基于循环方式的北斗卫星信号快速捕获方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及卫星通信领域，公开了一种基于循环方式的北斗卫星信号快速捕获方法及系统，该方法包括步骤：接收北斗卫星信号，对所述卫星信号进行处理得到中频数字信号；根据所述中频数字信号得到基带信号，进一步处理得到所述基带信号的复信号；对所述复信号和本地伪码发生器输出的信号做数值处理，并对结果进行门限判决，若有超过门限值的峰值出现，则根据所述峰值对应的位置确定伪码相位，将此时本地载波的频率值捕获为信号的载波频率；若没有超过门限值的峰值出现，则调整多普勒频移搜索范围，循环捕获。本发明专利技术的技术方案有效减少了卫星信号捕获过程中的运算量，降低了系统复杂度，捕获速度快、捕获时间少、精度较高、易于实现。

【技术实现步骤摘要】
基于循环方式的北斗卫星信号快速捕获方法及系统
本专利技术涉及一种卫星信号的捕捉方法，尤其涉及一种基于循环方式的北斗卫星信 号快速捕获方法及系统。
技术介绍
北斗卫星导航定位系统（BeiDou Navigation Satellite System_〃BDS〃)）是中国 自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，与美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟伽利略系统并 称全球四大卫星导航系统。美国GPS系统目前得到了广泛的应用，中国北斗卫星导航系统 现已投入运行。北斗接收机的主要任务是接收北斗卫星发射的信号，并进行处理，以获取导 航电文和观测量。想要完成这些任务，首先需要进行的是卫星信号的捕获。导航卫星信号捕 获是对接收信号载波频率和伪码相位的一个搜索过程，当本地参考序列与卫星信号打到近 似同步并且频率也近似相等时，会产生相关峰值，据此可判断是否完成了卫星信号的捕获。 目前，常用的卫星信号捕获方法主要有串行捕获、并行捕获、FFT频域捕获和匹配 滤波器捕获。 串行捕获是在捕获过程中，每次只滑动一个扩频码元相位进行相关运算，直到得 到设定的相关值，捕获成功转而进入码跟踪，此方法硬件实现简单，在扩频通信系统中得到 了广泛的应用，但是捕获速度较慢，捕捉时间长，实时性差。 并行捕获则对每种相位均设置了相关器，同时做相关运算，将与设定的相关值相 同的相位作为捕获成功的相位，和串行捕获相比，并行捕获的捕获时间有很大的改善，但对 硬件资源要求较多，实现起来比较复杂。 FFT (Fast Fourier Transformation,快速傅里叶变换）频域捕获是将输入信号与 本地重现的伪随机码对位相乘，对相乘得到的结果进行FFT，根据预先设定的合适门限即可 判断当前的捕获情况，当FFT结果中最高的频率分量超过了预定门限的时候，说明当前完 成了捕获，其频率值就是当前的载波频率，当前时刻的本地码相位及微信号的初始码相位， 否则，调整本地码相位，重复以上步骤，这种方法精度较高，但此种方法需要大量的运算，运 算时间较长。 匹配滤波器捕获是利用匹配滤波的原理对整个扩频码元进行匹配相关以实现伪 码的捕获，捕获时间短且易于实现，但捕获的精确度略低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种基于循环方式的北斗卫星信号快速捕获 方法，以解决原有的北斗卫星信号捕捉方法中存在的捕获速度较慢，或捕获精度不高，或实 现复杂难度较高的问题。 本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是，提供一种基于循环方式的北斗卫 星信号快速捕获方法，该方法包含如下步骤： Si采用北斗天线接收北斗卫星信号，利用前端射频单元对接收到的卫星信号进行 降频和AD转换，得到中频数字信号，其频率理论值为fs ; S 2本地载波发生器产生N路不同频率的本地载波，其多普勒频移搜索范围为 fs±fd，频率捕获步长为A f，N = 2fd/A f ; S3将步骤SI得到的所述中频数字信号依次和S2步骤中所述本地载波发生器输出 的不同频率载波的同相和正交分量相乘，通过低通滤波器滤除其高频分量，得到各支路基 带的复信号； S4对时长为ti的步骤S3所述各支路的复信号做FFT，采样率为fi ; S5对时长为&的本地伪码发生器输出的伪码信号做FFT，采样率与步骤S4所述 采样率相同，并取共轭； S6将步骤S4中各支路与步骤S5的结果相乘，对乘积做IFFT，并对得到的结果取 平方； S7选择步骤S6中各支路结果最大值，记录对应的所述本地载波频率fk ; S8对步骤S7的值进行门限判决，若有超过门限值的峰值出现，则信号捕获完成， 所述峰值对应的位置为伪码相位，而此时所述本地载波的频率值为信号的载波频率；若没 有超过门限的峰值出现，则调整所述多普勒频移搜索范围为fk±fd，并重复步骤Sl到步骤 S8〇 优选地，步骤S3还包括步骤： 采用平均分组法对所述中频数字信号作预处理，使采样点个数尽可能接近2的整 数幂，并将不足的数位用〇补齐。 另一方面，本专利技术还同时提供一种基于循环方式的北斗卫星信号快速捕获系统， 所述系统包括： 接收模块，用于接收北斗卫星信号，对所述卫星信号进行处理得到中频数字信 号； 基带模块，用于根据所述中频数字信号处理得到所述基带的复信号； 捕获模块，用于对所述复信号和本地伪码发生器输出的信号做数值处理，并对结 果进行门限判决，若有超过门限值的峰值出现，则根据所述峰值对应的位置确定伪码相位， 将此时本地载波的频率值捕获为信号的载波频率；若没有超过门限值的峰值出现，则调整 多普勒频移搜索范围，循环捕获。 优选地，所述接收模块进一步包括： 北斗天线，用于接收所述北斗卫星信号； 前端射频单元，用于对接收到的所述卫星信号进行降频； 模数转换器，用于对降频后信号进行AD转换，得到所述中频数字信号。 