一种复合载波导航信号高动态精捕获方法技术

本发明专利技术提供一种NSCC信号高动态快速/精确捕获方法，具体过程为：根据所选取待分析频段，对NSCC数字中频信号内各子载波分别执行Zoom‑FFT操作，获取细化频谱信息；搜索Zoom‑FFT操作后频域峰值点，读取峰值点对应频率，以峰值点对应频率为中心，根据多普勒动态变化范围，确定待监测更新频点范围；对待监测更新的频点范围，执行SlidingFFT操作，以滑动递推模式实时精确估计NSCC各子载波频率信息，完成NSCC各子载波峰值的更新/监测；利用峰值点及其邻近峰值信息，基于sinc函数进行插值估计；基于插值估计结果，获取NSCC各子载波实时精确多普勒频移值，实现高动态精捕获。本发明专利技术方法能够以较小运算代价，实现捕获阶段NSCC各载波多普勒频移的精确估计。

A high dynamic acquisition method for composite carrier navigation signals

The invention provides a high dynamic fast / accurate capture method of NSCC signal. The process is as follows: according to the selected frequency bands selected to be analyzed, each subcarrier in the NSCC digital medium frequency signal is executed by Zoom FFT operation respectively, to obtain the thinning spectrum information, and to search the peak points of the frequency domain after the Zoom FFT operation, and to read the peak point corresponding frequency, with the peak value at the peak value. The point corresponding frequency is central, according to the dynamic range of Doppler, the range of the updated frequency points to be monitored is determined, the SlidingFFT operation is performed to monitor the range of the updated frequency points, the real-time and accurate estimation of the NSCC subcarrier frequency information by the sliding mode, and the updating / monitoring of the peak value of each subcarrier of NSCC is completed, and the peak point and its peak point are used. The adjacent peak information is based on the interpolation estimation based on the sinc function. Based on the interpolated estimation results, the real-time accurate Doppler shift value of each subcarrier of NSCC is obtained to achieve high dynamic precision capture. The method can achieve accurate estimation of the Doppler frequency shift of each carrier in NSCC at the capture stage at a lower computational cost.

