一种基于PCF重构的北斗B1C信号无模糊捕获计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于PCF重构的北斗B1C信号无模糊捕获计算方法，属于卫星导航信号处理技术领域，针对北斗三号系统B1C信号的信号结构及特点，利用本地设计的两组测距码片波形向量构成两组本地BOC信号，与BOC信号分别作互相关运算后进行非线性组合，得到一个没有副峰仅含有主峰的伪相关函数，解决信号的模糊性问题，其还可以针对不同信号设计的测距码片波形向量进而构建不同的本地参考信号，该算法中还引入降采样和FFT并行捕获策略降低计算复杂度，同时采用联合捕获策略降低功率损失进而提高信号的捕获灵敏度。高信号的捕获灵敏度。高信号的捕获灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PCF重构的北斗B1C信号无模糊捕获计算方法


[0001]本专利技术涉及卫星导航信号处理
，尤其是涉及一种基于PCF重构的北斗B1C信号无模糊捕获计算方法。

技术介绍

[0002]二进制偏移载波(Binary Offset Carrier, BOC)调制技术解决了全球卫星导航系统(GlobalNavigation Satellite System, GNSS)部分导航信号共用频带所带来的频率拥挤问题，2017年我国新增B1C信号采用该调制技术并应用到北斗三号卫星系统中，但BOC调制信号功率谱的频谱分离特性带来了时域相关上的自相关峰值多峰问题，从而在捕获BOC调制信号时出现误捕的模糊性问题。
[0003]北斗卫星导航接收机的工作流程如图1所示。接收机的基带信号在接收数字中频信号后会首先发给捕获模块，捕获模块的作用是检测接收信号中是否存在可用的卫星信号，估计可用卫星信号中测距码的相位，估计可用卫星信号中载波多普勒频移，估计可用卫星信号中测距码频移，只有得到这些数据跟踪模块才能稳定正常工作。
[0004]捕获常用的捕获的方法是三维捕获，如图2所示。即数字中频信号会先与PRN1号不同步长的频率去载波，并与PRN1号的不同相位伪随机码做自相关或互相关运算，如果得到最大峰值超过阈值则认为捕获成功输出，输出PRN号、载波频率、伪随机码相位。
[0005]典型的捕获算法是频域并行码相位捕获算法，如图3所示。先对接收到的中频B1C信号进行降采样处理，之后与载波相乘进行载波剥离得到基带信号，然后对其进行FFT运算，再与北斗信号的伪随机码信号进行自相关运算，最终在主峰处输出多普勒频移。
[0006]北斗B1C信号的伪随机码自相关函数如图4所示。北斗B1C信号的伪随机码自相关函数除了有一个极大的主峰外，还要两个较大的副峰，这会导致捕获时多普勒频移和码相位出现较大的误差。由于接收到的B1C信号的调制方式是不可更改的，但是可以通过设计不同的不同本地伪码来消除模糊性捕获，所以消除捕获模糊度的主要集中在本地接收的本地伪码设计上。
[0007]为此，国内外近几年提出了一些新的改进算法，起初的BPSK
‑
Like法将BOC信号看成由多个进行载波频移的BPSK信号来处理，但导致功率损失，抗多径能力下降。后续专家和学者根据对扩频信号波形构建的本地信号与接收信号的互相关函数进行重构和组合，得到消除副峰的无模糊相关函数，进而提出一种码相关扩频波形技术(Code Correlation Spread Spectrum Wave, CCSSW)技术。其中Filtered法将超前和滞后半个码片的本地PRN码分别与接收的BOC信号进行互相关运算，之后进行线性组合进而提高自相关函数的主峰比例均值，降低误捕率，但其仍存在副峰消除不彻底问题。自相关旁锋消除法(Autocorrelation Side
‑
peak Cancellation Technique, ASPeCT)，采用BOC信号自相关函数与BOC/PRN互相关函数平方相减对BOC信号相关函数进行重构，降低了BOC信号在相关时的多峰问题，但是对于高阶BOC信号，其抵消相关副峰效果较差。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种基于PCF重构的北斗B1C信号无模糊捕获计算方法，利用本地设计的两组测距码片波形向量构成两组本地BOC信号，与BOC信号分别作互相关运算后进行非线性组合，得到一个没有副峰仅含有主峰的伪相关函数，解决信号的模糊性问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于PCF重构的北斗B1C信号无模糊捕获计算方法，如图5所示，步骤如下：S1、对接收到的中频B1C信号进行降采样处理，与经过载波NCO降采样生成的载波相乘进行载波剥离得到其基带信号，然后对其进行FFT运算；S2、根据B1C信号的功率分布特性，设计两组全新的测距码片波形向量，测距码片波形向量与经过码NCO降采样生成的本地伪码相乘，分别生成数据分量和导频分量的两组本地参考BOC信号，然后分别对其进行FFT运算并取共轭；S3、将S2得到的两组FFT运算并进行共轭结果分别与S1得到的FFT结果相乘之后做IFFT运算得到和，通过非线性组合得到PCF合成互相关函数；S4、将数据和导频分量得到的结果进行联合捕获输出，若输出最大值大于门限阈值，则捕获完成；若小于门限阈值则改变本地测距码初始相位重复步骤S2
