微弱卫星导航信号捕获中的信号检测判决方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微弱卫星导航信号捕获中的信号检测判决方法及其装置。在弱信号环境下，高灵敏度卫星导航接收机需要对伪码的相关结果进行长时间累积，以达到捕获的灵敏度增益要求。本发明专利技术旨在使用基于信号的峰均比判决方法，减少相关结果检测判决过程带来的信噪比损失，并给出了一种判决门限的自适应处理方法。同时本发明专利技术考虑远近效应的影响，在初步判决信号存在之后提供排除互相关的判决模块，以此削弱Ｃ／Ａ码互相关干扰的影响。控制模块对捕获器进行的二维搜索，采用检测最大值下降趋势的方法判决当前信号存在的多普勒频偏，从而缩短频率维的搜索时间，提高了捕获效率。本发明专利技术适用于ＧＰＳ和ＢＤ－２等系统，冷启动捕获灵敏度可达－１４５ｄｂｍ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微弱卫星导航信号捕获中的信号检测判决方法及其装置。技术背景全球卫星导航系统GNSS (Global Navigation Satellite System)，作为一种星基 导航系统，它利用用户到位置已知的卫星的距离或方向角等信息进行定位和导航.近年 来，随着各大GNSS系统的不断完善，卫星导航技术不仅深入军事、测绘、通信、遥感等军用 领域，其在汽车定位系统、个人手持通信终端等民用领域的应用也日益广泛。因其重要的战 略地位和无限的市场潜力，卫星定位技术已成为各国研究和发展的重点和热点。卫星导航接收机通过从足够多的卫星信号中，获得信号传播时间信息和卫星位置 信息，根据这些信息计算得到接收机的位置、时间和速度等。为了进行导航定位解算，导航 接收机至少需要从不同的4颗卫星得到信息。接收机需要先与接收到的卫星信号完成粗同 步，即扩频信号的捕获过程，得到伪随机码的相位偏移和信号载波多普勒偏移。再由跟踪过 程得到伪码相位、载波频率/相位的精确估计值，对导航信号进行实时跟踪，解扩后得到该 卫星信号中调制的信息。当接收机位于室内、森林、城市等复杂环境下，导航信号受到严重的衰弱，信号功 率将远远低于一般卫星导航接收机的工作范围。微弱信号条件大大限制了卫星导航定位的 应用领域。在弱信号环境下，高灵敏度卫星导航接收机需要对伪码的相关结果进行长时间 累积，以达到捕获的灵敏度增益要求。无论是非相干累积还是差分相干累积，积分带来的灵 敏度增益都是有限的，而基于累积结果幅值的判决过程又会引入灵敏度损失。对于捕获方 案本身来说，其所处的弱信号使用环境是不可设定的，因而信号捕获中的噪声基底是难以 统计其分布的。另外，接收机使用不同的射频前端也会影响信号捕获结果中噪声基底的大 小。因此可以明显看出，基于高斯分布的固定门限判决并不是最佳选择。因此，微弱信号条 件下的卫星导航信号捕获中的信号检测判决技术，已成为研究高灵敏度捕获技术不可或缺 的组成部分。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种微弱卫星导航信号捕获中的信号 检测判决方法及其装置。微弱卫星导航信号捕获中的信号检测判决方法的步骤如下1)将从捕获器获得的一个扩频码周期的卫星信号累积结果送入检测模块，检测模块检 测到数据同步信号之后，同步启动峰值查找模块和均值计算模块，并将该周期内所有累积 结果存入存储模块；2)存储模块、峰值查找模块和均值计算模块将同步结束工作，然后由存储模块将存储 的数据导出，连同均值计算模块计算的均值和峰值查找模块找到的峰值，一起送入峰均比 计算模块和互相关比例因子计算模块，计算该组捕获累积结果的峰均比和互相关比例因子；3)控制模块将当前频点的捕获累积结果峰均比与所设比例门限进行比较，判决信号是 否存在；对于判决为信号存在的各组累积结果，控制模块同时记录捕获器提供的频点信息， 通过比较各频点下各组累积结果峰值的大小，找到目标频点；4)将目标频点对应的捕获累积结果，送入互相关判决模块，通过互相关比例因子与所 设门限的比较，排除远近效率引起的互相关干扰，确认信号是否存在。所述的将从捕获器获得的一个扩频码周期的卫星信号累积结果送入检测模块。