[發明專利]基于特征序列的北斗B1I弱信號捕獲方法

有效

• 申請號: 201610203706.7
• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN105759288B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 杜建超;趙潔;解婭寧;李媛媛;李衛斌;肖嵩
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S19/24
• 分類號: G01S19/24
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 韋全生,王品華

技術領域

本發明屬于衛星導航技術領域，涉及一種衛星信號的捕獲方法，具體涉及一種基于特征序列的北斗B1I弱信號捕獲方法，適用于北斗B1I弱信號的捕獲。

技術背景

衛星導航定位是現代社會中應用最廣泛的導航定位方式，目前全球四大衛星導航系統有美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的Galileo以及我國的北斗衛星導航系統。我國正在建設的北斗二號衛星導航系統，以提供海、陸、空全方位的全球導航定位服務為目標，目前已經成功發射21顆北斗導航衛星，向北斗系統全球組網不斷邁進。

北斗B1I信號播發D1導航電文，D1導航電文速率為50bps，并調制有速率為1kbps的二次編碼，其二次編碼采用Neumann-Hoffman碼(簡稱NH碼)。D1導航電文一個信息位寬度為20毫秒，測距碼周期為1毫秒，采用20比特的NH碼(00000100110101001110)與導航信息碼和測距碼同步調制。為此每1比特導航信息碼對應一個NH碼周期，每1比特NH碼對應一個測距碼周期，這使得每1毫秒導航數據中都有比特跳變可能。

捕獲，是搜索可視衛星，并粗略地確定衛星信號的載波頻率和測距碼相位的過程。需利用測距碼的相關性特點來實現，即將輸入的衛星信號與接收機本地復現信號進行相關運算，將運算結果峰值和門限進行比較，以確定是否捕獲到衛星，并根據峰值所在位置確定載波頻率和測距碼相位。但在叢林、室內、隧道等復雜環境中，信號能量由于多徑反射、障礙物遮擋等因素會嚴重削弱，直接進行相關處理是無法捕獲到此類弱信號的。此時需要延長相關運算時間，對相關運算結果進行累積來達到足夠大的積分增益，以捕獲到衛星信號。

傳統的捕獲弱信號的方法主要有相干積分法和非相干積分法。相干積分法是將多個連續的測距碼周期的相關運算結果對應位累加，來提高信號增益，但由于導航信息碼跳變，存在累加值相互抵消的情況，積分增益衰減，限制了積分時長。非相干積分法，將相關運算結果取模后相加，以此消除導航信息碼跳變影響，但取模過程中將噪聲進行了平方運算，引入新的噪聲，削弱輸出信噪比，帶來平方損耗。對于北斗B1I信號，存在導航信息碼跳變的同時，由于二次編碼的存在，每一毫秒都有比特跳變的可能，上述方法直接使用會帶來更大的增益損失，因此不能直接用于北斗B1I弱信號的捕獲。

為了降低二次編碼對弱信號捕獲的影響，通常采用在傳統捕獲方法的基礎上增加對NH碼的解調過程來實現，具體為循環多次遍歷長度為20比特的NH碼序列的所有可能組合進行相關運算，選取所有相關運算結果中的峰值進行捕獲判決。但此類方法在遍歷20比特NH碼序列所有組合的過程中會增加計算量，導致捕獲速度降低。如中國專利申請，申請公布號CN102928853A，發明名稱為“一種捕獲北斗D1衛星導航系統弱信號的方法”，公開了一種捕獲北斗D1衛星導航系統弱信號的方法。該方法首先對弱信號進行測距碼相位、多普勒頻率二維搜索，然后進行相干積分并收集20個相干積分結果，選取一種NH序列，與20個積分結果逐個相乘，并進行非相干積分，重復上述步驟，直到20種NH二次編碼序列遍歷完畢，將最大值進行門限判定以確定是否捕獲到信號，達到存在NH二次編碼的情況下，獲取較高的處理增益達的效果。該發明雖能剝離NH二次編碼，但需循環遍歷長度為20的NH碼序列的所有組合來實現解調，計算量大，捕獲處理時間長。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術存在的不足，提出了一種基于特征序列的北斗B1I弱信號捕獲方法，用于解決現有北斗B1I弱信號捕獲方法中存在的捕獲效率低和捕獲能力差的技術問題。

本發明實現的基本思路是：將線性生成空間的概念擴展到NH碼，選取NH碼中一定長度的特征序列，快速有效的進行NH解調，消除NH碼極性跳變對積分時長的限制，以在確定信號測距碼相位和多普勒頻移的同時確定衛星信號NH碼的相位。并將每1ms導航數據進行奇偶分組運算，以此避免相關運算時長內比特反轉，且可將NH解調后的數據塊直接累加然后進行奇偶補零，利用快速傅里葉變換進行并行相關運算，降低運算量，提高運算速度。

根據以上技術思路，實現本發明目的采用的技術方案，包括如下步驟：

步驟1，計算北斗B1I信號中NH碼的特征長度k，并根據該特征長度k設置特征序列長度為K，并從NH碼中依次截取長度為K的20個特征序列，組成特征序列庫C_K，其中k≤K≤20，其中計算北斗B1I信號中NH碼的特征長度k的實現步驟為：

步驟1a)輸入二次編碼序列的具體取值；