[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

本發明提供了一種基于奇異值分解的壓縮感知GNSS信號捕獲方法，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。

技術領域

本發明涉及信號捕獲技術領域，特別涉及一種基于奇異值分解的壓縮感知GNSS信號捕獲方法。

背景技術

信號的捕獲是GNSS信號接收的關鍵步驟，其搜索過程運算量較大。壓縮感知作為一種信號采集新方法，可以減少捕獲過程的數據量，但對捕獲性能有一定影響。

全球導航衛星定位系統(Global Navigation Satellite System，GNSS)可為用戶提供全方位、高精度的導航信息和授時信息。隨著GPS、北斗衛星導航系統在智能設備中的普及，人們對其接收模塊的性能及功耗提出了更高的要求。在GNSS信號接收處理中，捕獲模塊數據運算量大、資源消耗多，是影響接收模塊性能及功耗的重要因素。

GNSS一般采用擴頻調制技術，在衛星通信高動態環境下，需考慮多普勒頻移，因此衛星信號的捕獲需要進行多個碼相位的搜索及大動態多普勒頻率的搜索，運算量較大。傳統的碼分多址系統常采用串行搜索方法，對所有衛星可能的碼相位和頻率進行二維搜索，需消耗著大量計算資源，且帶來捕獲時間的增長。因此，降低捕獲模塊數據運算量減少捕獲時間是接收機性能優化的關鍵。基于GNSS信號的稀疏性，壓縮感知可用于信號捕獲，大大降低捕獲過程的數據運算量，但其算法在低信噪比條件下的捕獲概率較小。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于奇異值分解的壓縮感知GNSS信號捕獲方法，以解決現有的壓縮感知算法在低信噪比條件下的捕獲概率較小的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于奇異值分解的壓縮感知GNSS信號捕獲方法，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。

可選的，在所述的基于奇異值分解的壓縮感知GNSS信號捕獲方法中，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。

可選的，在所述的基于奇異值分解的壓縮感知GNSS信號捕獲方法中，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：