一种多模GNSS组合接收机兼容捕获方法技术

本发明专利技术公开了一种多模GNSS组合接收机兼容捕获方法，包括：包括在相干积分累加时间以及非相干积分累加时间内对卫星信号的进行相应的捕获处理；在所述的捕获处理中采用模糊逻辑算法，依据载噪比和载体速度动态的调整相干积分累加时间和非相干积分累加次数；在相干积分累加时间内，对采集到的卫星信号的中频信号进行二次采样，即所有数据分解为多组，使得每组中的数据点均位于1个伪随机码元内，之后依次进行傅里叶变换、傅里叶逆变换、DCT变换、IDCT变换、模值平方和门限判决处理。本发明专利技术克服了现有捕获方法灵敏度低和容易受干扰而不能捕获信号的不足，采用本发明专利技术方法可在GNSS信号受到遮挡、存在较强环境噪声时正常捕获卫星信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星导航
，尤其涉及一种多模GNSS组合接收机兼容捕获方法。
技术介绍
全球导航卫星系统(GNSS)是一种以卫星为基础的无线电导航系统，它包括卫星星座、地面监控系统及用户终端设备，能为陆、海、空的各类载体提供全天候、不间断、高精度、实时导航定位服务。目前，应用最广的全球导航卫星系统是美国的GPS(GlobalPositioning System),已经渗透到国民经济与日常生活的各个领域,如海上航行、城市交通管理、商业物流管理、船舶远洋导航、精密受时、大地测量、精细农业等。目前，我国也参与了将于近两年建成的Galileo系统的建设,并正在自主研发全球卫星定位系统Compass (北斗二代)，Compass (北斗二代)系统已于2011年底开始对我国境内及周边地区提供无源定·位和导航服务。GNSS应用于交通领域中面临许多挑战，如GNSS信号到达地面接收机时已相当微弱，建筑物、山丘等的遮挡会影响信号接收而导致GNSS接收机不能给出定位结果。特别的，在室内、城市、森林等复杂环境中，GPS接收信噪比更低，而上述这些环境恰是人类活动的主要环境之一。可见，微弱信号环境下的导航定位应用成为限制GNSS应用的重要因素之一。如图I所示，现有的多模GNSS定位接收机一般由接收天线和射频模块、基带信号处理模块、电源模块等构成。基带信号处理模块包括捕获和跟踪、星历解算和电文提取、选星计算、导航测量、误差校正、导航定位解算等子模块组成，其中，捕获和跟踪部分实现信号的解扩、解调，其效果将直接影响接收机定位性能。可通过优化捕获算法，改善接收机的捕获速度和灵敏度。国内外针对GNSS信号捕获已经有了许多研究成果，也有一些文献研究了具有不同调制方式、不同码率和码长卫星信号的兼容捕获。但是，已有研究成果还存在较大局限性，如性能优化问题；捕获速度和灵敏度不能兼顾，即提高捕获速度往往以牺牲灵敏度为代价，反之宜然。例如，申请号为CN 200910072325. X的专利文献，公开了一种微弱GNSS信号的差分相干累积捕获方法，包括将接收到的数据分成4个组，再将每个组中的数据分为M+1个数据块；对每个数据组中的每个数据块分别进行相干累积；对每个数据组中的每相邻的两个数据块的相干累积矩阵做共轭乘积；将每个数据组中的所有相邻数据块对应的导航数据位乘积组合分别与该组中的M个差分矩阵相乘，获得该组的累积结果；选取4组差分累积结果的最大值作为捕获结果，每个数据组的起始位置均对应一个估计的比特边沿。上述方法解决了现有的半比特法和全比特法对微弱GNSS信号的捕获时间长并且存在非相干累积引起的平方损耗的问题。但是，利用上述方法仍无法解决目前存在的技术问题，为了更好的应用GNSS，还需要解决如下问题(I)存在遮挡等弱信号环境下GNSS定位的问题；(2)低信噪比下动态性与抗噪声能力的矛盾。
技术实现思路
本专利技术提供了一种多模GNSS组合接收机兼容捕获方法，克服了现有GNSS接收机灵敏度低和容易受干扰而导致卫星信号失锁，因而不能给出定位结果的弊端，通过设计多模GNSS系统兼容捕获方案、改进捕获算法、采取措施提高GNSS组合接收机的捕获灵敏度和捕获速度，提高GNSS定位可靠性和定位精度等性能。一种多模GNSS组合接收机兼容捕获方法，包括在相干积分累加时间以及非相干积分累加时间内对卫星信号进行相应的捕获处理；在所述的捕获处理中采用模糊逻辑算法，依据载噪比和载体速度动态的调整相干积分累加时间和非相干积分累加次数；其中在相干积分累加时间内，对采集到的卫星信号的中频信号进行二次采样，即所有数据分解为多组，使得每组中的数据点均位于I个伪随机码元内，之后依次进行傅里叶变换、傅里叶逆变换、DCT变换、IDCT变换、模值平方和门限判决处理。 