专利名称：微弱卫星导航信号二次捕获方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微弱卫星导航信号二次捕获方法与装置。
背景技术：
随着无线电技术以及空间技术的发展，基于卫星的导航定位技术在过去的三十年得到了迅速发展。目前己经建成并投入使用的卫星定位导航系统有全球
定位系统(GPS)以及全球卫星导航系统(GLONASS)，未来会有更多的卫星定位导航系统投入使用，如伽利略(Galileo)卫星导航系统以及北斗(BeiDou)卫星导航系统；这些系统有时总称为GNSS系统。导航接收机通过接收足够多卫星的信号，获得信号传播时间信息以及卫星位置信息，根据这些信息计算得到接收机的位置、时间、速度等。
为了能够导航定位解算，导航接收机必须接收至少4颗卫星的信号；导航接收机一般有多个并行的接收通道，每个通道接收一颗卫星的信号。导航接收机首先通过这些并行通道捕获卫星信号，捕获过程其实是一个两维的搜索过程伪随机码相位和多普勒频偏。以GPS为例，每颗卫星发射不同的长度为1023，周期为1毫秒的伪随机序列；卫星与接收机中间存在相对的运动，因而多普勒频率也是未知的。捕获时，导航接收机针对不同卫星产生不同的本地伪随机序列以及载波频率与输入信号进行相关，当本地伪随机序列与输入序列相位近似同步并且频率近似相等时，相关输出值会超过捕获门限。 一般情况下，捕获时伪随机码相位搜索步进为半个码片，多普勒频偏步进为(l/2T)Hz， T为相干积分时间， 一般为l个伪随机码周期。在弱信号环境下，为了准确捕获码片相位和多普勒频偏，相关运算后通常进行长时间相干积分或非相干积分来获得足够大的处理增益。
导航接收机捕获模块完成了信号的粗估计，为了得到伪随机码相位、载波频率/相位的精确估计值，需要对导航信号进行实时跟踪。常用的跟踪环有延迟锁定环(DLL)、锁频环(FLL)以及锁相环(PLL);延迟锁定环(DLL)用来跟踪伪随机码相位，锁频环(FLL)和锁相环(PLL)用来跟踪载波频率和相位。在弱信号环境下，上述环路带宽通常设置的比较窄，当环路带宽比较窄时，初始化环路的剩余频偏不能太大，而捕获完成后剩余的多普勒频偏并不在环路的捕获带内，需要对频偏进行精细的估计。在室外空旷地带，卫星信号比较强，以GPS的C/A码为例，导航接收机接收到的卫星信号载噪比(C/N())大约为44dB/Hz，这样的信号强度，解扩完的数据用来跟踪已经足够；在弱信号环境下，需要对解扩完的数据进行长时间相干积分以获得足够高的信噪比，在调制数据未知时最大相干积分时间为20毫秒，并且需要知道调制数据翻转的时刻。在一些现代化的GNSS信号中，处理调制有伪随机码、导航电文数据、载波之外，还存在二次编码，如GPS的L5频段上就调制有Neumann-Hoffman码，为了能进行长时间相干积分以及解调电文，必须完成二次编码相位的同步。针对上述问题，卫星导航接收机通常在环路跟踪前对跟踪相关器输出数据进行预处理，获取导航电文比特翻转位置、精细多普勒频偏等参数的估计值，用这些估计值初始化跟踪环路。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种微弱卫星导航信号二次捕获方法与装置。
微弱卫星导航信号二次捕获的方法包括如下步骤
1) 在控制模块的控制下，存储一组跟踪相关器输出数据到存储模块，每一个跟踪通道对应一个存储模块；
2) 存储模块存储跟踪相关器输出数据后，控制模块控制存储模块、变频模块、匹配滤波模块和积分检测模块，将捕获后剩余的多普勒频偏范围分割成多个频点；对频点进行搜索，找到目标频点和调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置；
3) 根据目标频点，对存储的跟踪相关器输出数据进行频偏修正；根据调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置，对经过频偏修正后的数据进行相干积分，相干积分在同一个调制电文数据内进行，相干积分时间能被调制电文数据持续时间整除；
4) 相干积分后的数据进行平方操作，消除调制电文数据极性的影响；平方操作后的数据用频谱分析获得更加精细的频偏，频谱分析在频率估计模块中进行。
所述的在控制模块的控制下，存储一组跟踪相关器的输出数据到存储模块，每一个跟踪通道对应一个存储模块步骤包括
