[發明專利]基于奇異值分解的壓縮感知GNSS信號捕獲方法

在審

• 申請號: 202011245625.6
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112444830A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 鄧樂樂;周方明;趙璐璐;梁廣;余金培
• 申請（專利權）人: 中國科學院微小衛星創新研究院;上海微小衛星工程中心
• 主分類號: G01S19/30
• 分類號: G01S19/30;G06F17/16
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的

1.一種基于奇異值分解的壓縮感知GNSS信號捕獲方法，其特征在于，包括：

基于對GNSS信號稀疏性的分析，利用C/A碼構造稀疏矩陣，形成基于奇異值分解的壓縮感知噪聲信號捕獲算法；

所述基于奇異值分解的壓縮感知噪聲信號捕獲算法包括：對高斯隨機測量矩陣進行奇異值平均，產生新的高斯隨機觀測矩陣，使高斯隨機觀測矩陣的列向量分布比高斯隨機測量矩陣分散，以使測量后的高斯隨機觀測矩陣信號保留更多信息；

根據稀疏矩陣和新的高斯隨機觀測矩陣完成信號的壓縮感知捕獲，以提高基于奇異值分解的壓縮感知噪聲信號捕獲算法在低信噪比條件下的捕獲性能。

2.如權利要求1所述的基于奇異值分解的壓縮感知GNSS信號捕獲方法，其特征在于，基于奇異值分解的壓縮感知噪聲信號捕獲算法的流程為：

初始化捕獲參數，基于本地偽碼的循環相關獲得稀疏矩陣G，

獲得高斯隨機觀測矩陣B，并計算出傳感矩陣A；

在本地載波基礎上設置多普勒估計值，剝離中頻信號x(n)的載波和多普勒頻率，得到信號r；

測量重構信號；

遍歷所有多普勒估計值，找出峰值，門限判別捕獲是否成功。

3.如權利要求2所述的基于奇異值分解的壓縮感知GNSS信號捕獲方法，其特征在于，所述基于對GNSS信號稀疏性的分析，利用C/A碼構造稀疏矩陣包括：

GPS的GNSS信號由載波頻率、測距碼和導航信息組成，在衛星發射端，先將測距碼與導航信息調制為組合碼，再通過擴頻通信形成最終信號；接收信號時，射頻前端先接收信號并通過采樣下變頻后成為離散的中頻信號后，再進行處理，中頻信號的數學表達式為：

式中，A為信號幅度；D(n)為導航信息，C(n)為偽隨機的測距碼，即C/A碼，w_IF為中頻頻率，為載波相位；w_d為衛星和接收機相對運動產生的多普勒頻移，v(n)為均值為0，方差為2σ的高斯白噪聲。

4.如權利要求3所述的基于奇異值分解的壓縮感知GNSS信號捕獲方法，其特征在于，所述基于對GNSS信號稀疏性的分析，利用C/A碼構造稀疏矩陣還包括：

C/A碼是碼率為1.023Mbps的Gold碼，碼長L＝1023；每個衛星有唯一的C/A碼，不同衛星的C/A碼相互正交，同一衛星的C/A碼及其循環移位序列也相互正交；選擇C/A碼的循環移位矩陣作為信號的稀疏變換域；

設c(0)＝[c₀,c₁,…c_L-1]∈R^L×1為任意衛星的C/A碼，將其循環移位m個碼片后，得到序列c(m)＝[c_m,c_m+1,…c_N-1,c₀,…c_m-1]∈R^L×1,m＝0,1,…L-1，則構造稀疏矩陣如下：

5.如權利要求4所述的基于奇異值分解的壓縮感知GNSS信號捕獲方法，其特征在于，所述基于對GNSS信號稀疏性的分析，利用C/A碼構造稀疏矩陣還包括：

進行多普勒頻率和C/A碼相位的二維搜索，根據相關峰位置獲得頻率和相位估計值；在對某顆GPS衛星的采樣信號進行載波及多普勒剝離和數據打包等處理后，一個C/A碼周期的信號表示為：

或表示為向量形式：r_(N×1)，當進行半碼片打包時N＝2L＝2046；根據公式(2)對剝離了載波和多普勒的信號r進行稀疏表示：

其中，θ包含C/A碼的相位信息，若多普勒頻率搜索成功，則θ是一個稀疏向量，其峰值位置為C/A碼相位估計值。