專(zhuān)利名稱(chēng)：Gps信號(hào)捕獲系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及GPS (Global Position System,全球定位系統(tǒng))弱信號(hào)捕獲領(lǐng)域，具體涉及ー種GPS信號(hào)捕獲系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，GPS已經(jīng)在全世界得到了廣泛的應(yīng)用，但大多是在信號(hào)條件較理想的環(huán)境中。當(dāng)信號(hào)條件不理想時(shí)，例如在室內(nèi)、森林和城市等環(huán)境中，遮擋、多徑和干擾等現(xiàn)象較嚴(yán)重，GPS就得不到很好的應(yīng)用。而這些環(huán)境恰是人類(lèi)活動(dòng)的主要場(chǎng)所，在這些環(huán)境中有很多重要的GPS應(yīng)用需求，高性能GPS衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)正是為滿足這ー需求而產(chǎn)生的，成了導(dǎo)航 領(lǐng)域的主要研究方向。而GPS信號(hào)的高靈敏度捕獲算法處在GPS接收機(jī)基帶信號(hào)處理的最前端，是提高GPS接收機(jī)性能的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的快速傅里葉變換(FFT)的頻域捕獲技術(shù)具有運(yùn)算效率高的特性，但積累時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)。差分相干處理技術(shù)將相干積分結(jié)果進(jìn)行差分處理，延長(zhǎng)了積累時(shí)間，提高了弱GPS信號(hào)的捕獲靈敏度。然而當(dāng)接收機(jī)和GPS衛(wèi)星相対速度較大時(shí)，接收機(jī)接收的GPS信號(hào)將產(chǎn)生較大的多普勒頻移，在長(zhǎng)時(shí)間積分下，大多普勒頻移將對(duì)碼片速率產(chǎn)生較大影響，造成碼周期不準(zhǔn)，用FFT做循環(huán)卷積時(shí)存在相關(guān)功率損失；差分相干捕獲也會(huì)引起殘余載波多普勒頻率的相關(guān)功率損失。Ziedan N I，焦瑞祥等人利用DBZP技術(shù)減小了 FFT計(jì)算過(guò)程中由大多普勒頻移引起碼片速率變化造成的相關(guān)功率損失，然而捕獲過(guò)程中，在每個(gè)預(yù)檢測(cè)積分時(shí)間內(nèi)都需要對(duì)最可靠的數(shù)據(jù)位組合進(jìn)行估計(jì)，并利用它去掉先前的數(shù)據(jù)位，這樣需要較大的運(yùn)算開(kāi)銷(xiāo)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供ー種GPS信號(hào)捕獲系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效降低在傅里葉變換過(guò)程中由大多普勒頻移引起碼片速率變化而造成的相關(guān)功率損失。為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型是通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)的ー種GPS信號(hào)捕獲系統(tǒng),包括如下模塊變頻采樣模塊對(duì)衛(wèi)星發(fā)射GPS模擬信號(hào)進(jìn)行下變頻并采樣；本地偽碼產(chǎn)生模塊根據(jù)待搜索的衛(wèi)星號(hào)及其多普勒頻率偏移產(chǎn)生本地偽碼信號(hào);雙塊零拓展模塊分別對(duì)變頻采樣模塊輸出的GPS信號(hào)和本地偽碼產(chǎn)生模塊輸出的偽碼信號(hào)進(jìn)行雙塊零拓展；快速傅里葉變換循環(huán)卷積相關(guān)模塊對(duì)雙塊零拓展模塊輸出的信號(hào)利用快速傅里葉變換循環(huán)卷積進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算；有用信息保存模塊對(duì)快速傅里葉變換循環(huán)卷積相關(guān)模塊輸出的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行處理，并保留第一個(gè)有用信息子塊；累加模塊對(duì)有用信息保存模塊內(nèi)保存的有用信息子塊進(jìn)行差分相干累加；[0013]最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值計(jì)算模塊計(jì)算累加模塊輸出的差分相干結(jié)果的相關(guān)均值，并從累加模塊輸出的差分相干結(jié)果中找出最大相關(guān)值，然后計(jì)算此時(shí)的最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值；最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值閾值檢測(cè)模塊將最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值計(jì)算模塊輸出的最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值與預(yù)先設(shè)定的檢測(cè)閾值進(jìn)行比較；若比較結(jié)果超過(guò)檢測(cè)閾值，則最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值計(jì)算模塊中的最大相關(guān)值所對(duì)應(yīng)的碼相位和多普勒頻移值即為初次捕獲的碼相位和多普勒頻移值；若比較結(jié)果未超過(guò)檢測(cè)閾值，則返回至本地偽碼產(chǎn)生模塊搜索同一顆衛(wèi)星的下一多普勒頻移，當(dāng)該顆衛(wèi)星所設(shè)頻率點(diǎn)搜完后，則重復(fù)本地偽碼產(chǎn)生模塊搜索下ー顆衛(wèi)星，直到搜索完所有的衛(wèi)星，則退出捕獲，表示捕獲不成功。作為上述方案的改進(jìn)，在最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值閾值檢測(cè)模塊的輸出端，還接有對(duì)初次捕獲的多普勒頻移進(jìn)行修正的修正模塊，該修正模塊首先根據(jù)累加模塊輸出 的差分相干結(jié)果，求出多普勒頻移誤差的估計(jì)值，并利用該多普勒頻移誤差的估計(jì)值對(duì)初次捕獲的多普勒頻移進(jìn)行修正；然后利用修正后的多普勒頻移值對(duì)碼相位進(jìn)行二次捜索，即利用修正后的多普勒頻移值重復(fù)步驟ニ進(jìn)行捕獲，若在修正后的多普勒頻移上捕獲成功，則此時(shí)最大相關(guān)值所對(duì)應(yīng)的碼相位和修正后的多普勒頻移值即為捕獲結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型將快速傅里葉變換(FFT)、雙塊零拓展(DoubleBlock Zero Padding, DBZP)、差分相干、頻差修正等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合,這樣既能實(shí)現(xiàn)高效快速的GPS信號(hào)捕獲，還能改善快速傅里葉變換計(jì)算過(guò)程中由大多普勒頻移引起碼片速率變化而造成的相關(guān)功率損失；此外，本實(shí)用新型在捕獲過(guò)程中還引入了頻差修正技術(shù)，削弱了殘余多普勒頻移誤差造成的功率損失，并實(shí)現(xiàn)高效快速的捕獲。

圖I為ー種GPS信號(hào)捕獲系統(tǒng)的原理圖。
具體實(shí)施方式
—種GPS信號(hào)捕獲系統(tǒng),如圖I所不,包括如下模塊變頻采樣模塊對(duì)衛(wèi)星發(fā)射GPS模擬信號(hào)進(jìn)行下變頻并采樣；本地偽碼產(chǎn)生模塊根據(jù)待搜索的衛(wèi)星號(hào)及其多普勒頻率偏移產(chǎn)生本地偽碼信號(hào);雙塊零拓展模塊分別對(duì)變頻采樣模塊輸出的采樣后的GPS信號(hào)和本地偽碼產(chǎn)生模塊輸出的偽碼信號(hào)進(jìn)行雙塊零拓展；快速傅里葉變換循環(huán)卷積相關(guān)模塊對(duì)雙塊零拓展模塊輸出的信號(hào)利用快速傅里葉變換循環(huán)卷積進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算；有用信息保存模塊對(duì)快速傅里葉變換循環(huán)卷積相關(guān)模塊輸出的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行處理，并保留第一個(gè)有用信息子塊；累加模塊對(duì)有用信息保存模塊內(nèi)保存的有用信息子塊進(jìn)行差分相干累加；最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值計(jì)算模塊計(jì)算累加模塊輸出的差分相干結(jié)果的相關(guān)均值，并從累加模塊輸出的差分相干結(jié)果中找出最大相關(guān)值，然后計(jì)算此時(shí)的最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值；最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值閾值檢測(cè)模塊將最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值計(jì)算模塊輸出的最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