专利名称：北斗接收机多卫星信号联合捕获方法
技术领域：
本发明属于属于卫星导航及信号处理技术领域，具体指的是北斗接收机多卫星信号联合捕获方法。
背景技术：
北斗接收机捕获技术实现对可见卫星的搜索与确定，为后续的跟踪模块提供初始码相位及载波频率值。随着我国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System)的部署与建设，北斗导航接收机可实现全球范围内全天时、全天候的连续导航，从而成为导航领域近年来以及未来相当长一段时期内应用的主要手段和途径。目前的卫星捕获方法每次仅可对单颗卫星信号进行搜索及捕获处理，在可见星较少的情况下，传统捕获方法对可见卫星的捕获效率较低，尤其是首颗可见卫星。亟需一项新技术以实现对多颗卫星并行搜索的联合捕获功能，提高对多颗可见星的搜索与捕获速率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，针对目前传统捕获方法对可见卫星捕获效率较低的问题，提出北斗接收机多卫星信号联合捕获方法。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:北斗接收机多卫星信号联合捕获方法，所述方法通过将北斗接收机中输入的BI频点中频信号及其延迟信号进行相乘运算；再与多卫星奇偶两路延迟组合测距伪码序列进行相关运算及相关峰值检测，实现北斗接收机对多颗卫星的并行搜索；最后利用单颗可见星对应码相位及载波频率判别方法，获得多星搜索结果中的单颗可见星码相位及载波频率值，为北斗接收机的信号跟踪模块提供初始参数；该方法的具体步骤如下:(I)北斗接收机将天线接收到的BI频点北斗卫星信号经射频前端处理后变成数字中频信号，为接收机提供输入信号来源；(2)利用北斗BI频点测距码发生器分别生成I 37颗卫星对应的单周期复制测距伪码序列，称该伪码序列为复制伪码，通过极性转换将复制伪码由单极性码变为双极性码，将转换后的37个复制伪码序列进行本地存储，以便信号捕获处理时直接读取使用；(3)信号捕获操作，根据采样频率确定单个码周期Ims时间内的采样点数，分别取整倍码周期时间长度(区间为[1，20]ms)的输入信号S1及延迟信号S2，延迟时间长度L或采样点数m利用采样频率及中频频率计算获得，将等序列的输入信号与延迟信号进行相乘，获得混频信号Smix ；(4)读取存储的I 37号卫星复制伪码序列，分别将37个复制伪码序列按奇偶位分为两路并行复制伪码，然后根据采样频率对并行复制伪码进行码片扩展，每颗星均得到奇偶两路扩展并行复制伪码序列Ca和Cb ；(5)将连续2 4颗卫星的扩展并行复制伪码序列CJ和Q分别进行相加组合，生成奇偶两路新组合测距码(；。》和CBram，将两路新组合测距码分别进行与输入信号同延迟时间长度L或采样点数m的延迟变换，再对新组合测距码及其延迟组合测距码进行相乘运算，获得与混频信号中相似的奇偶两路延迟组合测距码cA—“和cB—d。》O)和q( )为利用北斗BI频点测距码发生器生成的第j颗卫星的奇偶两路扩展并行复制伪码，j为正整数；(6)将步骤3中获得的混频信号Smix与步骤5中获得的延迟组合测距码Ca d.和Cb d_分别进行相关运算，通过将两种信号的时域相关运算转换到频域下的相乘运算来完成相关运算处理，具体方法为利用快速傅里叶变换FFT分别对混频信号及延迟组合测距码进行频域信号转换，再将频域下的延迟组合测距码复数进行共轭转换，然后将频域下的混频信号与共轭转换后的延迟组合测距码相乘，完成两者的相关运算，最后利用反傅里叶变换IFFT方法将频域相关结果转为时域相关结果；(7)分别对步骤5中生成的奇偶两路延迟组合测距码进行步骤6处理，然后再对奇偶两路的时域相关结果进行峰值检测，如检测到相关峰值，则对两路结果对应峰值的判定参数进行计算，若判定参数均大于设定门限值，则进一步利用两路结果的峰值位置进行验证，若峰值位置差异不超过5个采样点，则可判定捕获到可见星，而相关峰值数目对应可见星数，记录峰值处对应的横轴位置即为可见星的码相位值；(8)如果本次多星联合捕获结果中检测到可见星，则需确定单颗可见星对应码相位及载波频率值，具体判别方法是:读取指定长度(5ms或IOms)的输入信号S3，利用组合测距码中使用过的卫星号生成与输入信号S3同长度的单颗卫星测距伪码奇路序列，利用记录的码相位值调整该星测距伪码相位，并与输入信号S3相乘进行伪码解扩，对解扩后的信号进行FFT操作，采用与步骤7同样的方法，计算峰值判定参数结果，如大于设定载波峰值阈值，则判别该颗星可见，并获得对应的码相位及载波频率值，如小于设定阈值，则利用记录的其他码相位及组合卫星号重复以上处理过程；依次确定记录码相位值对应的可见星号后，继续对下一组多星组合测 距码进行判别。其中，步骤(3)所述的延迟时间长度L，或采样点数m利用采样频率及中频频率计算，L单位为秒，方法如下:
权利要求
