一种弱信号环境下北斗信号捕获方法技术

一种弱信号环境下北斗信号捕获方法，其包括，S1下变频单元，对接受到的中频采样信号进行下变频处理；S2分别将接收到的信号进行剥离NH码，并变换到频域，与本地码频域值的复工额相乘后再逆变换到时域；S3将目前时刻的相干累加值与前一时刻的相干累加值的共轭相乘并求和；S4对相干积分结果峰值两侧谱线的幅度差值作泰勒级数展开，导出了频率值与幅度差值的准线性关系，利用此线性关系求解得到频率估计值。本发明专利技术能一次相关计算所有码相位对应的相关值。提高信噪比进而提高了检测概率，减小非相干积分的平方损失；克服导航数据调制所带来的比特翻转问题，提高了检测概率；有效提高了码相位和载波频偏估计精度。运算速度和精度都得到了保障，具有很强的稳定性和实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种弱信号环境下北斗信号捕获方法
本专利技术属于导航信号检测
，特别涉及北斗信号捕获方法，可用于北斗弱信号捕获。
技术介绍
全球卫星定位系统（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）信号是经过直接序列扩频调制的扩频信号，对经过直接扩频调制的卫星导航信号的捕获是GNSS系统需要解决的首要问题。而当信号条件不理想时，例如在室内、森林和城市环境条件下，遮挡、多径和干扰等现象较严重，能量有更多的削弱和衰落，接收信噪比有更大程度的恶化，普通的捕获方法将难以捕获和跟踪到导航卫星信号。目前串行/并行算法、快速分段算法、FFT/IFFT等捕获算法解决的主要问题是降低计算量、提高捕获速度。随大规模集成电路的发展，计算的瓶颈已经克服，而问题集中在低信噪比下信号的捕获上，即通过合适的算法来提高后测信噪比，达到对低信噪比信号的捕获。GNSS通过加长相干积分和非相干积分时间以提高信噪比,从而提高信号检测的灵敏度，但是，导航信号比特翻转、频偏引起的相干积分增益下降及码偏移、非相干积分的平方损失以及复杂信道对相干积分长度的限制，都会对高灵敏度接收机检测算法的设计和性能产生很大的影响。为了提高了信噪比进而提高了检测概率，克服导航数据调制所带来的比特翻转问题，同时减小非相干积分的平方损失，并提高频偏估计精度，提出差分相干累积结合频域频偏估计算法的方法。该方法采用在FPGA与DSP的环境下进行实现，具有很强的实际意义。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术一种弱信号环境下北斗信号捕获方法，其包括，S1下变频单元，对接受到的中频采样信号进行下变频处理；S2分别将接收到的信号进行剥离NH码，并变换到频域，与本地码频域值的复工额相乘后再逆变换到时域；S3将目前时刻的相干累加值与前一时刻的相干累加值的共轭相乘并求和；S4对相干积分结果峰值两侧谱线的幅度差值作泰勒级数展开，导出了频率值与幅度差值的准线性关系，利用此线性关系求解得到频率估计值。在上述技术方案的基础上，所述步骤S1包括：对接受到的中频采样信号r(n)进行下变频处理：其中s(n)为基带信号，P(n)为中频信号r(n)的噪声，f1为接收信号的中频载波频率，fIF为设定中频频率，△f为搜索步长，i为搜索次数。在上述技术方案的基础上，所述步骤S2包括：将L个1ms相关后的值对应相加，即完成Lms数据的相干积分，然后完成多次Lms的相干积分，其中FFT()表示取信号快速傅里叶变换，IFFT()表示求信号的快速傅里叶逆变换，conj()表示求信号的复共轭，si(n)表示根据numSKIPmax延迟后的基带采用信号，NHk(i)表示确定的NH码排序，c(n)表示本地产生的测距码。Ri(n)表示某1ms相干积分结果，Yi(n)表示第i个Lms相干积分结果。在上述技术方案的基础上，所述剥离NH码包括，其中，其中FFT()表示取信号快速傅里叶变换，IFFT()表示求信号的快速傅里叶逆变换，conj()表示求信号的复共轭，si(n)表示基带采用信号，c(n)表示本地产生的测距码，numSKIP表示从采样数据开始延迟采样点数，其范围控制在1ms采样点数内，NHk(i)表示NH码的一次循环右移k位的排序结果，Ri(n)表示某1ms相干积分结果，表示第numSKIP个对应NH循环右移k位的排序结果的20ms相干积分结果，其中表示1ms数据的起始位置，kmax表示对应NH码排序标示。估计当前相邻两个相干累积值对应的导航数据位取值为±1的值的乘积，然后与差分累积相乘后进行相干累积，公式如下：其中，Y*i-1(n)表示前一时刻的相干累加值的共轭，Yi(n)表示为当前时刻的相干累加值，ai-1表示当前相邻两个相干累积值对应的导航数据位的值(取值为±1)的乘积，Z(n)表示差分相干累积结果。在上述技术方案的基础上，对初始频率进行补偿，再重复进行迭代估计J次，最终得到高精度载波频率和码相位。其中，表示中间变量估计值，D表示峰值左右两侧谱线幅度差值，Q表示相干累积的段数，QI表示FFT点数，即有Q个Lms相干积分，做点数为QI的FFT变换，G表示FFT的峰值，α1取4/π。fini表示差分相干所得到的频率估计值，Nc为扩频码周期长度，表示高精度载波估计值。与现有技术相比，本专利技术由于采用频域相关算法使本方法能一次相关计算所有码相位对应的相关值。