‑
S3，直至大于门限阈值，最终输出运算结果完成捕获。
[0010]优选的，如图7所示，S1和S2中，降采样处理首先将按照采样频率采样的中频信号以M倍进行降采样处理，处理后数据的表达式为：，其中M为降采样因子，表示采样率为原来的1/M倍。
[0011]优选的，S2中，生成测距码片波形向量的步骤如下：令两组测距码片波形向量分别为和，本地参考BOC信号为和：(1)其中为测距码序列，N为BOC调制信号的调制系数；与接收信号的互相关函数分别为和，最终通过非线性组合得到PCF合成函数：(2)为了保证得到PCF函数对称且具有单一主峰，需要两个本地参考BOC信号和互为镜像，同时B1C信号为正弦BOC调制，则构建的测距码片波形向量与互相关函数需满足：
ꢀ
(3)B1C信号的数据分量和导频正交分量功率分布系数如下：(4)在满足公式（1）和公式（2）的条件下，得到的测距码片波形向量为：(5)其中，为数据分量和导频分量对应的不同功率分布系数，其中，；为控制参数，当时，为B1C信号数据分量的测距码片波形向量，相应的BIC信号的导频分量的测距码片波形向量的表达式如下：(6)根据下式得出接收机接收信号与本地参考BOC信号的互相关函数：(7)对公式（6）得到的两个互相关函数进行非线性组合：(8)B1C信号的数据分量和导频分量的PCF合成函数如下式所示：
(9)由公式(7)可得PCF合成函数是一个关于Y轴对称且只含有主峰的相关函数，最大值且受影响，当时取最大值。公式(8)中的最大值相比自相关函数主峰峰值增加一倍，的最大值约为主峰峰值的1.1倍。同时重构相关函数主峰的宽度为，会随调制阶数的增加而变小．由此可见改进算法提高了主峰峰值比例，主峰宽度也得到改进，完全消除了副峰，提高了信号捕获的无模糊性。
[0012]如图6所示，将设计的算法用Matlab进行仿真实现并验证理论推到的正确性，B1C信号数据分量的相关函数如图(a)所示，可见其相关函数只含主峰，且峰值大大提高，B1C信号导频分量的相关函数如图(b)所示。
[0013]优选的，S4中，通过双通道联合捕获来提高捕获灵敏度，将数据分量和导频分量的单通道捕捉相关值进行线性非相干累加，根据最大信噪比组合原则得到导频和数据分量联合加权系数：(10)由于数据分量和导频分量信号是从同一颗卫星发射并经历相同的传播路径，因此接收机接收的两路信号具有相同的测距码相位差和多普勒频移，产生的新判决变量的信噪比等效于原来单通道信号相干累积两个周期的结果，最终数据分量和导频分量联合输出的结果为：(11)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PCF重构的北斗B1C信号无模糊捕获计算方法，其特征在于，步骤如下：S1、对接收到的中频B1C信号进行降采样处理，与经过载波NCO降采样生成的载波相乘进行载波剥离得到其基带信号，然后对其进行FFT运算；S2、根据B1C信号的功率分布特性，设计两组全新的测距码片波形向量，测距码片波形向量与经过码NCO降采样生成的本地伪码相乘，分别生成数据分量和导频分量的两组本地参考BOC信号，然后分别对其进行FFT运算并取共轭；S3、将S2得到的两组FFT运算并进行共轭结果分别与S1得到的FFT结果相乘之后做IFFT运算得到和，通过非线性组合得到PCF合成互相关函数；S4、将数据和导频分量得到的结果进行联合捕获输出，若输出最大值大于门限阈值，则捕获完成；若小于门限阈值则改变本地测距码初始相位重复步骤S2
‑
S3，直至大于门限阈值，最终输出运算结果完成捕获。2.根据权利要求1所述的一种基于PCF重构的北斗B1C信号无模糊捕获计算方法，其特征在于：S1和S2中，降采样处理首先将按照采样频率采样的中频信号以M倍进行降采样处理，处理后数据的表达式为：，其中M为降采样因子，表示采样率为原来的1/M倍。3.根据权利要求1所述的一种基于PCF重构的北斗B1C信号无模糊捕获计算方法，其特征在于：S2中，生成测距码片波形向量的步骤如下：令两组测距码片波形向量分别为和，本地参考BOC信号为和：(1)其中为测距码序列，N为BOC调制信号的调制系数；与接收信号的互相关函数分别为和，最终通过非线性组合得到PCF合成函数：(2)为了保证得到PCF函数对称...

【专利技术属性】
技术研发人员：金志威，樊易升，张展豪，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：