1) 跟踪相关器输出数据为复信号，采样间隔为1毫秒，即采样率为lKHz，
每一个调制电文数据有20个采样点；
2) 存储模块存储数据量为19+20*M， M>0， M的取值由捕获阶段估计的载噪比决定；
63)当存储模块存储数据量达到要求时，向控制模块发出二次捕获启动信号。
所述的存储模块存储跟踪相关器输出数据后，控制模块控制存储模块、变频模块、匹配滤波模块和积分检测模块，将捕获后剩余的多普勒频偏范围分割成多个频点；对频点进行搜索，找到目标频点和调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置步骤包括
1)捕获后剩余多普勒频偏范围为-(l/4T)Hz +(l/4T)Hz， T为捕获阶段相干积分时间，为1毫秒，对剩余多普勒频偏范围进行分割，间隔为1/(2Td)Hz，其中Td为调制电文数据持续时间，为20毫秒，有N:Td/T+l个频点；
2 )对于每个频点，控制模块控制变频模块中的本地载波模块产生本地载波；控制模块读取存储模块中跟踪相关器输出数据，与本地载波共轭相乘进行变频；
3) 变频之后的数据经过匹配滤波模块，匹配滤波器级数为20,抽头系数分别为对于GPS的C/A码信号而言为1， 1， 1, 1， 1， 1, 1， 1， 1， 1， 1，1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1, 1，对于GPS的L5波段的正交支路信号而言为-1,-1， -1， -1， -1， 1，國l， -1， 1， 1， -1, 1， -1， 1， -1， -1， 1， 1， 1， -1，对于GLONASS的C/A码而言为1， 1， 1, 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1, -1， -1， -1， -1，隱l， -1， -1， -1， -1, -1;
4) 对于每个频点，匹配滤波模块共有19+20*M个输入数据，M>0，有20*M个输出数据。每20个输出数据分为l组，共有M组数据；
5) 对于每个频点，对匹配滤波模块输出的M组数据取模，取模后第0组0号数据、第1组0号数据直到第M-l组0号数据相加；第0组1号数据、第1组1号数据直到第M-l组1号数据相加；依次类推，第0组19号数据、第1组19号数据直到第M-l组19号数据相加；共产生20个非相干积分数据；
6) N个频点共有2(^N个非相干积分数据，非相干积分数据送至峰值检测模块；峰值检测模块找到峰值，峰值对应的频点就是目标频点，记为/h峰值对应的编号就是调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置，记为》。
所述的对于每个频点，匹配滤波模块共有19+20*\1个输入数据，M>0，有2(^M个输出数据。每20个输出数据分为l组，共有M组数据步骤包括
1) 匹配滤波模块输入数据的前19个数据填满匹配滤波模块移位寄存器的前19个，从第20个输入数据开始，每输入一个数据就输出一个数据，共有20*M个输出数据，M>0;
2) 匹配滤波模块输出数据第0~19分为第0组，第20~39分为第1组，依
7次类推第20*M-20~20*M-1分为第M-l组。
所述的根据目标频点，对存储的跟踪相关器输出数据进行频偏修正；根据调制电文数据翻转位置/二次编码的起始位置，对经过频偏修正后的数据进行相干积分，相干积分在同一个调制电文数据内进行，相干积分时间能被调制电文数据持续时间整除步骤包括
1) 根据目标频点A，控制模块控制变频模块中的本地载波产生模块产生频点/J对应频率的复载波信号。控制模块读取存储模块中的数据，与本地复载波信号共轭相乘，完成频偏修正；
2) 根据调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置》，相干积分从频偏修正后的第》+l个数据开始进行，相干积分时间为1毫秒、2毫秒、4毫秒、5毫秒或者IO毫秒。
所述的相干积分后的数据进行平方操作，消除调制电文数据极性的影响；平方操作后的数据用频谱分析获得更加精细的频偏，频谱分析在频率估计模块中进行步骤包括
1) 平方操作消除调制电文正负极性的变化，同时剩余频偏也变为原来的两
倍；