优选地，所述基带模块进一步包括： 数字下变频单元，用于将所述中频数字信号进行数字下变频得到所述基带信号； 本地载波发生器，用于输出包括同相、正交分量的本地载波信号； 混频器，用于将所述中频数字信号和所述本地载波信号的同相、正交分量依次进 行相乘； 低通滤波器，用于分别滤除所述混频器输出信号的高频分量，得到所述基带信号 的复信号。 优选地，所述捕获模块进一步包括： 第一 FFT单元，用于对所述基带的复信号进行一次FFT ; 本地伪码发生器，用于输出C/A码信号； 第二FFT单元，用于对所述C/A码信号进行一次FFT ; 共轭单元，用于对所述第二FFT单元的输出信号取其共轭得到共轭信号； IFFT单元，用于对所述第一 FFT单元及所述共轭单元的输出信号进行快速傅立叶 逆变换得到时域相关函数； 运算单元，用于对所述时域相关函数取模然后平方； 门限判决模块，用于对所述运算单元的结果进行所述门限判决。 优选地，所述系统还包括： 预处理模块，用于采用平均分组法对所述中频数字信号作预处理，使采样点个数 尽可能接近2的整数幂。 【附图说明】 图1是本专利技术的一个实施例中基于循环方式的北斗卫星信号快速捕获方法的流 程不意图； 图2是本专利技术的一个优选实施例中系统实现的原理框图； 图3是本专利技术的一个优选实施例中快速捕获方法的详细流程示意图。 【具体实施方式】 以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术 的保护范围。说明书后续描述为实施本专利技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本专利技术 的一般原则为目的，并非用以限定本专利技术的范围。本专利技术的保护范围当视所附权利要求所 界定者为准。 下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。 如图1所示，本专利技术所公开的一种基于循环方式的北斗卫星信号快速捕获方法， 包含如下步骤： 基于循环相关的快速捕获步骤如下： Sl采用北斗天线接收北斗卫星信号，并采用前端射频单元对接收到的卫星信号降 频、AD转换，得到中频数字信号，其频率理论值为fs ; S2本地载波发生器产生N路不通频率的本地载波，其多普勒频移搜索范围为 fs±fd本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于循环方式的北斗卫星信号快速捕获方法，其特征在于，所述方法包括步骤：S1采用北斗天线接收北斗卫星信号，利用前端射频单元对接收到的卫星信号进行降频和AD转换，得到中频数字信号，其频率理论值为fs；S2本地载波发生器产生N路不同频率的本地载波，其多普勒频移搜索范围为fs±fd，频率捕获步长为Δf,N＝2fd/Δf；S3将步骤S1得到的所述中频数字信号依次和S2步骤中所述本地载波发生器输出的不同频率载波的同相和正交分量相乘，通过低通滤波器滤除其高频分量，得到各支路基带的复信号；S4对时长为ti的步骤S3所述各支路的复信号做FFT，采样率为fi；S5对时长为ti的本地伪码发生器输出的伪码信号做FFT，采样率与步骤S4所述采样率相同，并取共轭；S6将步骤S4中各支路与步骤S5的结果相乘，对乘积做IFFT，并对得到的结果取平方；S7选择步骤S6中各支路结果最大值，记录对应的所述本地载波频率fk；S8对步骤S7的值进行门限判决，若有超过门限值的峰值出现，则信号捕获完成，所述峰值对应的位置为伪码相位，而此时所述本地载波的频率值为信号的载波频率；若没有超过门限的峰值出现，则调整所述多普勒频移搜索范围为fk±fd，并重复步骤S1到步骤S8。...

【技术特征摘要】
1. 一种基于循环方式的北斗卫星信号快速捕获方法，其特征在于，所述方法包括步 骤： S1采用北斗天线接收北斗卫星信号，利用前端射频单元对接收到的卫星信号进行降频 和AD转换，得到中频数字信号，其频率理论值为fs ; S2本地载波发生器产生N路不同频率的本地载波，其多普勒频移搜索范围为fs ± fd，频 率捕获步长为A f，N = 2fd/A f ; S3将步骤SI得到的所述中频数字信号依次和S2步骤中所述本地载波发生器输出的不 同频率载波的同相和正交分量相乘，通过低通滤波器滤除其高频分量，得到各支路基带的 复信号； S4对时长为\的步骤S3所述各支路的复信号做FFT，采样率为& ; S5对时长为&的本地伪码发生器输出的伪码信号做FFT，采样率与步骤S4所述采样 率相同，并取共轭； S6将步骤S4中各支路与步骤S5的结果相乘，对乘积做IFFT，并对得到的结果取平方； S7选择步骤S6中各支路结果最大值，记录对应的所述本地载波频率fk ; S8对步骤S7的值进行门限判决，若有超过门限值的峰值出现，则信号捕获完成，所述 峰值对应的位置为伪码相位，而此时所述本地载波的频率值为信号的载波频率；若没有超 过门限的峰值出现，则调整所述多普勒频移搜索范围为fk±fd，并重复步骤S1到步骤S8。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3还包括步骤： 采用平均分组法对所述中频数字信号作预处理，使采样点个数尽可能接近2的整数 幂，并将不足的数位用〇补齐。3. -种基于循环方式的北斗卫星信号快速捕获系统，其特征在于，所述系统包括： 接收模块，用于接收北斗卫星信号，对所述卫星信号进行处理得到中频数字信号； 基带模块，用于根据所述中频数字信号处理得到所述基带的复信号； 捕获模块，...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳春青，张徐辉，
申请(专利权)人：四川九洲电器集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51