检 测模块检测到数据同步信号之后，同步启动峰值查找模块和均值计算模块，并将该周期内 所有累积结果存入存储模块步骤，包括1)捕获器在完成所需次数的非相干累积或者差分相干累积之后，将卫星信号在一个扩 频码周期的累积结果依次输出，同时给出数据有效信号，输出信号为I，Q两路信号取模运 算的结果，采样率为系统采样时钟，一个扩频码周期的数据长度为Ims ；2)检测模块检测到数据同步信号的同时，启动峰值查找模块，遍历一个扩频码周期的M 个累积结果，找到这M个结果中的最大值即峰值max以及峰值在M个值中所处的位置pos ；3)检测模块检测到数据同步信号的同时，启动均值计算模块，在接收M个累积结果的 同时进行M个累积结果求和操作，得到所有M个累积结果的代数和sum，最后将此代数和除 以累积结果个数M,同步得到累积结果的均值mean ；4)接收到的数据一边进行峰值查找和均值计算，一边存入存储模块用以进行后续的信 号处理，存储模块的存储数据量即为一个扩频码周期累积结果的个数M，接收下一个周期的 累积结果时存储模块空间可被覆盖并重复使用。所述的存储模块、峰值查找模块和均值计算模块将同步结束工作，然后由存储模 块将存储的数据导出，连同均值计算模块计算的均值和峰值查找模块找到的峰值，一起送 入峰均比计算模块和互相关比例因子计算模块，计算该组捕获累积结果的峰均比和互相关 比例因子步骤，包括1)存储模块、峰值查找模块和均值计算模块将同步结束工作，即得到M个累积结果的 均值、M个累积结果的峰值及其所处位置信息，同时存储模块存满M个数据；2)存储模块存储数据量达到要求时，打开存储模块读取使能，重新将M个累积结果依 序导出；3)检测到存储模块读使能有效后，开启峰均比计算模块的使能。直至存储模块将所存 M个数据全部输出之后，方可得到峰均比的计算结果；4)开启峰均比计算模块使能的同时开启互相关比例因子计算模块，同样需等存储模块 所有M个数据全部输出之后，方可得到该组累积结果的互相关比例因子；5)峰均比和互相关比例因子计算完成之后，向检测模块发送运算结束标志。所述的检测到存储模块读使能有效后，开启峰均比计算模块的使能。直至存储模 块将所存M个数据全部输出之后，方可得到峰均比的计算结果步骤，包括1)将存储模块同步输出的每个累积结果，先减去均值mean，再逐个进行平方累加；2)完成M次平方累加之后，将累加值除以数据总数M得到方差var，作为近似的统计噪 声功率；3)将找到的峰值max减去均值mean后作平方运算，即消除直流分量影响后统计信号的功率。然后除以统计噪声功率var，得到该组累积结果的峰均比。4)计算结束后，送出峰均比结果同时给出计算完成标志。所述的开启峰均比计算模块使能的同时开启互相关比例因子计算模块，同样需等 存储模块所有M个数据全部输出之后，方可得到该组累积结果的互相关比例因子步骤，包 括1)确定次大值查找的范围，所谓次大值是指除去信号之后噪声采样点的最大值，由于 信号的输出会扩展到它邻近的采样点，因此最大值位置pos左右5个采样点都应该从查找 范围里剔除；2)存在3种状态的查找范围，它们分别对应3种剔除方式①当峰值位置5<pOS<M-l-5，剔除pos士5范围位置的采样点；②当峰值位置pos^ 5，剔除和(M-l-(5-pos),M-l]范围位置的采样点；③当峰值位置pos^ M-1-5,剔除[pos-5,M-l]和所述的控制模块将当前频点的捕获累积结果峰均比与所设比例门限进行比较，判 决信号是否存在；对于判决为信号存在的各组累积结果，控制模块同时记录捕获器提供的 频点信息，通过比较各频点下各组累积结果峰值的大小，找到目标频点步骤，包括1)将当前频点的捕获累积结果峰均比与所设比例门限进行比较，若大于门限则判决信 号存在，否则判决信号不存在，与固定门限判决相比，比例门限判决可以适应各种强度条件 的信号，等效于给出了 一种判决门限的自适应解决方法；2)一旦判决某个频点上的信号存在，则进入检测峰值下降趋势的等待状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微弱卫星导航信号捕获中的信号检测判决方法，其特征在于它的步骤如下：１）将从捕获器获得的一个扩频码周期的卫星信号累积结果送入检测模块，检测模块检测到数据同步信号之后，同步启动峰值查找模块和均值计算模块，并将该周期内所有累积结果存入存储模块；２）存储模块、峰值查找模块和均值计算模块将同步结束工作，然后由存储模块将存储的数据导出，连同均值计算模块计算的均值和峰值查找模块找到的峰值，一起送入峰均比计算模块和互相关比例因子计算模块，计算该组捕获累积结果的峰均比和互相关比例因子；３）控制模块将当前频点的捕获累积结果峰均比与所设比例门限进行比较，判决信号是否存在；对于判决为信号存在的各组累积结果，控制模块同时记录捕获器提供的频点信息，通过比较各频点下各组累积结果峰值的大小，找到目标频点；４）将目标频点对应的捕获累积结果，送入互相关判决模块，通过互相关比例因子与所设门限的比较，排除远近效率引起的互相关干扰，确认信号是否存在。

