用于卫星导航系统的PN码捕获方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于卫星导航系统的PN码捕获方法，有效解决了码片初始相位未知环境下，快速搜索所有码片相位信息、正确捕获码相位的问题，该方法通过截取一段接收信号并补相同长度的零，将本地信号分段并且进行部分折叠处理，将接收信号与本地信号的进行相关匹配操作；快速傅里叶变换的循环相关运算实现多个码相位并行捕获；对每个码相位对应的相关结果进行能量检测，当能量检测值大于预设定的阈值时，则判断捕获成功，否则，平移本地信号，重复以上操作直至捕获成功。本发明专利技术方法能够充分使用快速傅里叶变换的计算能力，提升传统补零法的并行捕获能力。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种用于卫星导航系统的PN码捕获方法，有效解决了码片初始相位未知环境下，快速搜索所有码片相位信息、正确捕获码相位的问题，该方法通过截取一段接收信号并补相同长度的零，将本地信号分段并且进行部分折叠处理，将接收信号与本地信号的进行相关匹配操作；快速傅里叶变换的循环相关运算实现多个码相位并行捕获；对每个码相位对应的相关结果进行能量检测，当能量检测值大于预设定的阈值时，则判断捕获成功，否则，平移本地信号，重复以上操作直至捕获成功。本专利技术方法能够充分使用快速傅里叶变换的计算能力，提升传统补零法的并行捕获能力。【专利说明】用于卫星导航系统的PN码捕获方法
本专利技术涉及无线扩频通信和卫星通信
，尤其涉及周期较长、码率较高的伪随机码扩频通信的码相位捕获方法。
技术介绍
无论民用或者是军事通信系统中，直接序列扩频通信都得到了广泛的应用。为了在接收机端捕获输入信号的码相位，检测伪随机(pseudo - noise)码的所有未知码相位是很有必要的。此外由信道引入的未知多普勒频移也需要得到消除。因此，为了检测输入的直接扩频序列信号的PN码相位和多普勒频移，PN码捕获是一个二维信号搜索的问题。而对于一些军事通信和全球导航卫星系统，他们所使用的是长PN码，周期更长、码率更高，这就变得更具挑战性。在全球导航定位系统(GPS)中，C/A码和P5马，两种伪随机码得到了应用。通常，P码的捕获需要依赖于相应的C/A码的相关信息。然而，由于长P码在抗干扰，抗截获和抗欺骗方面具有优越的性能，寻求P码的直接捕获方法显得特别有意义。因为P码的直接捕获需要大量的并行相关接收机，所以他的计算量相当大。目前为止，许多P码快速捕获的方法已经被提出。然而，配备大量的并行接收机不是切实可行的。实际上，既能减少相关接收机数量又能缩短捕获时间的方法是一直备受期望的。频域信号处理技术得到了广泛应用，与时域处理相比，它具有更方便，手段多样的特点。Van Nee, Coenen及Davenport在1991年首先提出使用FFT实现C/A码的快速捕获，此后多种基于 FFT 实现循环相关的方案被提出。其中，补零法是一种有效的捕获方法，它通过灵活地使用快速傅里叶变换可以并行检测多个码相位。补零法的相关资料详见。补零法虽然提升了并行捕获能力，但是没有充分利用快速反傅里叶变换的结果。
技术实现思路
为了解决上述问题，增强码相位的并行捕获能力，本专利技术提供了一种用于卫星导航系统的PN码捕获方法，包括如下步骤:(a)对本地基带信号进行采样并且将结果处理为复信号；其中本地基带信号的多普勒频偏可以为OHz，采样速率可以为PN码速率；(b)选取采样后基带信号的N/2点并补零延长至N点，然后进行N点快速傅里叶变换，再作复共轭处理；(c) 从本地码信号中选取3 N / 2点，得到矢量r =，将其分为-_r】和(a，b，c，d) 2rI ^Lc0^r?ci+r5-**>ciVM+r J两部分；通过将r2折叠(folding)到t{的前N/2点上，形成新的本地信号矢量r = ’对-作快速傅里叶变换；2 ' 2 ' 7 '(d)将步骤(b)与步骤(C)的快速傅里叶变换的结果相乘，然后对其结果作反傅里叶变换；(e)保存步骤(d)结果的所有N点元素；(f)如果最大相关结果(即能量检测的峰值)超过了预设门限，则粗检测成功，进入跟踪阶段(tracking);否则，如果没有峰值超过预设门限或者跟踪失败，则平移N点本地码信号，转至步骤(a)重复上述步骤；(g)当跟踪成功，根据步骤(f)中的最大相关结果的位置就能够得到接收信号的正确码相位；当反傅里叶变换的N个结果中第一点是最大值的位置时，可能存在模糊度，此时可以通过两次时域匹配相关来解决峰值模糊问题。