由于一个伪随机码周期对应的数据点数多，如Compass系统Ims (毫秒)伪码周期内有10230个码片(已公开播发的BI频点信号的码速率为2046个码片)，且每个码片至少采样2个数据点，导致大点数的FFT运算，运算复杂且运算量大。若能减小FFT运算的点数N，或将I个大点数FFT分解为若干个小点数FFT，则可减小捕获算法的运算量，提高捕获速度。本专利技术通过对中频数字信号的二次采样，将I个大点数FFT分解为若干个小点数FFT，即将N点的FFT运算变为起始点J分别为1，2，... M的M次N/M点的FFT运算，提高捕获速度。为提高灵敏度，作为优选，可在所述DCT变换后，将所得结果的高频部分数据置零，然后进行所述的IDCT变换。由于信道相干时间至少几十毫秒以上，因此，相关累加输出信号是一个慢变信号。因此对扩频码同步时的傅里叶逆变换输出做时域DCT，可以保证能量都集中在离散余弦变换后的低频部分，而对于扩频码未同步时(或噪声)，经过DCT变换，能量仍然均匀分布于整个频段。由此，本专利技术首先将DCT变换域信号的高频分量置零，然后对变换域信号作离散余弦反变换(IDCT)进行信号重构，最后再对此重构信号进行捕获。通过上述信号变换与重构，信号几乎没有损失，而总的噪声被显著降低，因此可提高信号捕获的灵敏度。所述模糊逻辑算法依据载体速度估计信息、相关器输入端信号载噪比估计值、以及GNSS信号类型，实时调整相干积分累加和非相干积分累加策略当信号强度较强足以被捕获时，可设置积分累加时间为码周期，以尽快实现捕获；当信号强度较弱时，设置积分累加时间为数倍的码周期，以便提高捕获灵敏度；积分累加时间的上限随用户机动情况而动态变化。提高了捕获算法的健壮性、以及捕获算法对环境和载体机动情况的适应能力。例如，实际应用过程中，根据载噪比的估计确定是增大还是减小相干积分累加时间信号强度当载噪比信号强度大于等于38Db/Hz，保持当前的设置相干积分累加时间为码周期不变；当载噪比信号强度小于38 b/Hz，增大设置相干积分累加时间为数倍的码周期。同时，低动态下(即当载体速度小于等于150m/s时，)，相干积分累加时间的上限值GPS/Galileo系统为10ms, Compass系统为8ms。当载体速度大于150m/s时,相干积分累加时间的上限值为3ms,如果载体速度大于250m/s且还有3g以上的加速度,则相干积分累加时长为1ms。上述措施，提高了 GNSS信号捕获对环境和用户机动的适应能力。当载噪比偏小时，首先考虑增大相干累加时间，若相干累加时间已大上限值，才需考虑增大非相干累加次数。本专利技术限定非相干累加次数最大值为10，如仍不能捕获信号，则运行下一通道的捕获。纵上所述，本专利技术的多模GNSS组合接收机兼容捕获方法可有效兼容捕获GPS、Galileo和COMPASS等全球卫星导航系统的信号。而且，为达到即提高捕获灵敏度又尽可能提高捕获速度的目的，采用了二次采样、分段FFT、离散余旋变换、模糊逻辑算法等技术，改进捕获算法，在提高捕获速度和捕获灵敏度的同时，也提高了 GNSS信号捕获对环境和用户机动的适应能力。附图说明图I为现有技术中GNSS接收机的模块组成结构图。 图2为本专利技术的多模GNSS组合接收机兼容捕获方法的结构图。图3为本专利技术的模GNSS组合接收机兼容捕获方法的总体流程图。图4为本专利技术的模GNSS组合接收机兼容捕获方法中捕获算法的详细流程图。图5为本专利技术模GNSS组合接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模GNSS组合接收机兼容捕获方法，包括在相干积分累加时间以及非相干积分累加时间内对卫星信号进行相应的捕获处理；其特征在于，在所述的捕获处理中采用模糊逻辑算法，依据载噪比和载体速度动态的调整相干积分累加时间和非相干积分累加次数；其中在相干积分累加时间内，对采集到的卫星信号的中频信号进行二次采样，即所有数据分解为多组，使得每组中的数据点均位于1个伪随机码元内，之后依次进行傅里叶变换、傅里叶逆变换、DCT变换、IDCT变换、模值平方和门限判决处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高法钦，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：