1.斗接收机多卫星信号联合捕获方法，其特征在于:通过将北斗接收机中输入的BI频点中频信号及其延迟信号进行相乘运算；再与多卫星奇偶两路延迟组合测距伪码序列进行相关运算及相关峰值检测，实现北斗接收机对多颗卫星的并行搜索；最后利用单颗可见星对应码相位及载波频率判别方法，获得多星搜索结果中的单颗可见星码相位及载波频率值，为北斗接收机的信号跟踪模块提供初始参数；该方法的具体步骤如下: (1)北斗接收机将天线接收到的BI频点北斗卫星信号经射频前端处理后变成数字中频信号，为接收机捕获提供输入信号来源； (2)利用北斗BI频点测距码发生器分别生成I 37颗卫星对应的单周期复制测距伪码序列，称该伪码序列为复制伪码，通过极性转换将复制伪码由单极性码变为双极性码，将转换后的37个复制伪码序列进行本地存储，以便信号捕获处理时直接读取使用； (3)开始信号捕获操作，根据采样频率确定单个码周期Ims时间内的采样点数，分别取整倍码周期时间长度的输入信号S1及延迟信号S2,延迟时间长度L或采样点数m利用采样频率及中频频率计算获得，将等序列的输入信号与延迟信号进行相乘，获得混频信号Smix ； (4)读取存储的I 37号卫星复制伪码序列，分别将37个复制伪码序列按奇偶位分为两路并行复制伪码，然后根据采样频率对并行复制伪码进行码片扩展，每颗卫星均得到奇偶两路扩展并行复制伪码序列Ca和Cb ； (5)将连续2 4颗卫星的扩展并行复制伪码序列Ci和Q分别进行相加组合，生成奇偶两路新组合测距码CA.和CB.，将两路新组合测距码分别进行与输入信号同延迟时间长度L或采样点数m的延迟变换，再对新组合测距码及其延迟组合测距码进行相乘运算，获得与混频信号中相似的奇偶两路延迟组合测距码CA—d_和CB—d_ O)和C 为利用北斗BI频点测距码发生器生成的第j颗卫星的奇偶两路扩展并行复制伪码，j为正整数； (6)将步骤3中获得的混频信号Smix与步骤(5)中获得的延迟组合测距码CA—d.和CB—d.分别进行相关运算，通过将两种信号的时域相关运算转换到频域下的相乘运算来完成相关运算处理，具体方法为利用快速傅里叶变换FFT分别对混频信号及延迟组合测距码进行频域信号转换，再将频域下的延迟组合测距码复数进行共轭转换，然后将频域下的混频信号与共轭转换后的延迟组合测距码相乘，完成两者的相关运算，最后利用反傅里叶变换IFFT方法将频域相关结果转为时域相关结果； (7)分别对步骤(5)中生成的奇偶两路延迟组合测距码进行步骤(6)处理，然后再对奇偶两路的时域相关结果进行峰值检测，如检测到相关峰值，则对两路结果对应峰值的判定参数进行计算，若判定参数均大于设定门限值，则进一步利用两路结果的峰值位置进行验证，若峰值位置差异不超过5个采样点，则可判定捕获到可见星，而相关峰值数目对应可见星数，记录峰值处对应的横轴位置即为可见星的码相位值； (8)如果本次多星联合捕获结果中检测到可见星，则需确定单颗可见星对应码相位及载波频率值，具体判别方法是:读取指定长度的输入信号S3，利用组合测距码中使用过的卫星号生成与输入信号S3同长度的单颗卫星测距伪码奇路序列，利用记录的码相位值调整该星测距伪码相位，并与输入信号S3相乘进行伪码解扩，对解扩后的信号进行FFT操作，采用与步骤7同样的方法，计算峰值判定参数结果，如大于设定载波峰值阈值，则判别该颗星可见，并获得对应的码相位及载波频率值，如小于设定阈值，则利用记录的其他码相位及组合卫星号重复以上处理过 程；依次确定记录码相位值对应的可见星号后，继续对下一组多星组合测距码进行判别。
2.根据权利要求1所述的北斗接收机多卫星信号联合捕获方法，其特征在于:步骤(3)所述的延迟时间长度L，或采样点数m利用采样频率及中频频率计算，L单位为秒，方法如下:
3.根据权利要求1所述的北斗接收机多卫星信号联合捕获方法，其特征在于:步骤(3)所述的输入信号及延迟信号长度选择区间为[1，20]ms。
4.根据权利要求1所述的北斗接收机多卫星信号联合捕获方法，其特征在于:步骤(5)所述的组合测距码生成方法如下:
5.根据权利要求1所述的北斗接收机多卫星信号联合捕获方法，其特征在于:步骤(7)所述的对奇偶两路的时域相关结果进行峰值检测，检测方法为对奇偶两路的时域相关结果进行幅值计算，判定两路幅值中有无超过一定阈值的峰值，此阈值可根据试验经验值设定，如检测到一个峰值，则需跳过指定的采样点数再进行下一个峰值的检测，最后对两路结果计算相应峰值的判定参数Pm和PBi，计算方法如下:
6.根据权利要求1所述的北斗接收机多卫星信号联合捕获方法，其特征在于:步骤(8)所述的输入信号S3的指定长度为5ms或10ms。
7.根据权利要求5所述的北斗接收机多卫星信号联合捕获方法，其特征在于:所述指定的采样点数为20个。
全文摘要
本发明提出了北斗接收机多卫星信号联合捕获方法，所述方法将北斗接收机中输入的B1频点中频信号及其延迟信号进行相乘运算，再与多卫星奇偶两路延迟组合测距伪码序列进行相关运算及相关峰值检测，最后利用单颗可见星对应码相位及载波频率判别方法，获得多星搜索结果中单颗可见星码相位及载波频率值，为北斗接收机的信号跟踪模块提供初始参数。所述方法提供了对多颗卫星信号进行并行搜索与捕获的功能；输入信号及延迟信号长度选择可以不再受导航电文数据比特跳变的影响；提高了接收机对卫星信号的捕获处理效率。
文档编号G01S19/37GK103091687SQ20131000572
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者谢非, 刘建业, 王翌, 李荣冰, 黄隽祎, 曾庆化, 徐昭, 韩志凤 申请人:南京航空航天大学