一种码间差分与码并行的GPS弱信号捕获方法及系统技术方案

本发明专利技术属于卫星导航技术领域，公开了一种码间差分与码并行的GPS弱信号捕获方法及系统，包括数字下变频模块、码合并模块、数据存储模块、多普勒剥离模块、数据折叠模块、逐级匹配相干模块、码间差分模块、多普勒补偿模块、逐级相干模块与逐级非相干模块、峰值判决模块、普勒搜索完成判断模块、多普勒调控模块和结果输出模块。本发明专利技术的基于码间差分与码并行的高轨GPS信号捕获方法，为导航接收机提供快捷、高效的捕获算法；采用码间差分算法避免了导航数据跳变对相干积分时长的影响，通过提高相干积分时长提高GPS信号的捕获灵敏度。本发明专利技术采用逐级相干与逐级非相干算法，实现了不同强度信号的快速捕获，缩短了导航接收机首次定位时间。缩短了导航接收机首次定位时间。缩短了导航接收机首次定位时间。

A method and system of GPS weak signal acquisition based on inter symbol difference and code parallel

【技术实现步骤摘要】
一种码间差分与码并行的GPS弱信号捕获方法及系统


[0001]本专利技术属于卫星导航
，尤其涉及一种码间差分与码并行的GPS弱信号捕获方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，随着卫星导航系统的发展，卫星导航从最初的军用领域逐步深入到民用领域的各个方面，隧道、森林、地铁、以及大型建筑物内部或地下车库等室内场所也逐渐成为导航技术应用的重要场所。卫星导航业务的需求快速增长，使得传统地面测控站的压力也越来越大。如果卫星或航天器拥有自主定位定轨的能力，将大大降低卫星测控成本。人们开始探索设计高轨卫星导航接收机为卫星和航天器提供定位导航服务。
[0003]传统高轨GPS导航接收机通过码并行算法获得相干积分值之后对数据进行非相干处理，例如“Block Acquisition of Weak GPS Signals in a Software Receiver”中所提到的算法，这种方式受导航数据跳变影响，相干时长受限，以及平方噪声的多次引入导致捕获灵敏度下降。又如专利“基于优化并行码相位搜索的GPS捕获电路”中所示方法，其资源消耗量大、捕获灵敏度低。同时传统GPS导航接收机采用固定捕获时长对高轨环境下的信号进行捕获，这对于高轨环境下的强信号而言，浪费了大量的捕获时间。而采用基于码间差分与码并行的高轨GPS信号捕获方法可以避免导航数据跳变对相干积分时长的影响，提高导航接收机的捕获灵敏度，同时算法中融入了逐级相干与逐级非相干算法，加快了信号的捕获速度，满足了高轨环境下信号的快速捕获和高灵敏度捕获要求。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0005](1)传统高轨GPS导航接收机通过码并行算法受导航数据跳变影响，相干时长受限，以及平方噪声的多次引入导致捕获灵敏度下降。
[0006](2)基于优化并行码相位搜索的GPS捕获电路方法的资源消耗量大、捕获灵敏度低。
[0007](3)传统GPS导航接收机采用固定捕获时长对高轨环境下的信号进行捕获，这对于高轨环境下的强信号而言，浪费了大量的捕获时间。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种码间差分与码并行的GPS弱信号捕获方法及系统，尤其涉及一种基于码间差分与码并行的高轨GPS弱信号捕获方法、系统、介质、设备及终端，旨在解决高轨GPS导航接收机高灵敏度捕获和快速捕获卫星信号的问题。
[0009]本专利技术是这样实现的，一种码间差分与码并行的GPS弱信号捕获系统，所述码间差分与码并行的GPS弱信号捕获系统包括：
[0010]数字下变频模块，用于将基带数据进行数字下变频，去除数据中的残余载波，获得零中频数据后将数据传输至码合并模块；
[0011]码合并模块，用于根据采样速率将零中频数据进行累加合并，获得半码数据，并将
数据送入数据存储模块进行存储；
[0012]数据存储模块，用于将获得的半码数据进行10毫秒乒乓存储，存储的数据经过读出后送入多普勒剥离模块；
[0013]多普勒剥离模块，用于将存储的数据以10毫秒为单元进行多普勒剥离，去除数据中的多普勒频率，并将数据送入数据折叠模块；
