新型的卫星信号FFT并行捕获算法的制作方法

本发明涉及了一种新型的卫星信号FFT并行捕获算法，广泛适用于不同的卫星接收机中。

背景技术：

美国的全球定位系统GPS、俄罗斯的全球卫星导航系统GLONASS、欧洲的Galileo卫星导航系统和中国的北斗卫星导航系统被称为全球四大主要导航系统。在GNSS接收机定位导航的过程中，接收机天线接收到卫星信号后，经过射频前端的一系列处理，下变频为数字中频信号，进入到信号的捕获过程。捕获是为了监测所有可见卫星的数目，同时估计它们所对应的多普勒频率和码相位。常用的卫星信号捕获算法是并行捕获算法，利用快速傅里叶变换(FFT)实现相关运算，但是在运用并行算法的过程中，定位导航数据位或者二次编码引起的位翻转导致相关峰值降低，限制积分时间，造成错误的多普勒频偏和码相位估计值，从而减低了GNSS接收机的捕获性能。

目前，解决位翻转带来影响的方法有半比特算法、全比特算法和补零算法等，半比特算法是将相干积分时间延长至10ms，数据码分成10ms的若干数据块并标号，分别将奇偶数据块进行相关运算，较大的相干值即为最终的相关结果，但是半比特算法的信噪比提高的程度有限。全比特算法的相干积分时间为20ms，对可能造成位翻转的跳变边沿的数据进行相关运算，较大的相关值为最终相关结果，但是要进行20次运算，计算量会增加，影响捕获效率。补零算法是对本地复现C/A码进行一周期的补零操作，即将一周期的C/A码加一周期的零码和两周期的接收信号进行相关运算，该方法能有效地解决位翻转的问题，但计算量明显增加，计算复杂度提高，且对弱信号的捕获能力有限。

技术实现要素：

本发明针对微弱GNSS信号捕获过程中存在位翻转限制积分时间和相关运算复杂度高的问题，提供了新型的卫星信号FFT并行捕获算法。

本发明是采用如下的技术方案实现的：新型的卫星信号FFT并行捕获算法，包括以下步骤：

卫星信号经接收机接收并在射频前端处理后，数字下变频为数字中频信号；

数字中频信号与本地I支路载波和Q支路载波相乘进行去载波过程，得到I支路信号和Q支路信号；

I支路信号和Q支路信号组成复数形式的去载波结果I+jQ，对复数形式的去载波结果I+jQ进行傅里叶变换，然后将变换结果与本地复现信号傅里叶变换的共轭值相乘，将所得的乘积经傅里叶反变换得到在时域内的相关结果，在变换过程中，将傅里叶变换分为两部分的和，以减少傅里叶变换的点数；

假设无位翻转时，对上一步得到的相关结果进行检测来判断卫星信号是否存在；

若存在位翻转，对数字中频信号和本地复现信号进行奇偶块的相关，得到相关结果；

将上述两步中得到的相干结果进行相干合成，得到较大的相关峰值，即可得到峰值处对应的频率和码相位。

本发明设计的新型并行捕获算法，能够有效克服位翻转的问题，延长相干积分时间；与传统的捕获算法相比，提出的新型捕获算法计算量减小，整个过程处理效率较高，算法性能较好。

附图说明

图1为本发明的算法流程图。

具体实施方式

新型的卫星信号FFT并行捕获算法，包括以下步骤：

卫星信号经接收机接收并在射频前端处理后，数字下变频为数字中频信号；

数字中频信号与本地I支路载波和Q支路载波相乘进行去载波过程，得到I支路信号和Q支路信号；

I支路信号和Q支路信号组成复数形式的去载波结果I+jQ，对复数形式的去载波结果I+jQ进行傅里叶变换，然后将变换结果与本地复现信号傅里叶变换的共轭值相乘，将所得的乘积经傅里叶反变换得到在时域内的相关结果，在此过程中，将傅里叶变换分为两部分的和，以减少傅里叶变换的点数；

假设无位翻转时，对上一步得到的相关结果进行检测来判断卫星信号是否存在；

若存在位翻转，对数字中频信号和本地复现信号进行奇偶块的相关，得到相关结果；

将上述两步中得到的相干结果进行相干合成，得到较大的相关峰值，即可得到峰值处对应的频率和码相位。

该算法将快速傅里叶变换(FFT)运算分成两部分点数较少的FFT之和，同时通过分析位翻转出现的情况，对接收信号和本地信号进行奇偶分块并进行相关运算，从而能消除位翻转带来的影响。

设数字中频信号r(n)和本地复现信号h(n)分别为：

对数字中频信号r(n)和本地复现信号h(n)进行循环相关运算，得到

当N≤k≤2N-1时，h(k)＝0，所以式(3)可写为

将式(4)分为两部分的和，则为

式(5)中，第一部分接收信号的后个采样点没有用，第二部分中，最前边个采样点没有用，综合以上采样点的情况，可采样个点，可得

则(6)式表示为3N/2-1点的FFT运算如(7)式：y(n)＝IFFT[FFT(h₀)*FFT(r₀)+FFT(h₁)*FFT(r₁)](7)，上式中，

这样，通过对FFT运算分段，减少一次FFT运算的点数，大大的提高计算的速度，减小计算的复杂度。

存在位翻转消除位翻转时：由于位翻转发生在两个连续周期的PRN码之间，本申请提出的方法通过对数字中频信号r(n)和本地复现信号h(n)进行奇偶分块，做如下FFT运算，得到：

对以上的R_2N(k)和H_2N(k)的奇偶两部分分别进行相关运算，相关运算得到相关结果y(m)为：

根据上述对FFT分段的分析，可将(10)式改写为：

通过对数字中频信号r(n)和本地复现信号h(n)进行奇偶分块并进行相关运算，其中必有一块不包含位翻转，因此可以消除位翻转对捕获的影响。

总结来说，本申请首先假设不存在位翻转的情况，对数字中频信号和本地复现信号进行循环相关运算，得到相关结果，在运算过程中，将FFT运算分为两部分的和，以减少FFT运算的点数，降低计算量，其次，假设存在位翻转，对数字中频信号和本地复现信号进行奇偶分块并做相关运算，得到相关结果，同时在运算的过程中，对FFT运算进行分段，最后将两次得到的相关结果进行比较，最大的即为捕获的最大峰值。