值與預(yù)先設(shè)定的檢測(cè)閾值進(jìn)行比較；若比較結(jié)果超過(guò)檢測(cè)閾值，則最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值計(jì)算模塊中最大相關(guān)值所對(duì)應(yīng)的碼相位和多普勒頻移值即為初次捕獲的碼相位和多普勒頻移值；若比較結(jié)果未超過(guò)檢測(cè)閾值，則返回至本地偽碼產(chǎn)生模塊搜索下一多普勒頻移，當(dāng)該顆衛(wèi)星所設(shè)頻率點(diǎn)搜完后，則重復(fù)本地偽碼產(chǎn)生模塊搜索下ー顆衛(wèi)星，直到搜索完所有的衛(wèi)星，則退出捕獲，表示捕獲不成功。為了削弱了殘余多普勒頻率誤差造成的功率損失，本實(shí)用新型在最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值閾值檢測(cè)模塊的輸出端，還接有對(duì)初次捕獲的多普勒頻移進(jìn)行修正的修正模塊，該修正模塊首先根據(jù)累加模塊輸出的差分相干結(jié)果，求出多普勒頻移誤差的估計(jì)值，并利用該多普勒頻移誤差的估計(jì)值對(duì)初次捕獲的多普勒頻移值進(jìn)行修正；然后利用修正后的多普勒頻移值對(duì)碼相位進(jìn)行二次捜索，即利用修正后的多普勒頻移值重復(fù)步驟ニ進(jìn)行捕 獲，若在修正后的多普勒頻移上捕獲成功，則此時(shí)最大差分相干值所對(duì)應(yīng)的碼相位和修正后的多普勒頻率值即為捕獲結(jié)果。上述系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的ー種GPS信號(hào)捕獲方法，包括有如下步驟步驟ー對(duì)衛(wèi)星發(fā)射的GPS模擬信號(hào)進(jìn)行下變頻及采樣，并設(shè)定合適的多普勒頻移變量初值及最大值即設(shè)定多普勒頻移捜索范圍，同時(shí)設(shè)定多普勒頻移捜索間隔、檢測(cè)閾值、衛(wèi)星號(hào)變量初值及衛(wèi)星號(hào)最大值。在本實(shí)用新型中，所述多普勒頻移搜索范圍為-IOKHz IOKHz。所述多普勒頻移的搜索間隔為250Hz 500Hz。所述檢測(cè)閾值是指MTM檢測(cè)閾值，其中MTM表示最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值，若計(jì)算所得MTM超過(guò)檢測(cè)閾值Bt即認(rèn)為信號(hào)被準(zhǔn)確捕獲，在本實(shí)用新型中，所述檢測(cè)閾值Bt設(shè)定為3 7之間。根據(jù)目前GPS衛(wèi)星的數(shù)目，在本實(shí)用新型中，所述衛(wèi)星號(hào)變量的初值設(shè)定為1，最大值設(shè)定為30。從衛(wèi)星發(fā)射的LI頻段GPS模擬信號(hào)下變頻和采樣后的數(shù)字中頻信號(hào)為rQj) = Ad(t}.)C(( }· -τ)(1+^f-))cos(27t·(fIF + fd) ; +φ)+Tiitj)( I)
JLl式中，A為信號(hào)幅度，d(t)為導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息，C(t)為C/A碼,fd為多普勒頻移，fL1為高頻載波頻率，fIF為中頻載波頻率，Φ為初始相位，n(t)為加性高斯白噪聲，為第j個(gè)采樣時(shí)刻，τ為信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)延。步驟ニ 根據(jù)待搜索的衛(wèi)星號(hào)及其多普勒頻率偏移產(chǎn)生本地偽碼信號(hào)。第k個(gè)時(shí)間段本地產(chǎn)生的偽碼信號(hào)模型為sk(0 = Ciiti -τ){\+Μ)^2π{/ΙΕ +1%)(2)
Jli式中，sk(i)第k個(gè)時(shí)間段本地產(chǎn)生的偽碼信號(hào)，C(t)為C/A碼，Λ為多普勒頻移估計(jì)值，fL1為高頻載波頻率，fIF為中頻載波頻率，h = (k · N+i)Ts為i個(gè)采樣時(shí)刻，f為時(shí)延的估計(jì)值。步驟三對(duì)采樣后的GPS信號(hào)和本地產(chǎn)生的偽碼信號(hào)進(jìn)行雙塊零拓展。由于多普勒頻移對(duì)碼相位的影響因子為l + f，當(dāng)多普勒頻移較大且積累時(shí)間較
^ LI長(zhǎng)時(shí)，造成碼片速率發(fā)生較大變化，從而對(duì)碼周期產(chǎn)生較大影響，直接利用FFT對(duì)數(shù)字中頻信號(hào)與本地信號(hào)做相關(guān)并進(jìn)行差分累加，會(huì)造成相關(guān)峰值衰減較大，從而影響捕獲靈敏度，DBZP技術(shù)可以改善在FFT計(jì)算過(guò)程中由大多普勒頻移引起碼片速率變化造成的相關(guān)功率損失。拓展后的中頻采樣GPS信號(hào)和本地產(chǎn)生的偽碼GPS信號(hào)分別表示為