[0014]数据折叠模块，用于将多普勒剥离后的10毫秒数据按照对应码相位逐次折叠为1毫秒数据块，并将逐次折叠的数据块传输至逐级匹配相干模块；
[0015]逐级匹配相干模块，用于将不同折叠次数的数据块进行快速傅立叶变换后，与本地伪码的快速傅立叶的共轭结果进行相乘，再将复乘结果进行快速傅立叶逆变换，得到不同相干时长的相干值，随后将相干值同时送入码间差分模块和峰值判决模块；
[0016]码间差分模块，用于将逐级匹配相干模块得到的相干数据进行差分，差分方式采用码间差分法，将相邻码相位中的一个相干值取共轭后与另一个进行复乘，并将差分结果送入多普勒补偿模块；
[0017]多普勒补偿模块，用于补偿因多普勒效应产生的码相位偏移，使差分结果码相位互相对齐，随后将数据传送至逐级相干模块与逐级非相干模块；
[0018]逐级相干模块与逐级非相干模块，用于将多普勒补偿模块所得的结果对应位置进行K次逐级累加并取模，得到不同信噪比的相干值；对相干累积值取模后再进行L次逐级累加，得到不同捕获时长的相干数据，并将数据传送至峰值判决模块；
[0019]峰值判决模块，用于将逐级匹配相干模块、逐级相干模块与逐级非相干模块得到的结果进行峰值检测，判断峰均比是否超过捕获门限；如果峰值超过门限，则将进入到结果输出模块；如果未超过门限，则将进入到多普勒搜索完成判断模块；
[0020]普勒搜索完成判断模块，用于在未捕获到当前卫星的情况下判断多普勒频率是否搜索完成，如果搜索完成将进入到结果输出模块，如果未搜索完成将进入到多普勒调控模块；
[0021]多普勒调控模块，用于调控当前所要搜索的多普勒频率并传输至多普勒剥离模块；
[0022]结果输出模块，用于将捕获得到的多普勒信息、卫星号和码相位传送至跟踪模块。
[0023]进一步，所述逐级匹配相干模块通过将不同折叠次数的数据与本地伪码进行码并行相干，得到不同相干时长的码并行搜索结果，包括：
[0024]数据选择器，用于选择要进行FFT处理的数据源，捕获刚开始时，数据选择器将数据源选择为本地伪码；当本地伪码处理完成后，数据源选择为折叠数据，将FFT核的数据源进行选择切换，并将选择的数据传送至FFT单元；
[0025]FFT单元，用于将不同折叠次数的数据与本地伪码通过傅里叶变换转换至频域，将本地伪码的傅里叶变换值传送至存储单元，将不同折叠次数的数据经过傅里叶变换后传送至复乘单元；
[0026]存储单元，用于存储本地伪码的FFT共轭值，在使用时将数据产送至复乘单元；
[0027]复乘单元，用于将数据的傅里叶变换值和本地伪码的傅里叶变换值共轭后进行相乘，使用频域相乘代替时域卷积，并将复乘结果传送至IFFT单元；
[0028]IFFT单元，用于将复乘结果进行逆傅里叶变换，将相干结果从频域转换到时域，将
数据传送至码分模块，并将数据取模后传送至峰值判决模块。
[0029]本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述的码间差分与码并行的GPS弱信号捕获系统的所述码间差分与码并行的GPS弱信号捕获方法，所述码间差分与码并行的GPS弱信号捕获方法包括以下步骤：
[0030]步骤一，利用数字下变频模块将基带数据和本地产生的载波信号进行混频，得到零中频数据，进而将零中频信号进行码合并，得到半码数据；
[0031]步骤二，利用数据存储模块将合并后的码片数据进行乒乓存储；利用多普勒剥离模块将存储的码片数据和本地生成的多普勒频率进行混频，去除数据中的多普勒频率，得到零多普勒数据；
[0032]步骤三，零多普勒数据通过数据折叠模块进行逐级折叠，得到1毫秒数据块；将1毫秒数据块与本地伪码进行相干，得到不同码相位的相干值；
[0033]步骤四，对经过码间差分模块的相干数据进行多普勒补偿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种码间差分与码并行的GPS弱信号捕获系统，其特征在于，所述码间差分与码并行的GPS弱信号捕获系统包括：数字下变频模块，用于将基带数据进行数字下变频，去除数据中的残余载波，获得零中频数据后将数据传输至码合并模块；码合并模块，用于根据采样速率将零中频数据进行累加合并，获得半码数据，并将数据送入数据存储模块进行存储；数据存储模块，用于将获得的半码数据进行10毫秒乒乓存储，存储的数据经过读出后送入多普勒剥离模块；