一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法技术

本发明专利技术属于卫星接收机基带信号处理领域，涉及一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法；针对降低FFT运算栅栏效应造成信号能量损耗，提高接收机灵敏度的问题。本发明专利技术利用并行相关+FFT方法对北斗B1信号的捕获结果，得到多普勒频率粗略估计结果和伪码相位；根据捕获结果的伪码相位调整本地伪码相位，在多普勒频率附近对信号进行线性调频Z变换捕获，有效提高了捕获峰值，提高接收机灵敏度。本方法主要应用于北斗二号B1频点卫星导航信号的高灵敏度捕获，但同时亦可应用于其他同类信号捕获处理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法
本专利技术属于卫星接收机基带信号处理领域，涉及一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法。本方法主要应用于北斗二号B1频点卫星导航信号的高灵敏度捕获，但同时亦可应用于其他同类信号捕获处理。
技术介绍
目前接收机对卫星信号多普勒频率的搜索一般采用FFT变换的方式实现。由于栅栏效应的影响，当多普勒频率位于两条FFT谱线之间时，信号能量会有较大的损耗，从而减少接收机对卫星信号的捕获概率，降低接收机捕获灵敏度。通过对信号补零增加FFT点数是减少栅栏效应影响最直接的方式，但是由于目前硬件平台资源的限制，FFT点数可以增加的空间有限。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术的目的在于提供一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法，用以降低FFT运算栅栏效应造成信号能量损耗，提高接收机灵敏度。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案。本专利技术的目的在于提供一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法，包括以下步骤：步骤一、进行北斗B1信号粗捕：步骤二、利用线性调频Z变换进行北斗B1信号精捕。进一步，所述的步骤一包括以下步骤：(1)产生本地信号；(2)进行M路并行相关运算；(3)进行N点FFT运算；(4)对FFT运算结果进行10次非相干累积；(5)获取捕获结果；(6)调整本地伪码相位。进一步，所述的步骤二包括以下步骤：(1)设置线性调频Z变换参数：(2)进行1ms相关运算：(3)进行线性调频Z变换：(4)对线性调频Z变换结果进行10次非相干累积；(5)完成捕获。进一步，所述的步骤一包括以下步骤：(1)产生本地信号：通过压控振荡器产生本地同相I载波信号和正交Q载波信号；通过码发生器产生本地伪码信号；(2)进行M路并行相关运算：将本地伪码延时，得到M组相位依次相差半码片的伪码，分别输入至M组并行相关器；将本地I、Q载波信号分别与北斗B1信号相乘，得到I、Q下变频信号，输入至M组相关器与伪码进行并行相关运算，相关时长50us；(3)进行N点FFT运算：完成1ms并行相关运算后，每个相关器将20个I、Q相关结果补N-20个零后进行N点FFT运算；其中，1ms为北斗B1伪码周期，FFT点数N的取值满足N＝2k(k≥6,k∈N)；(4)对FFT运算结果进行10次非相干累积；(5)获取捕获结果：完成非相干累积后，搜索所有非相干累积结果的最大值，并与捕获峰值比较；如果非相干累积结果的最大值大于捕获峰值，则将捕获峰值更新为非相干累积结果的最大值，并记录其对应的FFT输出序号及伪码相位；如果此时没有完成全部4096半码片的伪码相位搜索，将本地码发生器产生的伪码相位后移M个半码片，重复步骤(2)至(4)；(6)调整本地伪码相位：根据并行相关+FFT算法捕获得到的伪码相位，调整本地伪码相位，使本地伪码相位与北斗B1信号伪码相位一致。进一步，所述的并行相关器组数M的取值下限为1，上限为北斗B1伪码半码片个数4096。进一步，步骤(2)所述的相关时长由多普勒频率搜索范围确定，两者之间关系满足：相关时长＝1/(多普勒频率搜索上限-多普勒频率搜索下限)。进一步，所述的步骤二包括以下步骤：(1)设置线性调频Z变换参数：线性调频Z变换数学描述为：式中：x(n)为线性调频Z变换输入序列，序列长度为20；ω0为起始频率，Δω为频率增量，ωn＝ω0+(n-1)Δω；为线性调频Z变换输出序列，序列长度为L；W和g(n)为计算中间量；根据并行相关+FFT捕获算法获得的多普勒频率ωin，设置线性调频Z变换的起始频率ω0＝ωin-f0×2π，频率增量Δω＝1×2π，输出序列长度L＝2f0+1；其中，f0由FFT运算输出相邻两点间的频率间隔确定，满足f0≥20000/N/2；(2)进行1ms相关运算：将本地I、Q下变频信号与本地伪码进行相关运算，相关时长50us；1ms后得到20个I、Q相关结果；(3)进行线性调频Z变换：产生长度为P的序列对h(n)进行FFT变换，得到h(k)＝FFT[h(n)]；其中，P＝2k≥L+19(k∈N)；将I、Q相关结果序列x(n)与相乘，得到将g(n)尾部补P-20个零后进行FFT变换，得到g(k)＝FFT[g(n)]；将g(k)与h(k)相乘，得到y(k)＝g(k)h(k)；对y(k)进行IFFT变换，得到y(n)＝IFFT[y(k)]；最后将y(n)与相乘，得到输出序列输出序列前L点有效；(4)对线性调频Z变换结果进行10次非相干累积；(5)完成捕获：搜索累积结果最大值，将最大值与捕获门限比较；如果最大值大于捕获门限，证明捕获成功，根据最大值对应的输出序号n计算多普勒频率ωdopp＝ω0+(n-1)Δω。