2) 频偏补偿后剩余频偏范围为-l/(4Td)Hz l/(4Td)Hz，平方使频偏范围加倍，变为-l/(2Td)Hz l/(2Td)Hz; Td为20毫秒，频偏补偿后频偏范围为-25Hz 25Hz;频谱分析法估计频偏补偿后剩余的多普勒频偏。
微弱卫星导航信号二次捕获的装置包括如下模块跟踪相关器、存储模块、变频模块、匹配滤波模块、非相干积分模块、峰值检测模块、相干积分模块、平方模块、频率估计模块以及控制模块；跟踪相关器、存储模块、变频模块依次相连；变频模块分别与匹配滤波模块、相干积分模块相连；匹配滤波模块、非相干积分模块、峰值检测模块依次相连；相干积分模块、平方模块、频率估计模块依次相连。控制模块控制跟踪相关器输出数据存储到存储模块，存储模块向控制模块发出二次捕获启动信号；控制模块控制存储模块输出数据，数据经过匹配滤波模块、非相干积分模块、峰值检测模块找到目标频点和调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置；找到目标频点和调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置后，控制模块控制存储模块输出数据，数据经过变频模块进行频偏修正，修正后的数据经过相干积分模块、平方模块，平方模块输出数据经过频率估计模块进行频偏的精细估计。
所述的变频模块包括相连接的共轭相乘模块、本地载波模块。本发明存储一组跟踪相关器输出数据后，可以用块处理的方式对跟踪相关 器输出数据进行频偏的再次分割，通过匹配滤波模块、非相干积分模块以及峰 值检测模块，得到不同频点以及不同调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置 的累积值；通过峰值检测可以找到调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置以 及搜索的频点。根据搜索到得频点对存储的跟踪相关器输出数据进行频偏的补 偿，根据找到调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置对频偏补偿后的数据进 行相干积分，相干积分在同一个调制电文数据内进行。相干积分结果平方消除 调制电文数据极性的影响，然后通过频谱分析的方法获得更加精细的多普勒频 偏的估计值。
图l是本发明的全部模块以及连接框图； 图2是本发明中变频模块的电路框图； 图3是本发明中匹配滤波模块的三种匹配波形。
具体实施例方式
微弱卫星导航信号二次捕获的方法包括如下步骤
1) 在控制模块的控制下，存储一组跟踪相关器输出数据到存储模块，每一 个跟踪通道对应一个存储模块；
2) 存储模块存储跟踪相关器输出数据后，控制模块控制存储模块、变频模 块、匹配滤波模块和积分检测模块，将捕获后剩余的多普勒频偏范围分割成多 个频点；对频点进行搜索，找到目标频点和调制电文数据翻转位置/二次编码起 始位置；
3) 根据目标频点，对存储的跟踪相关器输出数据进行频偏修正；根据调制 电文数据翻转位置/二次编码起始位置，对经过频偏修正后的数据进行相干积 分，相干积分在同一个调制电文数据内进行，相干积分时间能被调制电文数据 持续时间整除；
4) 相干积分后的数据进行平方操作，消除调制电文数据极性的影响；平方 操作后的数据用频谱分析获得更加精细的频偏，频谱分析在频率估计模块中进 行。
在控制模块的控制下，存储一组跟踪相关器的输出数据到存储模块，每一 个跟踪通道对应一个存储模块步骤包括
l)跟踪相关器输出数据为复信号，采样间隔为1毫秒，即采样率为lKHz， 每一个调制电文数据有20个采样点，输出数据A表达式为
9;c,K牟w+ (1)
式(l)中/为数据下标，^表示信号的幅度，《表示调制电文数据，",表示 存在的二次编码(二次编码)，A/为捕获完剩余多普勒频偏，r为跟踪相关器
输出采样间隔时间，这里为1亳秒，e为初始相位，iV,.为噪声；调制电文数据 的翻转位置和二次编码的起始位置是相同。对于GPS的C/A码而言，",恒为高 电平；对于GPS的L5波段正交支路信号而言",为-1， -1， -1， -1， -1， 1， -1， -1， 1， 1， -1， 1, -1， 1， -1， -1， 1， 1， 1， -1，周期为20毫秒；对于GLONASS 的C/A码而言",为1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， -1，腸l， -1,國l，画l， -1， -1， -1， -1， -1，周期为20毫秒；
