以，為保證接收機的靈敏度，對微弱信號的捕獲算法就成為了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衛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。具體的過程就是在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，從而尋找到輸入信號的多普勒頻率和C/A碼碼相位所在位置，為后續信號的跟蹤提供初始信息。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)的循環相關算法。串行捕獲算法的優點是結構比較簡單且易于實現，但它需要對多組的碼相位和多普勒頻率的組合進行運算，運算量較大，處理速度緩慢。另一種比較典型的信號捕獲方法是基于快速傅里葉變換的循環相關算法，該方法易于實現且效率高，通過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進行快速傅里葉變換，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，即只剩下對多普勒頻移這一維的搜索，從而減少了計算量，節省了捕獲所花費的時間，提高了捕獲速度。但是該方法也是有缺陷的，那就是捕獲的精度與接收數據所選取的長度密切相關，選取的數據長度越長，精度越高，但是隨著數據長度的不斷增長，處理過程的運算量和導航數據比特翻轉的概率都會隨之增大。

通常對于GPS弱信號的捕獲處理，為了能夠獲得一個較高的載噪比，傳統的解決方法是對接收數據進行較長時間的相干積分或者是進行多次的非相干積分累加。這兩種方法都是存在著一定的缺陷的：對于相干積分來說，由于數據比特存在著跳變的限制，相干積分的長度一般是不能超過一個數據位即20ms，否則就有可能因為數據位的跳變，使得相干積分值變小甚至是出現抵消現象，所以并不能夠無限制的增加相干積分的時間；由于非相干積分法雖然可以利用平方運算克服數據位跳變的影響，但是卻也不可避免的引起了平方損耗，使信噪比的增益受到削弱，所以也不能無限制的進行非相干積分。但對于弱信號的捕獲已經成為GPS接收機的關鍵技術，因此，GPS弱信號捕獲成為當前的研究熱點。

發明內容

本發明的目的在于提供能夠較好的捕獲到弱信號、并能夠提高捕獲速度的基于重疊1/5比特差分循環相干積分的弱信號捕獲方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明基于重疊1/5比特差分循環相干積分的弱信號捕獲方法，其特征是：

(1)取一段20Mms+8ms長度的中頻信號數據，M＝1，2，3…，將該數據進行載波剝離處理，使其與本地復現的載波復正弦信號進行混頻，設定多普勒頻移范圍(ω_Dmin,ω_Dmax)以及搜索頻率步進Δω_D，同時設定檢測閾值γ；

(2)對去除載波之后的數據以L＝8ms的長度進行數據分塊處理，第一個數據塊與第二個數據塊之間有4ms的數據重疊，即有1/5比特數據重疊，第二個數據塊與第三個數據塊之間也有4ms的數據重疊，同樣是1/5比特數據重疊，以此類推，該段數據共分為5M+1塊的數據塊，將每一個數據塊進行自身疊加處理，并進行FFT變換；

(3)將本地產生的C/A碼進行FFT變換并取共軛，然后與步驟(2)的結果相乘并進行IFFT處理；