并且使用相干累积与差分相干累积结合算法，提高信噪比进而提高了检测概率，减小非相干积分的平方损失；同时本专利技术采用差分相干累积，估计了导航数据位跳变，克服导航数据调制所带来的比特翻转问题，提高了检测概率；采用基于Tayor展开的线形频偏估计模型，在低复杂度下进行二次捕获，有效提高了码相位和载波频偏估计精度。采用FPGA+DSP的模块进行实现，运算速度和精度都得到了保障，具有很强的稳定性和实用性。附图说明图1是本专利技术的系统结构框图；图2是本专利技术系统中的相干积分单元功能框图；图3是本专利技术系统中的差分相干单元功能框图；图4是本专利技术系统中的二次精捕获单元功能框图；图5是本专利技术系统中的实验环境单元功能框图。具体实施方式请参考图1至图5对本专利技术做详细说明。请参考图1，本专利技术一种弱信号环境下北斗信号捕获方法包括以下步骤：S1下变频单元，对接受到的中频采样信号进行下变频处理；步骤S1包括：对接受到的中频采样信号r(n)进行下变频处理：其中s(n)为基带信号，P(n)为中频信号r(n)的噪声，f1为接收信号的中频载波频率，fIF为设定中频频率，△f为搜索步长，i为搜索次数。S2分别将接收到的信号进行剥离NH码，并变换到频域，与本地码频域值的复工额相乘后再逆变换到时域；其中步骤S2包括：将L个1ms相关后的值对应相加，即完成Lms数据的相干积分，然后完成多次Lms的相干积分，其中FFT()表示取信号快速傅里叶变换，IFFT()表示求信号的快速傅里叶逆变换，conj()表示求信号的复共轭，si(n)表示根据numSKIPmax延迟后的基带采用信号，NHk(i)表示确定的NH码排序，c(n)表示本地产生的测距码。Ri(n)表示某1ms相干积分结果，Yi(n)表示第i个Lms相干积分结果。所述剥离NH码包括，其中，其中FFT()表示取信号快速傅里叶变换，IFFT()表示求信号的快速傅里叶逆变换，conj()表示求信号的复共轭，si(n)表示基带采用信号，c(n)表示本地产生的测距码，numSKIP表示从采样数据开始延迟采样点数，其范围控制在1ms采样点数内，NHk(i)表示NH码的一次循环右移k位的排序结果，Ri(n)表示某1ms相干积分结果，表示第numSKIP个对应NH循环右移k位的排序结果的20ms相干积分结果，其中numSKIPmax表示1ms数据的起始位置，kmax表示对应NH码排序标示。S3将目前时刻的相干累加值与前一时刻的相干累加值的共轭相乘并求和；其包括，估计当前相邻两个相干累积值对应的导航数据位取值为±1的值的乘积，然后与差分累积相乘后进行相干累积，公式如下：其中，Y*i-1(n)表示前一时刻的相干累加值的共轭，Yi(n)表示为当前时刻的相干累加值，ai-1表示当前相邻两个相干累积值对应的导航数据位的值(取值为±1)的乘积，Z(n)表示差分相干累积结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弱信号环境下北斗信号捕获方法，其特征在于：其包括，S1下变频单元，对接受到的中频采样信号进行下变频处理；S2分别将接收到的信号进行剥离NH码，并变换到频域信号，与本地码频域值的复工额相乘后再逆变换到时域；S3将目前时刻的相干累加值与前一时刻的相干累加值的共轭相乘并求和；S4对相干积分结果峰值两侧谱线的幅度差值作泰勒级数展开，导出了频率值与幅度差值的准线性关系，利用此线性关系求解得到频率估计值。

【技术特征摘要】
1.一种弱信号环境下北斗信号捕获方法，其特征在于：其包括，步骤S1下变频单元，对接收到的中频采样信号进行下变频处理；步骤S2分别将接收到的信号进行剥离NH码，并变换到频域信号，与本地码频域值的复共轭相乘后再逆变换到时域，获得相干累加值；步骤S3将目前时刻的相干累加值与前一时刻的相干累加值的共轭相乘并求和，其包括：估计当前相邻两个相干累加值对应的导航数据位的值的乘积，然后与差分累积相乘后进行相干累积，其具体公式如下：其中，Y*i-1(n)表示前一时刻的相干累加值的共轭，Yi(n)表示为当前时刻的相干累加值，ai-1表示当前相邻两个相干累加值对应的导航数据位的值的乘积，所述导航数据位的取值为±1，Z(n)表示差分相干累积结果；步骤S4对差分相干累积结果Z(n)峰值两侧谱线的幅度差值作泰勒级数展开，导出了频率值与幅度差值的准线性关系，利用准线性关系求解得到频率估计值；其中，查找Z(n)的第一峰值与第二峰值，并得到峰值比，若该比值大于门限，则表明捕获到卫星然后进行下面处理，否则，当遍历完所有频率都没有达到门限值则表明没有捕获到，则换下一颗卫星进行捕获，Z(n)表示差分相干累积结果。2.如权利要求1所述的一种弱信号环境下北斗信号捕获方法，其特征在于：所述步骤S1包括：对接收到的中频采样信号r(n)进行下变频处理：其中s(n)为基带信号，P(n)为中频信号r(n)的噪声，f1为接收信号的中频载波频率，fIF为设定中频频率，Δf为搜索步长，i为搜索次数。3.如权利要求1所述的一种弱信号环境下北斗信号捕获方法，其特征在于：所述步骤S2包括：将L个1ms相关后的值对应相加，即完成Lms数据的相干积分，然后完成多次Lms的相干积分，其中FFT()表示取信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，许录平，焦荣，璩莹莹，宋诗斌，阎博，申洋赫，冯冬竹，何小川，刘清华，
申请(专利权)人：西安电子科技大学昆山创新研究院，西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：