【技术实现步骤摘要】
一种微弱BDS-3B1C基带信号的捕获方法及系统
本专利技术涉及北斗卫星领域，具体涉及一种微弱BDS-3B1C基带信号的捕获方法及系统。
技术介绍
GNSS接收机对接收到的GNSS基带信号进行数字解调的过程一般分为三步：捕获、跟踪、同步。其中第一步：捕获，是GNSS接收机设计中最重要、也是最复杂的一个部分。通常，在一些低信噪比条件下，GNSS接收机所接收到的GNSS信号均为低信噪比的微弱信号。因此，需要增加相干积分时间来提高信噪比增益，这进一步增加了捕获引擎设计的复杂度。北斗导航卫星系统(BDS)(以下简称北斗)是我国独立建造的导航卫星系统。北斗建设分为三个阶段，分别是“北斗一号(BDS-1)”、“北斗二号(BDS-2)”以及“北斗三号(BDS-3)”。其中，BDS-3是全球导航卫星系统，并且BDS-3将在L1频点(1575.42MHz)向全球用户公开播发B1C信号。B1C信号包含数据分量和导频分量。其中，导频分量采用“层级码”结构(tieredcodearchitecture)，在主码(primarycode)的基础上调制了一级次级码(secondarycode)，这进一步降低了不同信号导频分量之间的互相关特性，并加快了数据比特同步。但是这也给微弱信号的捕获带来了新的挑战，因为微弱信号的捕获需要增加相干积分时间，从而需要克服次级码码片符号“跳变”带来的影响。此外，BDS-3B1C信号的导频分量功率占整个BDS-3B1C信号功率的3/4，并且导频分量中的BOC(1,1)部分占整个BDS-3B1C信号功...
【技术保护点】
1.一种微弱BDS-3 B1C基带信号的捕获方法，所述方法包括：/n步骤1)将接收到的BDS-3 B1C导频分量的基带中频信号进行下变频，获得零中频信号；/n步骤2)将零中频信号与本地复现的主码进行相关运算，完成主码解调，从而进行主码相位与多普勒频率的估计；/n步骤3)对主码解调后的信号进行相干累加得到一系列累加值；将这些累加值与本地复现的所有可能的次级码序列分别进行相关运算，完成次级码解调；/n步骤4)对次级码解调后的信号进行相干累加，并将累加值取模平方后找出其中最大值，将最大值与预先设定的门限值进行比较；如果未超过门限值，进入步骤1)，继续搜索下一颗卫星；否则捕获成功。/n
【技术特征摘要】
1.一种微弱BDS-3B1C基带信号的捕获方法，所述方法包括：
步骤1)将接收到的BDS-3B1C导频分量的基带中频信号进行下变频，获得零中频信号；
步骤2)将零中频信号与本地复现的主码进行相关运算，完成主码解调，从而进行主码相位与多普勒频率的估计；
步骤3)对主码解调后的信号进行相干累加得到一系列累加值；将这些累加值与本地复现的所有可能的次级码序列分别进行相关运算，完成次级码解调；
步骤4)对次级码解调后的信号进行相干累加，并将累加值取模平方后找出其中最大值，将最大值与预先设定的门限值进行比较；如果未超过门限值，进入步骤1)，继续搜索下一颗卫星；否则捕获成功。
2.根据权利要求1所述的微弱BDS-3B1C基带信号的捕获方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：
步骤1-1)接收到的BDS-3B1C导频分量的BOC(1，1)部分的基带中频信号r[n]表示为：
其中，A为信号的幅度值；n为样本序号，对应时刻为nTs；s[nTs]为信号上调制的次级码；c[n-τ]为信号上调制的主码，其中包含子载波分量sign{sin[2π(fsc+fd)nTs]}，fsc＝1.023MHz；fIF为信号中频；fd为信号多普勒频率；τ为信号主码相位延迟；为信号载波初始相位；Ts为采样周期，并且有采样频率fs＝1/Ts；η[n]为信号中的加性高斯白噪声；
步骤1-2)将本地生成的载波信号与输入的中频信号进行混频操作，然后再进行积分操作，积分时间为Tcoh，相应的采样率降低为fcoh＝1/Tcoh，因而零中频信号rcoh[v]表示为：
其中，V＝fs*Tcoh，表示积分操作时进行累加运算的信号样本个数；v为样本序号，对应时刻为vTcoh；是输入信号多普勒频率fd的估计值。
3.根据权利要求2所述的微弱BDS-3B1C基带信号的捕获方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：
步骤2-1)本地生成的主码序列为其中是输入信号主码相位延迟τ的估计值；
