基于特征序列的北斗B1I弱信号捕获方法技术

本发明专利技术提出了一种基于特征序列的北斗B1I弱信号捕获方法，用于解决现有北斗B1I弱信号捕获方法中存在的捕获效率低和捕获能力差的技术问题；包括如下步骤：1设置特征序列长度，获取特征序列库；2读取北斗B1I数字中频信号；3将读取数据按毫秒进行奇偶分组；4利用特征序列进行NH解调，并将每组解调数据块累加；5奇偶补零；6生成本地复现信号，进行相关运算；7比较相关结果中峰值的大小，提取检测值；8门限判定，若低于门限则执行步骤9，否则结束；9循环判定，若循环次数低于20，读取延迟1ms的数据，执行步骤4，否则结束。本发明专利技术的捕获性能高且捕获速度快，可用于北斗B1I弱信号的捕获。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星导航
，涉及一种卫星信号的捕获方法，具体涉及一种基于特征序列的北斗B1I弱信号捕获方法，适用于北斗B1I弱信号的捕获。技术背景卫星导航定位是现代社会中应用最广泛的导航定位方式，目前全球四大卫星导航系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo以及我国的北斗卫星导航系统。我国正在建设的北斗二号卫星导航系统，以提供海、陆、空全方位的全球导航定位服务为目标，目前已经成功发射21颗北斗导航卫星，向北斗系统全球组网不断迈进。北斗B1I信号播发D1导航电文，D1导航电文速率为50bps，并调制有速率为1kbps的二次编码，其二次编码采用Neumann-Hoffman码(简称NH码)。D1导航电文一个信息位宽度为20毫秒，测距码周期为1毫秒，采用20比特的NH码(00000100110101001110)与导航信息码和测距码同步调制。为此每1比特导航信息码对应一个NH码周期，每1比特NH码对应一个测距码周期，这使得每1毫秒导航数据中都有比特跳变可能。捕获，是搜索可视卫星，并粗略地确定卫星信号的载波频率和测距码相位的过程。需利用测距码的相关性特点来实现，即将输入的卫星信号与接收机本地复现信号进行相关运算，将运算结果峰值和门限进行比较，以确定是否捕获到卫星，并根据峰值所在位置确定载波频率和测距码相位。但在丛林、室内、隧道等复杂环境中，信号能量由于多径反射、障碍物遮挡等因素会严重削弱，直接进行相关处理是无法捕获到此类弱信号的。此时需要延长相关运算时间，对相关运算结果进行累积来达到足够大的积分增益，以捕获到卫星信号。传统的捕获弱信号的方法主要有相干积分法和非相干积分法。相干积分法是将多个连续的测距码周期的相关运算结果对应位累加，来提高信号增益，但由于导航信息码跳变，存在累加值相互抵消的情况，积分增益衰减，限制了积分时长。非相干积分法，将相关运算结果取模后相加，以此消除导航信息码跳变影响，但取模过程中将噪声进行了平方运算，引入新的噪声，削弱输出信噪比，带来平方损耗。对于北斗B1I信号，存在导航信息码跳变的同时，由于二次编码的存在，每一毫秒都有比特跳变的可能，上述方法直接使用会带来更大的增益损失，因此不能直接用于北斗B1I弱信号的捕获。为了降低二次编码对弱信号捕获的影响，通常采用在传统捕获方法的基础上增加对NH码的解调过程来实现，具体为循环多次遍历长度为20比特的NH码序列的所有可能组合进行相关运算，选取所有相关运算结果中的峰值进行捕获判决。但此类方法在遍历20比特NH码序列所有组合的过程中会增加计算量，导致捕获速度降低。如中国专利申请，申请公布号CN102928853A，专利技术名称为“一种捕获北斗D1卫星导航系统弱信号的方法”，公开了一种捕获北斗D1卫星导航系统弱信号的方法。该方法首先对弱信号进行测距码相位、多普勒频率二维搜索，然后进行相干积分并收集20个相干积分结果，选取一种NH序列，与20个积分结果逐个相乘，并进行非相干积分，重复上述步骤，直到20种NH二次编码序列遍历完毕，将最大值进行门限判定以确定是否捕获到信号，达到存在NH二次编码的情况下，获取较高的处理增益达的效果。