[發明專利]一種自適應可變搜索范圍的GNSS信號快速捕獲方法

有效

• 申請號: 201911270847.0
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN110954926B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 毋蒙;許東歡;臧中原;董亮;何浩
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01S19/24
• 分類號: G01S19/24;G01S19/30;G01S19/29
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 圣冬冬

本發明提出了一種自適應可變搜索范圍的GNSS信號快速捕獲方法，基于FPGA實現包括以下步驟：S1.將待捕獲衛星劃分為失鎖重捕、曾捕獲、未捕獲三種狀態，并實時估算多普勒頻移；S2優先展開失鎖重捕狀態衛星的捕獲；S3.其次展開對曾捕獲狀態衛星的捕獲；S4.最后展開對未捕獲狀態衛星的捕獲；S5.按照給定的衛星號與多普勒頻移，結合預設的低頻搜索范圍/高頻搜索范圍捕獲模式，選擇先低后高或者先高后低的策略進行。與傳統的頻率并行捕獲方法不同，本發明突破框架限制，擴展了多普勒頻移搜索范圍，節省了邏輯資源與搜索時間，實現了在導彈不同速度情況下對GNSS信號的自適應捕獲目的。

技術領域

本發明涉及衛星導航技術領域，特別涉及的是最高速度極大的彈載接收機對GNSS信號的自適應變搜索范圍的快速捕獲方法。

背景技術

GNSS(Global?Navigation?Satellite?System)是全球導航衛星系統的簡稱，其定位原理是接收多顆衛星的信號，經過載波解調、偽碼解擴、電文解碼后獲取導航電文，從中提取出星歷信息，計算出衛星的發射時間、位置、速度、偽距等觀測量，進而計算接收機所處位置與速度。與慣性導航相比，衛星導航具有不隨時間發散的優點，因而，隨著飛行時間及射程的不斷增長，定位精度要求的不斷提高，導彈越來越依賴于衛星/慣性的組合導航方式。

實現GNSS定位的首要條件是完成對衛星信號的捕獲，即獲取該衛星信號的偽碼相位、多普勒頻移等信息，以此初始化跟蹤環路，實現信號的穩定跟蹤及后續解算步驟。多個通道的并行捕獲，涉及較多并行運算，因而通常采用FPGA實現。而對于功能高度集成化的彈載信息處理平臺，FPGA除了實現衛星導航相關功能外，還要完成信息解算、信號收發、通訊接口控制等功能，為捕獲模塊分配的邏輯資源有限。在此情況下，基于分段累加+DFT的快捕方法是一種合適的頻域并行搜索方法，DFT運算時涉及的加法，乘法運算則通過分時復用加法器，乘法器實現，可以節省大量FPGA資源，同時，相比傳統的時域串行搜索法，該方法耗時極短，兼顧了導彈加速度的影響。

導彈的最大飛行速度極高，由此帶來的多普勒頻移很大，因此，相比于普通的低速接收機，彈載接收機在GNSS信號捕獲設計時面臨以下幾個難點：

(1)若搜索范圍設置不當，未覆蓋導彈運動產生的最大多普勒頻移，由于頻譜混疊效應，捕獲模塊將給出錯誤的頻率信息，導致環路無法工作；

(2)在采用分段累加+DFT的快捕方法時，頻率分辨率被限制有上限，以免超出鎖頻環牽引能力，暗含了對數據存儲長度的約束；DFT運算時采用分時復用法，每累加出一個點，就要進行與該點相關的DFT加/乘運算，且必須在下個點計算完成之前釋放所占用的加/乘法器，由此暗含了對數據存儲長度與累加點數的約束；兩個約束條件決定了最大頻率搜索范圍，然而，導彈的高速性使得最大多普勒超出了該范圍，需采用合理的設計方法解決；

(3)導彈在飛行時會由于滾轉及俯仰造成天線指向的改變，引起對某些衛星的暫時失鎖，需設計合理的捕獲策略，優先對這些衛星進行捕獲。

自適應可變搜索范圍的GNSS信號快捕技術，主要是針對彈載信息處理高度集成化造成的FPGA資源相對有限、導彈動態大造成的捕獲時間裕度小、導彈最大速度極高造成的多普勒頻移超出現有框架下的最大搜索范圍條件下GNSS信號的快捕進行的。目前國內大多數研究均在單純的衛星接收機上進行，與本發明搭載的彈載綜合信息處理平臺不同，不受FPGA資源的限制，且研究方向大都集中于引入各種輔助信息來縮短捕獲時間，避免重復搜索等，不適用本發明所處的使用場景。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：克服現有框架限制，提供一種自適應可變搜索范圍的GNSS信號快速捕獲方法，具有兼顧FPGA資源消耗少、捕獲范圍寬、捕獲時間短的特點。

為解決上述問題，本發明提出了一種自適應可變搜索范圍的GNSS信號快速捕獲方法，包括以下步驟：