【技术特征摘要】
1.一种微弱卫星导航信号捕获中的信号检测判决方法，其特征在于它的步骤如下1)将从捕获器获得的一个扩频码周期的卫星信号累积结果送入检测模块，检测模块检 测到数据同步信号之后，同步启动峰值查找模块和均值计算模块，并将该周期内所有累积 结果存入存储模块；2)存储模块、峰值查找模块和均值计算模块将同步结束工作，然后由存储模块将存储 的数据导出，连同均值计算模块计算的均值和峰值查找模块找到的峰值，一起送入峰均比 计算模块和互相关比例因子计算模块，计算该组捕获累积结果的峰均比和互相关比例因 子；3)控制模块将当前频点的捕获累积结果峰均比与所设比例门限进行比较，判决信号是 否存在；对于判决为信号存在的各组累积结果，控制模块同时记录捕获器提供的频点信息， 通过比较各频点下各组累积结果峰值的大小，找到目标频点；4)将目标频点对应的捕获累积结果，送入互相关判决模块，通过互相关比例因子与所 设门限的比较，排除远近效率引起的互相关干扰，确认信号是否存在。2.根据权利要求1所述的一种微弱卫星导航信号捕获中的信号检测判决方法，其特征 在于，所述的将从捕获器获得的一个扩频码周期的卫星信号累积结果送入检测模块；检测 模块检测到数据同步信号之后，同步启动峰值查找模块和均值计算模块，并将该周期内所 有累积结果存入存储模块步骤，包括1)捕获器在完成所需次数的非相干累积或者差分相干累积之后，将卫星信号在一个扩 频码周期的累积结果依次输出，同时给出数据有效信号，输出信号为I，Q两路信号取模运 算的结果，采样率为系统采样时钟，一个扩频码周期的数据长度为Ims ；2)检测模块检测到数据同步信号的同时，启动峰值查找模块，遍历一个扩频码周期的M 个累积结果，找到这M个结果中的最大值即峰值max以及峰值在M个值中所处的位置pos ；3)检测模块检测到数据同步信号的同时，启动均值计算模块，在接收M个累积结果的 同时进行M个累积结果求和操作，得到所有M个累积结果的代数和sum，最后将此代数和除 以累积结果个数M,同步得到累积结果的均值mean ；4)接收到的数据一边进行峰值查找和均值计算，一边存入存储模块用以进行后续的信 号处理，存储模块的存储数据量即为一个扩频码周期累积结果的个数M，接收下一个周期的 累积结果时存储模块空间可被覆盖并重复使用。3.根据权利要求1所述的一种微弱卫星导航信号捕获中的信号检测判决方法，其特 征在于，所述的存储模块、峰值查找模块和均值计算模块将同步结束工作，然后由存储模块 将存储的数据导出，连同均值计算模块计算的均值和峰值查找模块找到的峰值，一起送入 峰均比计算模块和互相关比例因子计算模块，计算该组捕获累积结果的峰均比和互相关比 例因子步骤，包括1)存储模块、峰值查找模块和均值计算模块将同步结束工作，即得到M个累积结果的 均值、M个累积结果的峰值及其所处位置信息，同时存储模块存满M个数据；2)存储模块存储数据量达到要求时，打开存储模块读取使能，重新将M个累积结果依 序导出；3)检测到存储模块读使能有效后，开启峰均比计算模块的使能，直至存储模块将所存M 个数据全部输出之后，方可得到峰均比的计算结果；4)开启峰均比计算模块使能的同时开启互相关比例因子计算模块，同样需等存储模块 所有M个数据全部输出之后，方可得到该组累积结果的互相关比例因子；5)峰均比和互相关比例因子计算完成之后，向检测模块发送运算结束标志。4.根据权利要求3所述的一种微弱卫星导航信号捕获中的信号检测判决方法，其特 征在于，所述的检测到存储模块读使能有效后，开启峰均比计算模块的使能；直至存储模块将所存M个数据全部输出之后，方可得到峰均比的计算结果步骤，包括1)将存储模块同步输出的每个累积结果，先减去均值mean，再逐个进行平方累加；2)完成M次平方累加之后，将累加值除以数据总数M得到方差var，作为近似的统计噪 声功率；3)将找到的峰值max减去均值mean后作平方运算，即消除直流分量影响后统计信...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈颖洁，赵民建，钟杰，李云飞，李立言，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]