步骤2-2)将步骤1)生成的零中频信号与步骤2-1)生成的本地主码序列进行相关运算，进而进行短时相干积分，积分时间为Tsec＝0.078125ms，因此在Tc＝10ms的范围内，共有128个短时相干积分结果rsec[u]：
其中，U＝fs*Tsec，并且u∈[0，127]；
步骤2-3)对128个短时相干积分结果进行一倍补零操作，得到行向量r，共包含256个元素：
r＝[rsec[0]，rsec[1]，...，rsec[127]，0，0，...，0](4)
步骤2-4)将行向量r从第一个元素开始依次顺序进行复数FFT操作，得到256个FFT输出结果
其中，I＝256，表示FFT点数；h表示一次FFT运算之后输出的结果序号；l的含义为：对应于第l个主码相位的第l次FFT运算；k表示次级码码片的序号；是残余载波相位；ηh，l是噪声项；
用表示主码相位和多普勒频率均已估计准确的FFT输出值并作为相干累加值：
其中ηk为噪声。
4.根据权利要求3所述的微弱BDS-3B1C基带信号的捕获方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：
步骤3-1)将所接收到的N个如公式(6)所示的相干累加值用向量表示为：
其中，sk即s[kTc]，表示第k个次级码码片；令SN＝[s1，s2，...，sN]T，ηN＝[η1，η2，...，ηN]T；N为次级码码片的个数；
步骤3-2)如果所需解调的次级码码片数目N小于12，进入步骤3-3)，此时，如公式(7)所示的相干累加值向量可表示为：
其中，
如果所需解调的次级码码片数目N不小于12，进入步骤3-5)；
步骤3-3)解调前一半次级码码片，共N1个次级码码片，并且N1＝ceil(N/2)，对应个候选次级码序列，每个序列包含N1个次级码码片；所有个候选次级码序列构成一个矩阵
其中，表示第i个候选次级码序列；
计算N1个次级码码片解调后的相干累加值向量
其中，Fi表示应用个候选次级码序列中的第i个候选次级码序列进行次级码解调时所得的相干累加值；
步骤3-4)解调后一半次级码码片，共N2个次级码码片，并且N2＝N-N1，对应个候选次级码序列，每个序列包含N2个次级码码片；所有个候选次级码序列构成一个矩阵
其中，表示第j个候选次级码序列；
计算N2个次级码码片解调后的相干累加值向量
步骤3-5)解调N个次级码码片，对应2N-1个候选次级码序列，每个序列包含N个次级码码片；所有2N-1个候选次级码序列构成一个矩阵MatN：
其中定示第i个候选次级码序列；M＝2N-1；
计算N个次级码码片解调后的相干累加值向量FN：
5.根据权利要求1所述的微弱BDS-3B1C基带信号的捕获方法，其特征在于，所述步骤4)具体包括：
步骤4-1)当所需解调的次级码码片数目N小于12，进入步骤4-2)；否则，进入步骤4-5)；
步骤4-2)将前一半次级码解调完成后得到的向量中的所有元素取模平方，表示为集合然后找出集合中的最大值：
步骤4-3)将后一半次级码解调完成后得到的向量中的所有元素取模平方，表示为集合然后找出集合中的最大值：
步骤4-4)分别以同号和异号两种方式相干组合上述和分别得到相干组合结果Fu和Fv：
进一步将Fu和Fv取模平方，得到集合{|Fu|2，|Fv|2}；然后找出该集合中的最大值；进入步骤4-6)；
步骤4-5)将向量FN中的所有元素取模平方，表示为集合{|F1|2，|F2|2，...，|FM|2}，然后找出集合中的最大值；
步骤4-6)将最大值与预先设定的门限值进行比较；如果未超过门限值，则返回步骤1)，继续搜索下一颗卫星；否则捕获成功。
6.一种微弱BDS-3B1C基带信号的捕获系统，其特征在于，所述系统包括：下变频模块、主码解调模块、次级码解调模块和捕获判决模块；
所述下变频模块，用于将接收到的BDS-3B1C导频分量的基带中频信号进行下变频，输出零中频信号；
所述主码解调模块，将零中频信号与本地复现的主码进行相关运算，从而进行主码相位与多普勒频率的估计，完成主码解调；
所述次级码解调模块，用于对主码解调后的信号进行相干累加并得到的一系列累加值；将这些累加值与本地复现的所有可能的次级码序列分别进行相关运算，完成次级码解调；
所述捕获判决模块，用于对次级码解调后的信号进...
【专利技术属性】
技术研发人员：仇通胜，王先毅，杜起飞，孙越强，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11
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