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法，在不需要大量资源的情况下，可以有效减少栅栏效应带来的信号能量损耗，提高捕获灵敏度。本专利技术一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法，可以精确的捕获多普勒频率，提高后续跟踪环路牵引过程的效率。附图说明图1为本专利技术一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法示意图；图2为本专利技术的并行相关+FFT捕获方法示意图；图3为本专利技术的线性调频Z变换方法示意图；图4为本专利技术实施例并行相关+FFT捕获结果示意图；图5为本专利技术实施例线性调频Z变换捕获结果示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法作详细说明。本专利技术一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法，先通过并行相关+FFT方法对北斗B1信号进行捕获，得到多普勒频率粗略估计结果和伪码相位，根据捕获结果的伪码相位调整本地伪码相位，在多普勒频率附近对信号进行线性调频Z变换捕获，得到多普勒频率。如图1所示，本专利技术一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法，包括以下步骤；步骤一、进行北斗B1信号粗捕：(1)产生本地信号：通过压控振荡器产生本地同相I载波信号和正交Q载波信号；通过码发生器产生本地伪码信号；(2)进行M路并行相关运算：如图2所示，将本地伪码延时，得到M组相位依次相差半码片的伪码，分别输入至M组并行相关器；其中，并行相关器组数M的取值下限为1，上限为北斗B1伪码半码片个数4096；将本地I、Q载波信号分别与北斗B1信号相乘，得到I、Q下变频信号，输入至M组相关器与伪码进行并行相关运算，相关时长50us；其中，相关时长由多普勒频率搜索范围确定，两者之间关系满足：相关时长＝1/(多普勒频率搜索上限-多普勒频率搜索下限)；(3)进行N点FFT运算：完成1ms并行相关运算后，每个相关器将20个I、Q相关结果补(N-20)个零后进行N点FFT运算；其中，1ms为北斗B1伪码周期，FFT点数N的取值满足N＝2k(k≥6,k∈N)；(4)对FFT运算结果进行10次非相干累积；(5)获取捕获结果：完成非相干累积后，搜索所有非相干累积结果的最大值，并与捕获峰值比较；如果非相干累积结果的最大值大于捕获峰值，则将捕获峰值更新为非相干累积结果的最大值，并记录其对应的FFT输出序号及伪码相位；如果此时没有完成全部4096半码片的伪码相位搜索，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、进行北斗B1信号粗捕：步骤二、利用线性调频Z变换进行北斗B1信号精捕。

【技术特征摘要】
1.一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、进行北斗B1信号粗捕：步骤二、利用线性调频Z变换进行北斗B1信号精捕。2.根据权利要求1所述的一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法，其特征在于：所述的步骤一包括以下步骤：(1)产生本地信号；(2)进行M路并行相关运算；(3)进行N点FFT运算；(4)对FFT运算结果进行10次非相干累积；(5)获取捕获结果；(6)调整本地伪码相位。3.根据权利要求1所述的一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法，其特征在于：所述的步骤二包括以下步骤：(1)设置线性调频Z变换参数：(2)进行1ms相关运算：(3)进行线性调频Z变换：(4)对线性调频Z变换结果进行10次非相干累积；(5)完成捕获。4.根据权利要求2所述的一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方法，其特征在于：所述的步骤一包括以下步骤：(1)产生本地信号：通过压控振荡器产生本地同相I载波信号和正交Q载波信号；通过码发生器产生本地伪码信号；(2)进行M路并行相关运算：将本地伪码延时，得到M组相位依次相差半码片的伪码，分别输入至M组并行相关器；将本地I、Q载波信号分别与北斗B1信号相乘，得到I、Q下变频信号，输入至M组相关器与伪码进行并行相关运算，相关时长50us；(3)进行N点FFT运算：完成1ms并行相关运算后，每个相关器将20个I、Q相关结果补N-20个零后进行N点FFT运算；其中，1ms为北斗B1伪码周期，FFT点数N的取值满足N＝2k(k≥6,k∈N)；(4)对FFT运算结果进行10次非相干累积；(5)获取捕获结果：完成非相干累积后，搜索所有非相干累积结果的最大值，并与捕获峰值比较；如果非相干累积结果的最大值大于捕获峰值，则将捕获峰值更新为非相干累积结果的最大值，并记录其对应的FFT输出序号及伪码相位；如果此时没有完成全部4096半码片的伪码相位搜索，将本地码发生器产生的伪码相位后移M个半码片，重复步骤(2)至(4)；(6)调整本地伪码相位：根据并行相关+FFT算法捕获得到的伪码相位，调整本地伪码相位，使本地伪码相位与北斗B1信号伪码相位一致。5.根据权利要求4所述的一种基于线性调频Z变换的北斗B1信号高灵敏度捕获方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘路，王奕新，李峰，左启耀，李育龙，何子君，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11