【技术实现步骤摘要】
一种复合载波导航信号高动态精捕获方法
本专利技术属于通信
，具体涉及一种复合载波导航信号高动态精捕获方法。
技术介绍
导航接收机作为地面接收解算设备，能在一定程度上反应出导航系统所能达到的精度及性能。基带数字信号处理单元是接收机核心模块，相关同步算法设计直接影响接收机关键性能指标，其重要性不容忽视。捕获作为基带处理模块首个环节，其功能定位为期望信号检测，以及信号参数(多普勒频移和伪随机码相位)粗略估计，为后续跟踪环节提供初始值。捕获是接收机运算最为密集的处理单元，这使得捕获算法的设计及优化在关注检测性能的同时，还需兼顾运算量、运算复杂度以及资源占用等处理指标。复合载波导航信号(NavigationSignalbasedonCompoundCarrier,NSCC)，本质上，可视为多个子载波信号的叠加之和，如图1所示。NSCC是基于多载波调制机制/复用技术，并兼顾导航通信服务需求，而设计出的导航通信融合型增强信号体制，其信号时域通用表达式可写为：其中，i为信号发射端标识索引号，M为子载波数目；m∈[1,M]为子载波编号，Am表示第m个子载波信号幅度，Cm表示第m个子载波上调制的伪随机码(PRN)，Dm表示第m个子载波上调制的导航数据，f0表示起始频率，Δfm为第m个子载波频率与起始频率间的频率偏置，为第m个子载波信号的载波初相。信号基于码分隔离(子载波采用不同PRN组合)和频分隔离(子载波采用不同频点组合)区别源端，并抑制信道间干扰。NSCC特有的复合载波机制和多样化体制参数，赋予其非常宽泛的设计自由度，但同时也为其信号同步算法设计引入技术调整和优化的必要性。NSCC载波结构复杂且信号组合带宽较大，传统导航信号捕获算法与框架主要针对单载波信号进行设计，直接采用会成倍引入运算量和硬件资源占用，适用性不高。考虑频率类参数估计算法性能高效，且无需对NSCC各子载波分别开辟估计信道，NSCC多采用基于FFT的频域捕获算法与框架。但是，FFT类频域捕获算法存在频率分辨率与计算量(快速性)互为矛盾体，欲提高频域分析精度必然会要增加信号处理长度，增加运算负担。考虑NSCC信号尽管组合带宽相对较大，但是子载波频率间隔相对较远(远大于多普勒频移范围)，且有效信息主要集中在子载波频点附近(具体为多普勒频域范围)，FFT频域内针对子载波频点的估计，根本无须全频带查找，只需根据多普勒頻移范围，在感兴趣的频点处，对可疑频带内的峰值谱线信息进行细致搜索与频率估计。因此，有必要针对NSCC信号体制结构特征与参数配置信息进行算法设计，结合频谱细化分析理论，以较小的运算代价，提升局部频谱分析精度，实现高动态信号的精捕；同时，保证运算简单高效，以适用于环路实时估计，具备工程应用价值。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术为弥补传统导航信号捕获方法及框架对NSCC多载波信号的不适应性缺陷，基于频谱估计理论及算法，兼顾频移估计精度与运算复杂度，提出了一种NSCC信号高动态快速/精确捕获方法。实现本专利技术的技术方案如下：一种NSCC信号高动态快速/精确捕获方法，具体过程为：一，根据所选取待分析频段，对NSCC数字中频信号内各子载波分别执行Zoom-FFT操作，获取细化频谱信息；搜索Zoom-FFT操作后频域峰值点，读取峰值点对应频率，以峰值点对应频率为中心，根据多普勒动态变化范围，确定待监测更新频点范围；二，对待监测更新的频点范围，执行SlidingFFT操作，以滑动递推模式动态实时精确估计NSCC各子载波频率信息，完成NSCC各子载波峰值的更新/监测；三，基于步骤二获得的峰值信息，利用峰值点及其邻近峰值信息，基于sinc函数进行插值估计；基于插值估计结果，获取NSCC各子载波实时精确多普勒频移值，实现高动态精捕获。进一步地，本专利技术所述待分析频段采用如下过程获取：首先，对已完成本地载波剥离与伪码剥离的NSCC信号执行FFT运算，搜索NSCC信号各子载波峰值点位置，读取峰值点的频率值；其次，根据多普勒可能的频移范围，在峰值频率点的频率值左右选取待分析频段。进一步地，本专利技术所述Zoom-FFT操作包括低通滤波、下采样和频谱分析，其中设定低通滤波的通带频率范围为[-FAnS/2，FAnS/2]，下采样抽取比最大为D＝FS/FAnS，其中，FS为全频段FFT分析采样率。进一步地，本专利技术在进行频谱分析前，将NSCC子载波信号进行低通滤波及下采样操作，然后根据待分析频段，选择中心频点，作为Zoom-FFT复调制基点，进行复调制频移，将低通滤波及下采样后的NSCC子载波峰值点搬移至零频点得到时域基带信号，再对处理后的NSCC时域基带信号进行FFT频域分析。