用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的pn碼捕獲方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的PN碼捕獲方法，有效解決了碼片初始相位未知環(huán)境下，快速搜索所有碼片相位信息、正確捕獲碼相位的問題，該方法通過(guò)截取一段接收信號(hào)并補(bǔ)相同長(zhǎng)度的零，將本地信號(hào)分段并且進(jìn)行部分折疊處理，將接收信號(hào)與本地信號(hào)的進(jìn)行相關(guān)匹配操作；快速傅里葉變換的循環(huán)相關(guān)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)多個(gè)碼相位并行捕獲；對(duì)每個(gè)碼相位對(duì)應(yīng)的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行能量檢測(cè)，當(dāng)能量檢測(cè)值大于預(yù)設(shè)定的閾值時(shí)，則判斷捕獲成功，否則，平移本地信號(hào)，重復(fù)以上操作直至捕獲成功。本發(fā)明方法能夠充分使用快速傅里葉變換的計(jì)算能力，提升傳統(tǒng)補(bǔ)零法的并行捕獲能力。
【專利說(shuō)明】用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的PN碼捕獲方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)線擴(kuò)頻通信和衛(wèi)星通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及周期較長(zhǎng)、碼率較高的偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻通信的碼相位捕獲方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)論民用或者是軍事通信系統(tǒng)中，直接序列擴(kuò)頻通信都得到了廣泛的應(yīng)用。為了在接收機(jī)端捕獲輸入信號(hào)的碼相位，檢測(cè)偽隨機(jī)(pseudo - noise)碼的所有未知碼相位是很有必要的。此外由信道引入的未知多普勒頻移也需要得到消除。因此，為了檢測(cè)輸入的直接擴(kuò)頻序列信號(hào)的PN碼相位和多普勒頻移，PN碼捕獲是一個(gè)二維信號(hào)搜索的問題。而對(duì)于一些軍事通信和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，他們所使用的是長(zhǎng)PN碼，周期更長(zhǎng)、碼率更高，這就變得更具挑戰(zhàn)性。
[0003]在全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)(GPS)中，C/A碼和P5馬，兩種偽隨機(jī)碼得到了應(yīng)用。通常，P碼的捕獲需要依賴于相應(yīng)的C/A碼的相關(guān)信息。然而，由于長(zhǎng)P碼在抗干擾，抗截獲和抗欺騙方面具有優(yōu)越的性能，尋求P碼的直接捕獲方法顯得特別有意義。因?yàn)镻碼的直接捕獲需要大量的并行相關(guān)接收機(jī)，所以他的計(jì)算量相當(dāng)大。目前為止，許多P碼快速捕獲的方法已經(jīng)被提出。然而，配備大量的并行接收機(jī)不是切實(shí)可行的。實(shí)際上，既能減少相關(guān)接收機(jī)數(shù)量又能縮短捕獲時(shí)間的方法是一直備受期望的。
[0004]頻域信號(hào)處理技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，與時(shí)域處理相比，它具有更方便，手段多樣的特點(diǎn)。Van Nee, Coenen及Davenport在1991年首先提出使用FFT實(shí)現(xiàn)C/A碼的快速捕獲[D.J.R.Van Nee and A.J.R.M.Coenen.New Fast GPS Code - Acquisition TechniqueUsing FFT.Electronic Letters, 1991，vol.27，N0.2:158 - 160]，此后多種基于 FFT 實(shí)現(xiàn)循環(huán)相關(guān)的方案被提出。其中，補(bǔ)零法是一種有效的捕獲方法，它通過(guò)靈活地使用快速傅里葉變換可以并行檢測(cè)多個(gè)碼相位。補(bǔ)零法的相關(guān)資料詳見[H.Li，X.Cui，M.Lu，andZ.Feng, Generalized zero -padding scheme for direct GPS P-code acquisition, IEEETrans.Wireless Commun., vol.8, n0.6, pp.2866 - 2871, June.2009.]。補(bǔ)零法雖然提升了并行捕獲能力，但是沒有充分利用快速反傅里葉變換的結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，增強(qiáng)碼相位的并行捕獲能力，本發(fā)明提供了一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的PN碼捕獲方法，包括如下步驟:
[0006](a)對(duì)本地基帶信號(hào)進(jìn)行采樣并且將結(jié)果處理為復(fù)信號(hào)；其中本地基帶信號(hào)的多普勒頻偏可以為OHz，采樣速率可以為PN碼速率；
[0007](b)選取采樣后基帶信號(hào)的N/2點(diǎn)并補(bǔ)零延長(zhǎng)至N點(diǎn)，然后進(jìn)行N點(diǎn)快速傅里葉變換，再作復(fù)共軛處理；
