[發明專利]基于重疊多塊補零算法的弱信號捕獲方法

有效

• 申請號: 201710543992.6
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107247276B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 孫錦華;呂珊珊;岳家弘;王昊
• 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: 61205 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發明公開了一種基于重疊多塊補零算法的弱信號捕獲方法，主要解決現有雙塊補零方法中相干積累長度和分塊數固定不變的缺陷。其實現方案是：在接收端，將接收到的射頻信號依次進行濾波、下變頻和數字采樣，得到原始基帶復信號；將發送端采用的導航數據經過擴頻調制和成形偏移正交相移鍵控調制，得到原始本地信號；引入相干積累擴展數據和步進因子，對原始基帶復信號和本地信號進行分塊組合，得到新的基帶復信號數據塊和新的本地信號數據塊；對新的基帶復信號數據塊和新的本地信號數據塊進行圓周相關，得到相關值數據；根據相關值數據中出現的峰值，判定捕獲是否成功。本發明能在小頻偏下獲得更好的捕獲性能，可用于數據傳輸、衛星定位導航。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，特別涉及一種對弱信號的捕獲方法，可用于數據傳輸、衛星定位導航和測距。

背景技術

隨著衛星導航技術的不斷發展，全球導航定位系統GNSS的應用越來越廣泛，美國、俄羅斯、中國、歐盟等都制定了加快發展全球衛星導航技術的政策與計劃。無盲區、高靈敏度的定位與導航成為目前最新的技術發展方向，這就要求實現高動態環境下對弱信號的快速捕獲。

傳統弱信號捕獲算法中，串行捕獲算法通過不斷地調整本地載波頻率和本地碼相位來實現信號捕獲，是一個二維搜索過程；并行頻率搜索算法利用一次FFT變換實現頻率搜索，對碼相位進行一維搜索；并行碼相位搜索將時域相關運算變換為頻域的乘積運算，通過IFFT變換一次求出各個碼相位的相關值，對頻率進行一維搜索。這種傳統捕獲算法存在計算量大、耗時長和硬件資源消耗大的問題。

針對這一問題，Lin.D.M.在“Comparison of Acquisition Methods forSoftware GPS Receiver”(Proceedings of the Institute of Navigation’s ION GPS,2000:2385～2390)中討論了GPS軟件接收機捕獲微弱信號的問題，采用了20ms的相干積分時間，提出了雙塊補零算法DBZP，其核心思想是將長的相關積分操作分割為多個短的相干積分操作，然后采用傅里葉變換進行圓周相關，能夠一次計算出所有多普勒頻移的相干累積，運算量大大減小。在此基礎上，Ziedan N.I.考慮了導航數據位跳變的影響，在“UnaidedAcquisition of Weak GPS Signals Using Circular Correlation or Double BlockZero Padding”(Position Location and Navigation Symposium(PLANS),2004:461～470)中提出了修正DBZP算法MDBZP，引入多普勒補償和頻移減少技術，解決了DBZP總積分時間受限制的問題。Heckler G.W.和Garrison J.L.在“Implementation and Testing of anUnaided Method for the Acquisition of Weak GPS C/A Code Signals”(Navigation,2009,56(4):241～259)中提出快速MDBZP算法FMDBZP，該算法去除了冗余的FFT計算，減小了計算量，提高了算法效率。張文在FMDBZP的基礎上提出減小計算量和節省計算空間的改進算法IFMDBZP，該算法重點討論了導航數據位組合、碼相位和多普勒頻移的篩選機制。2016年，孟騫等人提出一種改進雙塊補零北斗導航接收機弱信號捕獲方法，該算法對參與塊內相關運算的基帶信號和本地測距碼分別進行重構，解決了塊內點數與快速傅里葉變換輸入點數之間的矛盾，提高了北斗導航接收機弱信號捕獲性能。

上述這些基于DBZP的算法主要考慮的是導航數據比特跳變引起檢測性能下降的問題，集中對DBZP完成塊內循環相關和移塊操作后得到的相關值矩陣的頻域變換和檢測判決部分進行優化和簡化。然而在DBZP中，分塊長度和分塊數由頻率分辨率和多普勒頻偏搜索范圍確定且固定不變，為保證較大的多普勒頻偏搜索范圍，采用的分塊長度較短，但是當頻偏較小時，短的分塊長度會導致檢測性能下降和運算量增加。

發明內容