2) 存储模块存储数据量为19+20*M， M>0， M的取值由捕获阶段估计的 载噪比决定。捕获阶段将信号强度分为四段，分段范围以及对应的M值为当
(a) 25dB/Hz<C/N0<=30dB/Hz时，M=80，当(b) 30dB/Hz<C/No<=35dB/Hz 时，M=60，当(c) 35dB/Hz<C/N0<=40dB/Hz时，M=40，当(d) 40dB/Hz<C/N0 时，M=20;
3) 当存储模块存储数据量达到要求时，向控制模块发出二次捕获启动信号。 存储模块存储跟踪相关器输出数据后，控制模块控制存储模块、变频模块、
匹配滤波模块和积分检测模块，将捕获后剩余的多普勒频偏范围分割成多个频 点；对频点进行搜索，找到目标频点和调制电文数据翻转位置/二次编码起始位 置步骤包括
1) 捕获后剩余多普勒频偏范围为-(l/4T)Hz—(l/4T)Hz， T为捕获阶段相干 积分时间，为1毫秒，对剩余多普勒频偏范围进行分割，间隔为1/(2Td)Hz， 其中Td为调制电文数据持续时间，为20毫秒，有N-Td/T+1个频点。例如当 捕获完剩余多普勒频偏为-250Hz 250Hz时，共有21个频点需要搜索；当剩余 频偏为-100Hz 100Hz时，共有9个频点需要搜索。
2) 对于每个频点，控制模块控制变频模块中的本地载波模块产生本地载波； 控制模块读取存储模块中跟踪相关器输出数据，与本地载波共轭相乘进行变 频；
3) 变频之后的数据经过匹配滤波模块，匹配滤波器级数为20，抽头系数 分别为对于GPS的C/A码信号而言为1， 1， 1, 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1，如图3中的301;对于GPS的L5波段的正交支 路信号而言为画l， -1， -1， -1， -l， 1， -1， -l, 1， 1， -1， 1， -1， 1， -1，曙l，
1， 1， 1， -1，如图3中的302;对于GLONASS的C/A码而言为1， 1， 1, 1，1， 1， 1， 1， 1， 1，國l， -1， -1, -1， -1，誦l，國l，陽l， -1， -1，如图3中的303;
4) 对于每个频点，匹配滤波模块共有19+20*M个输入数据，M>0，有20*M 个输出数据。共有M组数据，每组20个数据，编号分别为0 19，每组中相同 编号的数据对应一个可能的调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置。匹配滤 波模块输出数据表达式为、,，n，其中m表示组号，范围为0 M-1;《为可能的 调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置，范围为0~19，与每组数据中0 19 号数据对应；n表示当前搜索的频点号，范围为0 N-1;
5) 对于每个频点，对匹配滤波模块输出的M组数据取模，取模后第0组 0号数据、第1组0号数据直到第M-l组0号数据相加；第0组1号数据、第 1组1号数据直到第M-l组1号数据相加；依次类推，第0组19号数据、第1 组19号数据直到第M-l组19号数据相加；共产生20个非相干积分数据。累 积后的数据表达式为
6) N个频点共有2(^N个非相干积分数据，非相干积分数据//,, 送至峰值 检测模块；峰值检测模块找到峰值，峰值对应的频点就是目标频点，记为A， 峰值对应的编号就是调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置，记为》。
对于每个频点，匹配滤波模块共有19+2(^M个输入数据，M>0，有2(^M 个输出数据。每20个输出数据分为1组，共有M组数据步骤包括
1) 匹配滤波模块输入数据的前19个数据填满匹配滤波模块移位寄存器的 前19个，从第20个输入数据开始,每输入一个数据就输出一个数据，共有20*M 个输出数据，M>0;
2) 匹配滤波模块输出数据第0 19分为第0组，第20~39分为第1组，依 次类推第20*M-20~20*M-1分为第M-l组。
根据目标频点，对存储的跟踪相关器输出数据进行频偏修正；根据调制电 文数据翻转位置/二次编码的起始位置，对经过频偏修正后的数据进行相干积 分，相干积分在同一个调制电文数据内进行，相干积分时间能被调制电文数据 持续时间整除步骤包括