多普勒剥离模块，用于将存储的数据以10毫秒为单元进行多普勒剥离，去除数据中的多普勒频率，并将数据送入数据折叠模块；数据折叠模块，用于将多普勒剥离后的10毫秒数据按照对应码相位逐次折叠为1毫秒数据块，并将逐次折叠的数据块传输至逐级匹配相干模块；逐级匹配相干模块，用于将不同折叠次数的数据块进行快速傅立叶变换后，与本地伪码的快速傅立叶的共轭结果进行相乘，再将复乘结果进行快速傅立叶逆变换，得到不同相干时长的相干值，随后将相干值同时送入码间差分模块和峰值判决模块；码间差分模块，用于将逐级匹配相干模块得到的相干数据进行差分，差分方式采用码间差分法，将相邻码相位中的一个相干值取共轭后与另一个进行复乘，并将差分结果送入多普勒补偿模块；多普勒补偿模块，用于补偿因多普勒效应产生的码相位偏移，使差分结果码相位互相对齐，随后将数据传送至逐级相干模块与逐级非相干模块；逐级相干模块与逐级非相干模块，用于将多普勒补偿模块所得的结果对应位置进行K次逐级累加并取模，得到不同信噪比的相干值；对相干累积值取模后再进行L次逐级累加，得到不同捕获时长的相干数据，并将数据传送至峰值判决模块；峰值判决模块，用于将逐级匹配相干模块、逐级相干模块与逐级非相干模块得到的结果进行峰值检测，判断峰均比是否超过捕获门限；如果峰值超过门限，则将进入到结果输出模块；如果未超过门限，则将进入到多普勒搜索完成判断模块；普勒搜索完成判断模块，用于在未捕获到当前卫星的情况下判断多普勒频率是否搜索完成，如果搜索完成将进入到结果输出模块，如果未搜索完成将进入到多普勒调控模块；多普勒调控模块，用于调控当前所要搜索的多普勒频率并传输至多普勒剥离模块；结果输出模块，用于将捕获得到的多普勒信息、卫星号和码相位传送至跟踪模块。2.如权利要求1所述的码间差分与码并行的GPS弱信号捕获系统，其特征在于，所述逐级匹配相干模块通过将不同折叠次数的数据与本地伪码进行码并行相干，得到不同相干时长的码并行搜索结果，包括：数据选择器，用于选择要进行FFT处理的数据源，捕获刚开始时，数据选择器将数据源选择为本地伪码；当本地伪码处理完成后，数据源选择为折叠数据，将FFT核的数据源进行选择切换，并将选择的数据传送至FFT单元；FFT单元，用于将不同折叠次数的数据与本地伪码通过傅里叶变换转换至频域，将本地伪码的傅里叶变换值传送至存储单元，将不同折叠次数的数据经过傅里叶变换后传送至复乘单元；
存储单元，用于存储本地伪码的FFT共轭值，在使用时将数据产送至复乘单元；复乘单元，用于将数据的傅里叶变换值和本地伪码的傅里叶变换值共轭后进行相乘，使用频域相乘代替时域卷积，并将复乘结果传送至IFFT单元；IFFT单元，用于将复乘结果进行逆傅里叶变换，将相干结果从频域转换到时域，将数据传送至码分模块，并将数据取模后传送至峰值判决模块。3.一种应用如权利要求1～2任意一项所述的码间差分与码并行的GPS弱信号捕获系统的所述码间差分与码并行的GPS弱信号捕获方法，其特征在于，所述码间差分与码并行的GPS弱信号捕获方法包括以下步骤：步骤一，利用数字下变频模块将基带数据和本地产生的载波信号进行混频，得到零中频数据，进而将零中频信号进行码合并，得到半码数据；步骤二，利用数据存储模块将合并后的码片数据进行乒乓存储；利用多普勒剥离模块将存储的码片数据和本地生成的多普勒频率进行混频，去除数据中的多普勒频率，得到零多普勒数据；步骤三，零多普勒数据通过数据折叠模块进行逐级折叠，得到1毫秒数据块；将1毫秒数据块与本地伪码进行相干，得到不同码相位的相干值；步骤四，对经过码间差分模块的相干数据进行多普勒补偿，并经过逐级相干模块与逐级非相干得到不同时长的相干数据；步骤五，通过峰值判决是否捕获到卫星信号，若捕获到卫星信号时，将捕获的信息传送至跟踪模块并终止捕获程序，如果未捕获到卫星信号，则通过普勒搜索完成判断模块判断是否继续进行捕获，直至捕获到当前卫星或遍历搜索完所有多普勒频率。4.如权利要求3所述的码间差分与码并行的GPS弱信号捕获方法，其特征在于，所述码间差分与码并行的GPS弱信号捕获方法还包括：数据折叠模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，王超，孙景荣，许录平，刘姝研，周弘扬，宋迤达，杨波，李芷楠，闫紫航，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：