有益效果第一，显著提升NSCC各子载波多普勒频移估计精度本专利技术在传统FFT频域捕获基础上，适当引入Zoom-FFT、SlidingFFT及频域插值等频谱细化分析及估计算法，有效克服栅栏相应影响，提升FFT频谱分辨率，使得捕获阶段实现NSCC各载波多普勒频移的精确估计。第二，有效降低运算复杂度以保证实时性Zoom-FFT算法在提升FFT频率分辨率的同时不过分增加捕获阶段运算负担，结合SlidingFFT算法，利用上一周期信号FFT运算结果，递推当前阶段某特定频谱信息，少量运算即可实现对捕获信道多普勒频移实时估计，后续频域插值算法通过简单线性运算进而提升频率估计精度，总之，整个捕获过程具备高时效性。第三，算法简单易现Zoom-FFT在滤波和下采样后，可针对NSCC各子载波频点进行信号信号搬移，分析感兴趣频段信号频谱，SlidingFFT只需经过简单运算即可实现信号频点更新估计，频域插值仅利用有限频点信息的线性运算即可完成估计，算法流程简单易现，具备较高的工程实现价值。附图说明图1.复合载波信号频谱对比图；图2.复合载波导航信号高动态精捕方法框架图；图3.复合载波导航信号高动态精捕方法流程图；图4.NSCC各子载波搜索频段示意图；图5.复调制ZOOM-FFT算法原理图；图6.SlidingFFT多点滑动窗示意图；图7.频率插值算法原理示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实例对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种复合载波导航信息高动态精捕获方法，该方法将频谱估计理论及算法引入捕获框架，依据NSCC多载波体制结构和参数信息，在传统FFT全频段谱分析基础上，采用ZOOM-FFT算法对可能的NSCC各子载波频段信号进行细化分析，并配合Sliding-FFT算法对感兴趣频段内样值点进行实时连续计算，以便对各子载波频率进行实时更新，最后根据插值DFT频率估计算法，克服栅栏效应提升频率估计精度，实现对NSCC各子载波多普勒频移的精确估计。本专利技术所涉及NSCC高动态精捕方法框架见图2，针对NSCC多载波特征及参数配置，对传统FFT频域捕获框架进行调整及优化，在框架后续部分引入信号频谱细化估计算法，以克服常规FFT运算估计精度(分辨率)与运算量(快速性)间的矛盾，在提升NSCC信号频移估计精度的同时不严重增加运算复杂度。如图3所示，为进一步阐述Zoom-FFT、SlidingFFT及插值算法之于NSCC信号的应用，具体步骤如下：步骤一，对已完成本地载波剥离与伪码剥离的NSCC信号执行FFT运算，搜索NSCC信号各子载波峰值点位置，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NSCC信号高动态快速/精确捕获方法，其特征在于，具体过程为：一，根据所选取待分析频段，对NSCC数字中频信号内各子载波分别执行Zoom‑FFT操作，获取细化频谱信息；搜索Zoom‑FFT操作后频域峰值点，读取峰值点对应频率，以峰值点对应频率为中心，根据多普勒动态变化范围，确定待监测更新频点范围；二，对待监测更新的频点范围，执行SlidingFFT操作，以滑动递推模式动态实时精确估计NSCC各子载波频率信息，完成NSCC各子载波峰值的更新；三，基于步骤二获得的峰值信息，利用峰值点及其邻近峰值信息，基于sinc函数进行插值估计；基于插值估计结果，获取NSCC各子载波实时精确多普勒频移值，实现高动态精捕获。

【技术特征摘要】
1.一种NSCC信号高动态快速/精确捕获方法，其特征在于，具体过程为：一，根据所选取待分析频段，对NSCC数字中频信号内各子载波分别执行Zoom-FFT操作，获取细化频谱信息；搜索Zoom-FFT操作后频域峰值点，读取峰值点对应频率，以峰值点对应频率为中心，根据多普勒动态变化范围，确定待监测更新频点范围；二，对待监测更新的频点范围，执行SlidingFFT操作，以滑动递推模式动态实时精确估计NSCC各子载波频率信息，完成NSCC各子载波峰值的更新；三，基于步骤二获得的峰值信息，利用峰值点及其邻近峰值信息，基于sinc函数进行插值估计；基于插值估计结果，获取NSCC各子载波实时精确多普勒频移值，实现高动态精捕获。2.根据权利要求1所述NSCC信号高动态快速/精确捕获方法，其特征在于，所述待分析频段采用如下过程获取：首先，对已完成本地载波剥离与伪码剥离的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗瑞丹，徐颖，袁洪，袁超，唐阳阳，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11