權(quán)利要求1.GPS信號(hào)捕獲系統(tǒng)，其特征是包括如下模塊 變頻采樣模塊對(duì)衛(wèi)星發(fā)射的GPS模擬信號(hào)進(jìn)行下變頻并采樣； 本地偽碼產(chǎn)生模塊根據(jù)待搜索的衛(wèi)星號(hào)及其多普勒頻率偏移產(chǎn)生本地偽碼信號(hào)； 雙塊零拓展模塊分別對(duì)變頻采樣模塊輸出的采樣后的信號(hào)和本地偽碼產(chǎn)生模塊輸出的偽碼信號(hào)進(jìn)行雙塊零拓展； 快速傅里葉變換循環(huán)卷積相關(guān)模塊對(duì)雙塊零拓展模塊輸出的信號(hào)利用快速傅里葉變換循環(huán)卷積進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算； 有用信息保存模塊對(duì)快速傅里葉變換循環(huán)卷積相關(guān)模塊輸出的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行處理，并保留第一個(gè)有用信息子塊； 累加模塊對(duì)有用信息保存模塊內(nèi)保存的有用信息子塊進(jìn)行差分相干累加； 最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值計(jì)算模塊計(jì)算累加模塊輸出的差分相干結(jié)果的相關(guān)值均值，并從累加模塊輸出的差分相干結(jié)果中找出最大值、并計(jì)算此時(shí)的最大相關(guān)值，然后計(jì)算此時(shí)的最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值； 最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值閾值檢測(cè)模塊將最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值計(jì)算模塊輸出的最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值與預(yù)先設(shè)定的檢測(cè)閾值進(jìn)行比較；若比較結(jié)果超過(guò)檢測(cè)閾值，則最大相關(guān)值與相關(guān)均值的比值計(jì)算模塊中最大差分相干值所對(duì)應(yīng)的碼相位和多普勒頻移值即為初次捕獲的碼相位和多普勒頻移值；若比較結(jié)果未超過(guò)檢測(cè)閾值，則返回至本地偽碼產(chǎn)生模塊搜索下一多普勒頻移，當(dāng)該顆衛(wèi)星所設(shè)頻率點(diǎn)搜完后，則重復(fù)本地偽碼產(chǎn)生模塊搜索下ー顆衛(wèi)星，直到搜索完所有的衛(wèi)星，則退出捕獲，表示捕獲不成功。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GPS信號(hào)捕獲系統(tǒng)，其特征是在MTM閾值檢測(cè)模塊的輸出端，還接有對(duì)初次捕獲多普勒頻移進(jìn)行修正的修正模塊，該修正模塊首先根據(jù)累加模塊輸出的差分相干結(jié)果，求出多普勒頻移誤差的估計(jì)值，并利用該多普勒頻移誤差的估計(jì)值對(duì)初次捕獲的多普勒頻移值進(jìn)行修正；然后，利用修正后的多普勒頻移值對(duì)碼相位進(jìn)行二次捜索，即利用修正后的多普勒頻移值重復(fù)步驟ニ進(jìn)行捕獲，若在修正后的多普勒頻移上捕獲成功，則此時(shí)最大相關(guān)值所對(duì)應(yīng)的碼相位和修正后的多普勒頻移值即為捕獲結(jié)果。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種GPS信號(hào)捕獲系統(tǒng)，該系統(tǒng)將快速傅里葉變換(FFT)、雙塊零拓展(Double Block Zero Padding，DBZP)、差分相干、頻差修正等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合，使其既能實(shí)現(xiàn)高效快速的GPS信號(hào)捕獲，還能改善快速傅里葉變換計(jì)算過(guò)程中由大多普勒頻移引起碼片速率變化而造成的相關(guān)功率損失；此外，頻差修正技術(shù)還能夠削弱殘余多普勒頻移誤差造成的功率損失，并實(shí)現(xiàn)高效快速的捕獲。
文檔編號(hào)G01S19/24GK202631737SQ20122018657
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者張順嵐, 莫建文, 歐陽(yáng)寧, 張彤, 首照宇, 袁華, 陳利霞, 林樂(lè)平 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)