[發(fā)明專(zhuān)利]衛(wèi)星信號(hào)捕獲的方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711276797.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109884671B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐敏
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海司南衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01S19/24
• 分類(lèi)號(hào): G01S19/24
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 吳天

本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星信號(hào)的捕獲方法。該方法利用導(dǎo)航電文每一個(gè)子幀前兩個(gè)字的可預(yù)測(cè)性，通過(guò)控制中頻數(shù)據(jù)和PN碼數(shù)據(jù)的獲取時(shí)刻，從該獲取時(shí)刻獲得相應(yīng)的中頻數(shù)據(jù)和PN碼數(shù)據(jù)，處理中頻數(shù)據(jù)和PN碼數(shù)據(jù)以判決是否捕獲到衛(wèi)星信號(hào)，在捕獲處理及判決過(guò)程中，利用導(dǎo)航電文前兩個(gè)字的可預(yù)測(cè)性對(duì)中頻數(shù)據(jù)和PN碼數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航電文剝離處理，這樣，實(shí)現(xiàn)相干積分時(shí)間的延長(zhǎng)，從而獲得捕獲靈敏度的提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及衛(wèi)星信號(hào)處理領(lǐng)域，具體地涉及衛(wèi)星信號(hào)的捕獲和跟蹤領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在實(shí)現(xiàn)GNSS衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤過(guò)程中，為了能讓接收機(jī)在啟動(dòng)后成功地跟蹤、鎖定某顆衛(wèi)星的信號(hào)，接收機(jī)需要通過(guò)前期的捕獲過(guò)程來(lái)估算衛(wèi)星信號(hào)的載波頻率和碼相位這兩個(gè)參數(shù)值，并且這些信號(hào)參數(shù)的估計(jì)值的誤差必須分別小于載波環(huán)和碼環(huán)的牽入范圍，然后接收機(jī)根據(jù)這些信號(hào)參數(shù)值初始化跟蹤環(huán)路，使得跟蹤環(huán)路能夠?qū)邮者M(jìn)行牽入，直到成功進(jìn)入正常的跟蹤狀態(tài)為止。在前期的衛(wèi)星信號(hào)捕獲過(guò)程中，根據(jù)相關(guān)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的方式不同，信號(hào)搜索捕獲算法可以分為線性搜索、并行頻率搜索、并行碼相位搜索等。

線性搜索對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的載波頻率及碼相位這二維進(jìn)行掃描式二維搜索，捕獲單元實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的相干積分和非相干積分，并根據(jù)所獲得的積分結(jié)果及捕獲閾值進(jìn)行捕獲判決，從而完成最終的捕獲，其中，捕獲閾值的選擇取決于捕獲算法所選擇的相干積分及非相干積分時(shí)間。并行頻率搜索算法在線性搜索算法的基礎(chǔ)上通過(guò)傅里葉變換實(shí)現(xiàn)頻率的并行搜索。并行碼相位搜索算法利用快速傅里葉變換的特性實(shí)現(xiàn)碼相位的并行搜索。

然而，上述算法均受限于導(dǎo)航電文的比特反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致捕獲算法設(shè)計(jì)過(guò)程中相干積分時(shí)間不能太長(zhǎng)；另外，非相干積分次數(shù)的增加一定程度上可以提高信噪比，獲得捕獲靈敏度的改善，但是，非相干積分中的平方損耗卻導(dǎo)致非相干積分次數(shù)增加使得捕獲靈敏度的改善存在理論極限。

現(xiàn)有的北斗地球靜止軌道衛(wèi)星(GEO)、星基增強(qiáng)系統(tǒng)衛(wèi)星(SBAS)等衛(wèi)星系統(tǒng)采用500bps導(dǎo)航電文速率，這會(huì)導(dǎo)致相干積分時(shí)間短，捕獲靈敏度較低，此種問(wèn)題已經(jīng)成為接收機(jī)靈敏度性能的瓶頸。

鑒于此，非常期望提供具有改善的信號(hào)捕獲靈敏度的信號(hào)捕獲方法或裝置，從而改善現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

首先，本發(fā)明針對(duì)捕獲過(guò)程中衛(wèi)星導(dǎo)航電文比特翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致的相干積分時(shí)間短，進(jìn)而，導(dǎo)致信號(hào)捕獲靈敏度低的問(wèn)題，利用導(dǎo)航電文每一個(gè)子幀的前兩個(gè)字的可預(yù)測(cè)性，提出了一種通過(guò)控制中頻數(shù)據(jù)和PN碼數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)獲取時(shí)刻，并利用導(dǎo)航電文每一個(gè)子幀前兩個(gè)字的可預(yù)測(cè)性而控制數(shù)據(jù)獲取的PN碼數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量，進(jìn)而，處理數(shù)據(jù)獲取的中頻數(shù)據(jù)和PN碼數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航電文剝離的衛(wèi)星信號(hào)捕獲方法，實(shí)現(xiàn)相干積分時(shí)間的延長(zhǎng)，從而獲得捕獲靈敏度的提高。該方案并不局限于所述及的500bps衛(wèi)星信號(hào)，針對(duì)50bps衛(wèi)星信號(hào)，也可以采用同樣的捕獲方案實(shí)現(xiàn)接收靈敏度的突破。

其次，除了采取數(shù)據(jù)獲取并且實(shí)時(shí)處理的模式以外，本申請(qǐng)的信號(hào)捕獲裝置還可以采取數(shù)據(jù)獲取及延遲處理的模式(在將一定量的中頻數(shù)據(jù)和PN碼數(shù)據(jù)獲取完成后，再對(duì)已經(jīng)獲取到的中頻數(shù)據(jù)和PN碼數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲處理及判決操作以確定是否捕獲成功)，該模式提高了幀頭前后時(shí)刻數(shù)據(jù)的利用率，實(shí)現(xiàn)了快速的信號(hào)捕獲。同時(shí)，通過(guò)采用數(shù)據(jù)獲取及延遲處理的模式使得信號(hào)捕獲裝置的數(shù)據(jù)處理不依賴(lài)于采樣速率，從而提高了捕獲效率，適用于其他GNSS信號(hào)及通信系統(tǒng)運(yùn)算量高度密集模塊的設(shè)計(jì)。

此外，本發(fā)明所提出的捕獲解決方案，在接收機(jī)時(shí)間可用的前提下實(shí)現(xiàn)，適用于所有GNSS衛(wèi)星信號(hào)的高靈敏度捕獲。

本申請(qǐng)?zhí)岢黾夹g(shù)方案詳細(xì)敘述如下。

在一方面中，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N衛(wèi)星信號(hào)的捕獲方法，所述方法包括：衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射時(shí)間估計(jì)操作，包括：獲取接收機(jī)時(shí)間，對(duì)接收機(jī)時(shí)間的誤差進(jìn)行估計(jì)以產(chǎn)生接收機(jī)時(shí)間的估計(jì)值，獲取衛(wèi)星信號(hào)傳輸時(shí)間的估計(jì)值，并根據(jù)所述接收機(jī)時(shí)間的估計(jì)值以及所述衛(wèi)星信號(hào)傳輸時(shí)間的估計(jì)值確定衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射時(shí)間的估計(jì)值及誤差范圍。