1) 根据目标频点L控制模块控制变频模块中的本地载波产生模块产生频 点/5对应频率的复载波信号。控制模块读取存储模块中的数据，与本地复载波 信号共轭相乘，完成频偏修正；
2) 根据调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置》，相干积分从频偏修 正后的第》+l个数据开始进行，相干积分时间为l毫秒、2毫秒、4毫秒、5亳秒或者10毫秒。当信号强度在范围a内时，进行5毫秒相干积分；当信号 强度在范围b内时，进行4毫秒相干积分；
当信号强度在范围c内时，进行2毫秒相干积分；当信号强度在范围d内 时，进行l毫秒相干积分。
相干积分后的数据进行平方操作，消除调制电文数据极性的影响；平方操 作后的数据用频谱分析获得更加精细的频偏，频谱分析在频率估计模块中进行 步骤包括
1) 平方操作消除调制电文正负极性的变化，同时剩余频偏也变为原来的两
倍；
2) 频偏补偿后剩余频偏范围为-l/(4Td)Hz l/(4Td)Hz，平方使频偏范围加 倍，变为-l/(2Td)Hz l/(2Td)Hz; Td为20毫秒，频偏补偿后频偏范围为 -25Hz 25Hz;频谱分析法估计频偏补偿后剩余的多普勒频偏，可以用256点的 FFT来进行频偏的精细估计。
如图1所示，微弱卫星导航信号二次捕获的装置包括如下模块跟踪相关 器、存储模块、变频模块、匹配滤波模块、非相干积分模块、峰值检测模块、 相干积分模块、平方模块、频率估计模块以及控制模块；跟踪相关器、存储模 块、变频模块依次相连；变频模块分别与匹配滤波模块、相干积分模块相连； 匹配滤波模块、非相干积分模块、峰值检测模块依次相连；相干积分模块、平 方模块、频率估计模块依次相连；控制模块控制跟踪相关器输出数据存储到存 储模块，存储模块向控制模块发出二次捕获启动信号；控制模块控制存储模块 输出数据，数据经过匹配滤波模块、非相干积分模块、峰值检测模块找到目标 频点和调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置；找到目标频点和调制电文数 据翻转位置/二次编码起始位置后，控制模块控制存储模块输出数据，数据经过 变频模块进行频偏修正，修正后的数据经过相干积分模块、平方模块，平方模 块输出数据经过频率估计模块进行频偏的精细估计。
如图2所示，变频模块包括相连接的共轭相乘模块、本地载波模块。 实施例
初始捕获阶段完成了伪码相位和多普勒频偏较粗的同步，在我们的实施例 中，捕获阶段进行1毫秒的相干积分，伪码间隔为0.5个码片。捕获完，剩余 码片相位偏差在-/+0.25个码片内，剩余多普勒范围为-/+250他。捕获阶段完成 信号的初始同步，也得到了信号强度的粗略估计，确定信号载噪比在下面哪一 个范围内<formula>formula see original document page 13</formula>
当信号载噪比在范围a内时，二次捕获使用数据量为1619 (M=80)个跟 踪相关器输出数据，即1.619s的数据；当信号载噪比在范围b内时，二次捕获 使用数据量为1219 (M=60)个跟踪相关器输出数据，即1.219s的数据；当信 号载噪比在范围c内时，二次捕获使用数据量为819 (M=40)个跟踪相关器输 出数据，即0.819s的数据；当信号载噪比在范围d内时，二次捕获使用数据量 为419 (M-20)个跟踪相关器输出数据，即0.419s的数据。不同信号载噪比范 围的二次捕获使用数据量是根据仿真得到的，经过实测验证。
实测时，信号载噪比为27dB/Hz,多普勒频偏为1156Hz,信号格式为GPS 的C/A码，存储的跟踪相关器输出数据的调制电文数据翻转位置为第3个数据。 捕获完成后，码片相位近似同步，剩余多普勒频偏为156Hz，并且估计出信号 强度所在的范围为a。二次捕获时搜索频点为-250Hz、225Hz、200Hz......220Hz、
