一種高速gps接收機(jī)信號(hào)捕獲方法
【專(zhuān)利摘要】一種高速GPS接收機(jī)信號(hào)捕獲方法，利用慣性信息和星歷信息輔助捕獲環(huán)路，提前預(yù)報(bào)下一時(shí)刻的多普勒頻移，預(yù)先估計(jì)出GPS信號(hào)的頻率范圍，并在此范圍內(nèi)進(jìn)行多普勒頻率的搜索；對(duì)基帶的復(fù)信號(hào)和本地碼序列進(jìn)行FFT運(yùn)算之前先進(jìn)行抽取因子為M的抽取處理，然后依據(jù)捕獲結(jié)果對(duì)M的值進(jìn)行迭代處理，直至捕獲成功。本發(fā)明通過(guò)減少FFT的運(yùn)算點(diǎn)數(shù)來(lái)降低運(yùn)算量，同時(shí)縮短頻率搜索時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)高動(dòng)態(tài)GPS信號(hào)的快速捕獲。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種局速GPS接收機(jī)信號(hào)捕獲方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航中信號(hào)捕獲【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高速GPS接收機(jī)的信號(hào)捕獲方法。

【背景技術(shù)】
[0002]GPS (Global Posit1n System)是一種可以在全球范圍內(nèi)為用戶(hù)全天候提供實(shí)時(shí)、連續(xù)、高精度的位置、速度和時(shí)間信息的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其主要終端設(shè)備是GPS接收機(jī)。GPS信號(hào)捕獲是GPS接收機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一，它直接影響著后續(xù)對(duì)信號(hào)的跟蹤和定位數(shù)據(jù)的解算，決定著接收機(jī)的性能。
[0003]現(xiàn)有的GPS接收機(jī)C/A碼捕獲方法主要有兩種:一種是基于時(shí)域的串行搜索捕獲法，該方法需做比較多的滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算，費(fèi)時(shí)而且耗硬件資源，不利于GPS接收機(jī)的快速捕獲與定位；另一種是基于FFT的并行捕獲法，該方法通過(guò)利用FFT代替大量的碼相關(guān)運(yùn)算來(lái)減少運(yùn)算量，與基于時(shí)域的串行搜索捕獲法相比，捕獲速度相對(duì)較快，但是在具體實(shí)施過(guò)程中，基于FFT的并行捕獲法需要進(jìn)行大量的傅里葉變換運(yùn)算，也比較費(fèi)時(shí)。
[0004]此外，當(dāng)GPS接收機(jī)在高動(dòng)態(tài)環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，高速度、高加速度以及較大的加加速度都會(huì)在一定程度上增大多普勒頻移范圍和多普勒頻移變化率，使得頻率的搜索范圍大大增加，而且多普勒頻移的粗略估計(jì)包含在GPS碼同步過(guò)程中，它直接影響著碼偏移。碼相位估計(jì)和多普勒頻移估計(jì)是影響檢測(cè)概率的主要因素，因此，這種情況下不利于GPS信號(hào)的快速捕獲。
[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高速GPS接收機(jī)信號(hào)捕獲方法，達(dá)到快速捕獲高動(dòng)態(tài)GPS信號(hào)的效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
在碼域，提出一種基于迭代抽取的FFT碼捕獲算法，即先對(duì)基帶的復(fù)信號(hào)進(jìn)行迭代循環(huán)抽取處理，然后再作FFT運(yùn)算進(jìn)行捕獲。若捕獲成功，則進(jìn)入信號(hào)跟蹤過(guò)程；若捕獲不成功，則通過(guò)逐次減小抽取因子M的值為前次的1/2，重新進(jìn)行碼相位的搜索，直至捕獲成功為止。FFT的運(yùn)算點(diǎn)數(shù)的減少帶來(lái)了運(yùn)算量的降低，從而進(jìn)一步縮短了碼相位的搜索時(shí)間。
[0007]同時(shí)，在頻域，輔以從慣性導(dǎo)航解算出的載體的速度、位置數(shù)據(jù)和從星歷信息中解算出的衛(wèi)星的速度、位置數(shù)據(jù)，預(yù)先估計(jì)出GPS信號(hào)的頻率范圍，并在此范圍內(nèi)進(jìn)行搜索，以通過(guò)縮小GPS信號(hào)頻率搜索范圍來(lái)縮短搜索的時(shí)間。
[0008]具體包括以下幾個(gè)步驟:
(O首先提取出T時(shí)刻的慣性信息以及星歷信息，其中慣性信息由INS提供，星歷信息可從導(dǎo)航電文中解調(diào)。然后根據(jù)下式可估算出此時(shí)由衛(wèi)星與載體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻移fd。

【權(quán)利要求】