[0008](c) 從本地碼信號(hào)中選取3 N / 2點(diǎn)，得到矢量r =[Ah”c“”…，cV 丨丨丨]，將其分為-_r】和(a，b，c，d)

2rI ^Lc0^r?ci+r5-**>ciVM+r J
兩部分；通過(guò)將r2折疊(folding)到t{的前N/2點(diǎn)上，形成新的本地信號(hào)矢量r = [^0 fr + C.\ *:^CUt +CNH*.r,…，".+ C3X|ir] ’對(duì)-作快速傅里葉變換；
2 ' 2 ' 7 '
[0009](d)將步驟(b)與步驟(C)的快速傅里葉變換的結(jié)果相乘，然后對(duì)其結(jié)果作反傅里葉變換；
[0010](e)保存步驟(d)結(jié)果的所有N點(diǎn)元素；
[0011](f)如果最大相關(guān)結(jié)果(即能量檢測(cè)的峰值)超過(guò)了預(yù)設(shè)門限，則粗檢測(cè)成功，進(jìn)入跟蹤階段(tracking);否則，如果沒有峰值超過(guò)預(yù)設(shè)門限或者跟蹤失敗，則平移N點(diǎn)本地碼信號(hào)，轉(zhuǎn)至步驟(a)重復(fù)上述步驟；
[0012](g)當(dāng)跟蹤成功，根據(jù)步驟(f)中的最大相關(guān)結(jié)果的位置就能夠得到接收信號(hào)的正確碼相位；當(dāng)反傅里葉變換的N個(gè)結(jié)果中第一點(diǎn)是最大值的位置時(shí)，可能存在模糊度，此時(shí)可以通過(guò)兩次時(shí)域匹配相關(guān)來(lái)解決峰值模糊問題。
[0013]本發(fā)明方法中的本地碼(local code)信號(hào)是指，導(dǎo)航衛(wèi)星會(huì)使用偽隨機(jī)碼(P碼)進(jìn)行擴(kuò)頻通信，P碼的周期是一周(很長(zhǎng))，一般只能截取捕獲信號(hào)(假設(shè)去掉了其他的頻率和導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息，只是單純的P碼)其中的一段來(lái)進(jìn)行相關(guān)匹配操作(應(yīng)用偽隨機(jī)碼的自相關(guān)特性)，該本地碼信號(hào)就是指整個(gè)周期的P碼。
[0014]本發(fā)明步驟(C)中，(a，b，c，d)代表本地碼(即P碼)，τ代表位置的初始碼相位，
I τ I < 1，Ν=1024,這里的F' r f } F1 , /.2是起到矢量說(shuō)明的作用，無(wú)具體含義。
[0015]由于本發(fā)明是基于快速傅里葉變換的，可以通過(guò)調(diào)節(jié)快速傅里葉變換的點(diǎn)數(shù)以適應(yīng)低信噪比下碼相位捕獲的問題；上文中的N越大，可以適應(yīng)信噪比更低的環(huán)境；一般情況下N的值跟硬件相關(guān)，并不是無(wú)限大的。
[0016]本發(fā)明中的預(yù)設(shè)門限，是根據(jù)信噪比和實(shí)際中預(yù)設(shè)的虛警概率進(jìn)行設(shè)置，預(yù)設(shè)門限跟噪聲項(xiàng)有關(guān)。
[0017]本發(fā)明方法充分利用了快速傅里葉變換的運(yùn)算結(jié)果，能夠獲得兩倍的并行捕獲能力的增強(qiáng)，在平均捕獲時(shí)間方面體現(xiàn)出優(yōu)越性。由于對(duì)碼相位的并行捕獲能力較強(qiáng)，本發(fā)明尤其適用于初始碼相位不確定度較高的碼捕獲系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明方法流程圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的PN碼捕獲方法快速傅里葉變換結(jié)果的循環(huán)相關(guān)說(shuō)明圖。
[0020]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的平均捕獲時(shí)間性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明方法的流程如下:
[0023](a)對(duì)本地基帶信號(hào)進(jìn)行采樣并且將結(jié)果處理為復(fù)信號(hào)；[0024](b)選取采樣后基帶信號(hào)的N/2點(diǎn)并補(bǔ)零延長(zhǎng)至N點(diǎn)，然后進(jìn)行N點(diǎn)快速傅里葉變換，再通過(guò)復(fù)共軛處理；
[0025](c)從本地碼信號(hào)中選取3N/2點(diǎn)，得到矢量
【權(quán)利要求】
1.一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的PN碼捕獲方法，其特征在于，包括如下步驟: (a)對(duì)本地基帶信號(hào)進(jìn)行采樣并且將結(jié)果處理為復(fù)信號(hào)； (b)選取采樣后基帶信號(hào)的N/2點(diǎn)并補(bǔ)零延長(zhǎng)至N點(diǎn)，然后進(jìn)行N點(diǎn)快速傅里葉變換，再作復(fù)共軛處理； (c)從本地碼信號(hào)中選取3N/2點(diǎn)，得到矢量
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是步驟(a)中采樣速率為PN碼速率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是步驟(a)中本地基帶信號(hào)的多普勒頻偏為 OHz。
【文檔編號(hào)】G01S19/30GK103941269SQ201410151467
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】吳曉富, 平軍, 顏俊, 朱衛(wèi)平 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)