225Hz、 250Hz，共有21个频点，非相干积分模块共有21组输出数据，每组对 应一个频点，每组数据有20个数据，每个数据对应一种可能的调制电文数据 翻转位置/二次编码起始位置。峰值检测模块找到峰值的位置为第17组数据的 第三个数据，表明目标频点为150Hz，调制电文数据翻转位置/二次编码起始位 置为输入数据的第三个数据。控制模块根据目标频点150Hz，控制本地载波模 块产生150Hz的复载波信号，读取存储模块中的跟踪相关器输出数据与复载波 信号共轭相乘实现频偏补偿。频偏补偿后数据的剩余频偏为6Hz。根据调制电 文数据翻转位置/二次编码起始位置，从第三个数据开始，每5个数据进行相干 积分，相干积分后的数据进行平方操作。平方操作后的数据的等效采样率为 200Hz，剩余频偏为12Hz，对这些数据进行256点的FFT运算，找到FFT结 果的峰值位置为16。根据计算得到频偏补偿后剩余频偏的精确估计值为 5.86Hz。
权利要求
1.一种微弱卫星导航信号二次捕获的方法，其特征在于包括如下步骤1)在控制模块的控制下，存储一组跟踪相关器输出数据到存储模块，每一个跟踪通道对应一个存储模块；2)存储模块存储跟踪相关器输出数据后，控制模块控制存储模块、变频模块、匹配滤波模块和积分检测模块，将捕获后剩余的多普勒频偏范围分割成多个频点；对频点进行搜索，找到目标频点和调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置；3)根据目标频点，对存储的跟踪相关器输出数据进行频偏修正；根据调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置，对经过频偏修正后的数据进行相干积分，相干积分在同一个调制电文数据内进行，相干积分时间能被调制电文数据持续时间整除；4)相干积分后的数据进行平方操作，消除调制电文数据极性的影响；平方操作后的数据用频谱分析获得更加精细的频偏，频谱分析在频率估计模块中进行。
2. 根据权利要求1所述的一种微弱卫星导航信号二次捕获的方法，其特征 在于，所述的在控制模块的控制下，存储一组跟踪相关器的输出数据到存储模 块，每一个跟踪通道对应一个存储模块步骤包括1) 跟踪相关器输出数据为复信号，采样间隔为1毫秒，即采样率为lKHz， 每一个调制电文数据有20个采样点；2) 存储模块存储数据量为19+20*M， M>0， M的取值由捕获阶段估计的 载噪比决定；3) 当存储模块存储数据量达到要求时，向控制模块发出二次捕获启动信号。
3. 根据权利要求1所述的一种微弱卫星导航信号二次捕获的方法，其特征 在于，所述的存储模块存储跟踪相关器输出数据后，控制模块控制存储模块、 变频模块、匹配滤波模块和积分检测模块，将捕获后剩余的多普勒频偏范围分 割成多个频点；对频点进行搜索，找到目标频点和调制电文数据翻转位置/二次 编码起始位置步骤包括1) 捕获后剩余多普勒频偏范围为-(l/4T)Hz^+(l/4T)Hz， T为捕获阶段相干 积分时间，为1毫秒，对剩余多普勒频偏范围进行分割，间隔为1/(2Td)Hz， 其中Td为调制电文数据持续时间，为20毫秒，有N-Td/T+1个频点；2) 对于每个频点，控制模块控制变频模块中的本地载波模块产生本地载波;控制模块读取存储模块中跟踪相关器输出数据，与本地载波共轭相乘进行变 频；3) 变频之后的数据经过匹配滤波模块，匹配滤波器级数为20，抽头系数 分别为对于GPS的C/A码信号而言为1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1，对于GPS的L5波段的正交支路信号而言为國l， 画l， -1， -1， -1， 1，画l， -1， 1， 1，誦l， 1， -1， 1， -1， -1， 1， 1， 1， -1，对于 GLONASS的C/A码而言为1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， -1，國l， -1，國l， -1， -1， -1， -1， -1， -1;4) 对于每个频点，匹配滤波模块共有19+20*M个输入数据，M>0，有20*M 个输出数据。每20个输出数据分为l组，共有M组数据；5) 对于每个频点，对匹配滤波模块输出的M组数据取模，取模后第0组 0号数据、第1组0号数据直到第M-l组0号数据相加；第0组1号数据、第 1组1号数据直到第M-l组1号数据相加；依次类推，第0组19号数据、第1 组19号数据直到第M-l组19号数据相加；共产生20个非相干积分数据；6) N个频点共有2(^N个非相干积分数据，非相干积分数据送至峰值检测 模块；峰值检测模块找到峰值，峰值对应的频点就是目标频点，记为6，峰值 对应的编号就是调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置，记为》。