该专利技术虽能剥离NH二次编码，但需循环遍历长度为20的NH码序列的所有组合来实现解调，计算量大，捕获处理时间长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出了一种基于特征序列的北斗B1I弱信号捕获方法，用于解决现有北斗B1I弱信号捕获方法中存在的捕获效率低和捕获能力差的技术问题。本专利技术实现的基本思路是：将线性生成空间的概念扩展到NH码，选取NH码中一定长度的特征序列，快速有效的进行NH解调，消除NH码极性跳变对积分时长的限制，以在确定信号测距码相位和多普勒频移的同时确定卫星信号NH码的相位。并将每1ms导航数据进行奇偶分组运算，以此避免相关运算时长内比特反转，且可将NH解调后的数据块直接累加然后进行奇偶补零，利用快速傅里叶变换进行并行相关运算，降低运算量，提高运算速度。根据以上技术思路，实现本专利技术目的采用的技术方案，包括如下步骤：步骤1，根据计算所得的北斗B1I信号中NH码的特征长度k，设置特征序列长度为K，并从NH码中依次截取长度为K的20个特征序列，组成特征序列库CK，其中k≤K≤20；步骤2，输入北斗B1I数字中频信号，从该数字中频信号中读取任意N毫秒数据，N≥K+20；步骤3，对所述读取的数据按毫秒进行奇偶分组，分别得到包含N个数据块的奇数组Sodd＝{D1,D2,...,Di,...,DN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于特征序列的北斗B1I弱信号捕获方法，包括如下步骤：(1)根据计算所得的北斗B1I信号中NH码的特征长度k，设置特征序列长度为K，并从NH码中依次截取长度为K的20个特征序列，组成特征序列库CK，其中k≤K≤20；(2)输入北斗B1I数字中频信号，从该数字中频信号中读取任意N毫秒数据，N≥K+20；(3)对所述读取的数据按毫秒进行奇偶分组，分别得到包含N个数据块的奇数组Sodd＝{D1,D2,...,Di,...,DN}和偶数组Seven＝{E1,E2,...,Ei,...,EN}，其中Di表示奇数组中第i个数据块，Ei表示偶数组中第i个数据块，每个数据块中包含0.5ms的数据量；(4)进行NH解调及解调数据块累加：(4a)从所述奇数组Sodd和偶数组Seven中第j个数据块开始，分别顺次提取K个数据块，其中j为标记量，记录每组中从哪个数据块开始提取数据块；(4b)将每组提取的K个数据块乘以特征序列库CK中第一个特征序列的对应值，得到K个奇数组解调数据块和K个偶数组解调数据块；(4c)将每组中K个解调数据块对应位进行累加，得到奇数数据块和偶数数据块：其中So是奇数组中提取的K个数据块进行NH解调后，对应位累加得到的奇数数据块，Se是偶数组中提取的K个数据块进行NH解调后，对应位累加得到的偶数数据块，CK1(n)表示CK中第一个特征序列中的第n位NH码；(5)对所述So和Se分别进行奇偶补零，得到时长为1ms的奇数块和时长为1ms的偶数块；(6)将所述时长为1ms的奇数块和时长为1ms的偶数块分别与本地复现信号进行基于快速傅里叶变换的并行相关运算，得到奇数组结果矩阵和偶数组结果矩阵；(7)比较奇数组结果矩阵和偶数组结果矩阵中峰值的大小，提取大的峰值为检测值；(8)判断所述检测值是否达到了捕获门限，若检测值达到了设定的捕获门限，则捕获成功，否则执行步骤(9)；(9)若循环次数低于20次，则延迟1ms的数据即j加1，执行步骤(4)，否则判定捕获失败。...

【技术特征摘要】
1.一种基于特征序列的北斗B1I弱信号捕获方法，包括如下步骤：
(1)根据计算所得的北斗B1I信号中NH码的特征长度k，设置特征序列长度为K，并从NH码中依次截取长度为K的20个特征序列，组成特征序列库CK，其中k≤K≤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜建超，赵洁，解娅宁，李媛媛，李卫斌，肖嵩，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61