本专利技术方法中的本地码(local code)信号是指，导航卫星会使用伪随机码(P码)进行扩频通信，P码的周期是一周(很长)，一般只能截取捕获信号(假设去掉了其他的频率和导航数据信息，只是单纯的P码)其中的一段来进行相关匹配操作(应用伪随机码的自相关特性)，该本地码信号就是指整个周期的P码。本专利技术步骤(C)中，(a，b，c，d)代表本地码(即P码)，τ代表位置的初始码相位，I τ I < 1，Ν=1024,这里的F' r f } F1 , /.2是起到矢量说明的作用，无具体含义。由于本专利技术是基于快速傅里叶变换的，可以通过调节快速傅里叶变换的点数以适应低信噪比下码相位捕获的问题；上文中的N越大，可以适应信噪比更低的环境；一般情况下N的值跟硬件相关，并不是无限大的。本专利技术中的预设门限，是根据信噪比和实际中预设的虚警概率进行设置，预设门限跟噪声项有关。本专利技术方法充分利用了快速傅里叶变换的运算结果，能够获得两倍的并行捕获能力的增强，在平均捕获时间方面体现出优越性。由于对码相位的并行捕获能力较强，本专利技术尤其适用于初始码相位不确定度较高的码捕获系统。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术方法流程图。图2是本专利技术的PN码捕获方法快速傅里叶变换结果的循环相关说明图。图3是本专利技术实施例的平均捕获时间性能图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术方法的流程如下:(a)对本地基带信号进行采样并且将结果处理为复信号；(b)选取采样后基带信号的N/2点并补零延长至N点，然后进行N点快速傅里叶变换，再通过复共轭处理；(c)从本地码信号中选取3N/2点，得到矢量【权利要求】1.一种用于卫星导航系统的PN码捕获方法，其特征在于，包括如下步骤: (a)对本地基带信号进行采样并且将结果处理为复信号； (b)选取采样后基带信号的N/2点并补零延长至N点，然后进行N点快速傅里叶变换，再作复共轭处理； (c)从本地码信号中选取3N/2点，得到矢量 2.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(a)中采样速率为PN码速率。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是步骤(a)中本地基带信号的多普勒频偏为 OHz。【文档编号】G01S19/30GK103941269SQ201410151467【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日 【专利技术者】吴晓富, 平军, 颜俊, 朱卫平 申请人:南京邮电大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于卫星导航系统的PN码捕获方法，其特征在于，包括如下步骤：（a）对本地基带信号进行采样并且将结果处理为复信号；（b）选取采样后基带信号的N/2点并补零延长至N点，然后进行N点快速傅里叶变换，再作复共轭处理；（c）从本地码信号中选取3N/2点，得到矢量r′→=[c0+τ,c1+τ,...,cN-1+τ,cN+τ,...,c3N2-1+τ],]]>将其分为r1→=[c0+τ,c1+τ,...,cN-1+τ]]]>和（a,b,c,d）两部分；通过将折叠到的前N/2点上，形成新的本地信号矢量r→=[c0+τ+cN+τ,c1+τ+cN+1+τ,...,cN2-1+τ+c3N2-1+τ,cN2+τ,...,cN-1+τ],]]>对作快速傅里叶变换；（d）将步骤（b）与步骤（c）的快速傅里叶变换的结果相乘，然后对其结果作反傅里叶变换；（e）保存步骤（d）结果的所有N点元素；（f）如果最大相关结果超过了预设门限，则粗检测成功，进入跟踪阶段；否则，如果没有最大相关结果超过预设门限或者跟踪失败，则平移N点本地码信号，转至步骤（a）重复上述步骤；（g）当跟踪成功，根据步骤（f）中的最大相关结果的位置就能够得到接收信号的正确码相位；当反傅里叶变换的N个结果中第一点是最大值的位置时，若存在模糊度，则进行两次时域匹配相关。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓富，平军，颜俊，朱卫平，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32