4. 根据权利要求3所述的一种微弱卫星导航信号二次捕获的方法，其特征 在于，所述的对于每个频点，匹配滤波模块共有19+2(PM个输入数据，M>0， 有20*M个输出数据。每20个输出数据分为1组，共有M组数据步骤包括1) 匹配滤波模块输入数据的前19个数据填满匹配滤波模块移位寄存器的 前19个，从第20个输入数据开始，每输入一个数据就输出一个数据，共有20*M 个输出数据，M>0;2) 匹配滤波模块输出数据第0 19分为第0组，第20~39分为第1组，依 次类推第20*M-20~20*M-1分为第M-l组。
5. 根据权利要求1所述的一种微弱卫星导航信号二次捕获的方法，其特征 在于，所述的根据目标频点，对存储的跟踪相关器输出数据进行频偏修正；根 据调制电文数据翻转位置/二次编码的起始位置，对经过频偏修正后的数据进行 相干积分，相干积分在同一个调制电文数据内进行，相干积分时间能被调制电 文数据持续时间整除步骤包括1)根据目标频点/5，控制模块控制变频模块中的本地载波产生模块产生频 点《对应频率的复载波信号。控制模块读取存储模块中的数据，与本地复载波信号共轭相乘，完成频偏修正；2)根据调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置》，相干积分从频偏修 正后的第》+l个数据开始进行，相干积分时间为1毫秒、2毫秒、4毫秒、5 毫秒或者IO亳秒。
6. 根据权利要求1所述的一种微弱卫星导航信号二次捕获的方法，其特征 在于，所述的相干积分后的数据进行平方操作，消除调制电文数据极性的影响； 平方操作后的数据用频谱分析获得更加精细的频偏，频谱分析在频率估计模块 中进行步骤包括1) 平方操作消除调制电文正负极性的变化，同时剩余频偏也变为原来的两倍；2) 频偏补偿后剩余频偏范围为-l/(4Td)Hz l/(4Td)Hz,平方使频偏范围加 倍，变为-l/(2Td)Hz l/(2Td)Hz; Td为20毫秒，频偏补偿后频偏范围为 -25Hz~25Hz;频谱分析法估计频偏补偿后剩余的多普勒频偏。
7. —种如权利要求1所述方法设计的微弱卫星导航信号二次捕获的装置， 其特征在于，包括如下模块跟踪相关器、存储模块、变频模块、匹配滤波模 块、非相干积分模块、峰值检测模块、相干积分模块、平方模块、频率估计模 块以及控制模块；跟踪相关器、存储模块、变频模块依次相连；变频模块分别 与匹配滤波模块、相干积分模块相连；匹配滤波模块、非相干积分模块、峰值 检测模块依次相连；相干积分模块、平方模块、频率估计模块依次相连。控制 模块控制跟踪相关器输出数据存储到存储模块，存储模块向控制模块发出二次 捕获启动信号；控制模块控制存储模块输出数据，数据经过匹配滤波模块、非 相干积分模块、峰值检测模块找到目标频点和调制电文数据翻转位置/二次编码 起始位置；找到目标频点和调制电文数据翻转位置/二次编码起始位置后，控制 模块控制存储模块输出数据，数据经过变频模块进行频偏修正，修正后的数据 经过相干积分模块、平方模块，平方模块输出数据经过频率估计模块进行频偏 的精细估计。
8. —种如权利要求7所述方法设计的微弱卫星导航信号二次捕获的装置， 其特征在于，所述的变频模块包括相连接的共轭相乘模块、本地载波模块。
全文摘要
本发明公开了一种微弱卫星导航信号二次捕获方法与装置。卫星导航接收机的捕获模块完成伪码相位和多普勒频偏较粗的估计。在高灵敏度卫星导航接收机中，为了提高跟踪灵敏度，必须进行长时间相干积分，这就需要知道导航电文比特的翻转位置以及较小的剩余多普勒频偏。捕获后，对跟踪相关器输出数据进行二次捕获，在剩余频偏范围内进行频点的二次搜索，旨在找到电文比特的翻转位置、二次编码的起始位置。找到目标频点以及调制电文数据的翻转位置、二次编码的起始位置后，对跟踪相关器输出数据进行频偏补偿、相干积分以及平方操作，用频谱分析法对频偏补偿后剩余的频偏进行精细估计。本发明适用于GPS、GLONASS等多种系统卫星导航接收机。
文档编号G01S1/00GK101666869SQ20091015294
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月21日 优先权日2009年9月21日
发明者侯维玮, 李云飞, 悦 王, 王勇松, 赵民建 申请人:浙江大学