1.一種高速GPS接收機(jī)信號(hào)捕獲方法，其特征在于: 在頻域，利用從慣性導(dǎo)航系統(tǒng)解算出的載體速度、位置數(shù)據(jù)和從星歷信息中解算出的衛(wèi)星速度、位置數(shù)據(jù)，預(yù)先估計(jì)出GPS信號(hào)的頻率范圍，并在此范圍內(nèi)進(jìn)行搜索，以縮短搜索時(shí)間； 在碼域，通過(guò)基于迭代循環(huán)抽取的FFT碼捕獲算法，即先對(duì)基帶的復(fù)信號(hào)進(jìn)行迭代循環(huán)抽取處理，然后再作FFT運(yùn)算進(jìn)行捕獲；若捕獲成功，則進(jìn)入信號(hào)跟蹤過(guò)程；若捕獲不成功，則通過(guò)逐次減小抽取因子M的值為前次的1/2，重新進(jìn)行碼相位的搜索，直至捕獲成功為止；FFT運(yùn)算點(diǎn)數(shù)的減少進(jìn)一步縮短碼相位的搜索時(shí)間； 所述高速GPS接收機(jī)信號(hào)捕獲方法包括以下步驟: (1)提取出T時(shí)刻的慣性信息以及星歷信息，其中慣性信息由INS提供，星歷信息可從導(dǎo)航電文中解調(diào)，然后根據(jù)下式估算此時(shí)由衛(wèi)星與載體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻移fd ;
其中，L:由衛(wèi)星自身運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的多普勒頻率；:由載體自身運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻率；。:從衛(wèi)星星歷中解算出的的衛(wèi)星自身的速度；2:載波波長(zhǎng)；:1NS提供的載體速度；S:第j顆衛(wèi)星到用戶(hù)連線(xiàn)方向的單位矢量；單位矢量^=610-62，其中，矢量el為衛(wèi)星的位置，可從衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)中解算得到；矢量e2為用戶(hù)的位置，可由INS解算得出； (2)將估算到的多普勒頻移Zrf引入到本地?cái)?shù)控振蕩器中，使其產(chǎn)生本地載波，將T+1時(shí)刻頻率方向的搜索范圍縮小為[厶;/&]; (3)由本地?cái)?shù)控振蕩器產(chǎn)生本地碼prnDl),經(jīng)/5采樣后進(jìn)入抽取因子為M的抽取器進(jìn)行抽取處理，即每隔M-1個(gè)采樣點(diǎn)抽取出一個(gè)點(diǎn)，并將這些抽取出的點(diǎn)組成新的序列%...Ak ; (4)在序列后補(bǔ)零，使其序列中元素個(gè)數(shù)成為2的整數(shù)次冪，然后對(duì)序列進(jìn)行FFT變換，將其轉(zhuǎn)換到頻域，值為X(Jt),并對(duì)X(k)取共軛為，將其預(yù)先存儲(chǔ)起來(lái)，等待輸入信號(hào)； (5)以/5為采樣頻率對(duì)GPS接收機(jī)T+1時(shí)刻的輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，將采樣后的信息與本地信息對(duì)應(yīng)相乘,完成載波的剝離,產(chǎn)生基帶的復(fù)信號(hào) >’(昀;使用抽取因子為M的抽取器對(duì)y(m)進(jìn)行預(yù)處理，即每隔M-ι個(gè)采樣點(diǎn)抽取出一個(gè)點(diǎn)組成新的序列，在此序列后面補(bǔ)零，使序列中元素個(gè)數(shù)為2的整數(shù)次冪，然后對(duì)新數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行FFT運(yùn)算，將其轉(zhuǎn)換到頻域，值為><0 ； (6)將 (Α-)與X、)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)相乘，得結(jié)果L(k); ⑴對(duì)L(k)進(jìn)行IFFT運(yùn)算，變換到時(shí)域?yàn)長(zhǎng)(H); (8)取的模值為P(R)I，并選取最大的|〖(n)|與所設(shè)門(mén)限值進(jìn)行比較，若大于門(mén)限值則捕獲成功，讀取相應(yīng)的碼相Tfs和多普勒頻移/;若小于門(mén)限值，則逐次減小抽取因子M值為Im,進(jìn)入下一時(shí)刻的搜索捕獲，直至捕獲成功；
2 (9)捕獲成功后得到的碼相對(duì)應(yīng)到基碼碼相，可以通過(guò)以下公式轉(zhuǎn)換完成:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速GPS接收機(jī)信號(hào)捕獲方法，其特征在于:多普勒頻移的搜索范圍為[39000，40500]，單位Hz，搜索步長(zhǎng)為500Hz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速GPS接收機(jī)信號(hào)捕獲方法，其特征在于:所述抽取因子M的取值為
，其中fs為信號(hào)采樣頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高速GPS接收機(jī)信號(hào)捕獲方法，其特征在于:在捕獲不成功時(shí)，抽取因子M逐次減小為上次取值的1/2，通過(guò)迭代進(jìn)行循環(huán)抽取，直至捕獲成功。
【文檔編號(hào)】G01S19/29GK104076374SQ201410266654
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】李擎, 王超亮, 蘇中, 付國(guó)棟, 孫曉溪, 劉寧 申請(qǐng)人:北京信息科技大學(xué)