一种gps l2c cm码快速捕获方法
【专利摘要】本发明提供了一种GPS?L2C?CM码快速捕获方法，其包括以下步骤：对本地码序列进行整周期的分段折叠，对于接收到的信号数据，截取与本地信号等长的数据段，再利用FFT算法循环相关进行相位的搜索，同时还包含了热噪声和折叠互噪声的理论分析和公式推导，并且结合实验数据，得到了准确的噪声的经验公式，根据对信号信噪比的分析，给出合理的阈值设置方案初步确定码相位，捕获成功后对初步确定的码相位进行时域相关处理得到最终的码相位。本发明能够使L2C信号CM码的相位的搜索速度得到很大的提高，迅速确定CM码相位，并且很大程度上降低FFT的运算量。
【专利说明】 —种GPS L2C CM码快速捕获方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种卫星导航领域，特别是在一红GPS L2C CM码快速捕获方法。
【背景技术】
[0002]美国的全球定位系统(GPS)自从问世以来，一直在进行改进工作。这是因为民用用户要求GPS具有更好的抗干扰性能、较高的安全性和完整性；而军方则要求卫星发射得军用信号具有较大功率，并且同民用信号分离开。
[0003]为了能使GPS更好地满足军事、民间和商业用户不断增长的应用需求，1999年，美国政府启动了 GPS的现代化计划。该计划的一个重要内容就是在L2频点(1227.60MHz)上增加一个新的民用信号，即L2C(the L2civil)信号。
[0004]迄今为止，已有8颗现代化的GPS Block IIR-M卫星发射L2C信号。有效处理L2C
信号具有非常重要的意义:
[0005]一、可以有效满足民用用户对精密定位的需要。在目前的条件下，民用用户可用的信号只有L1C/A码信号。要想通过接收双频信号校正电离层传输延迟从而得到更加精确的定位解算结果，只能采用所谓的无码或者半无码技术处理信号，不但有信噪比的损失，而且实现起来有较大的难度。
[0006]二、可以有效提高用户接收机抗干扰的能力。当LI频点的信号遇到干扰时，接收机可以切换到L2C信号上，从而增强用户接收机在干扰下的鲁棒性。
[0007]三、L2C采用了前向纠错编码和时分复用等若干技术，因而具有更低的载波门限和数据解调门限，同时，码长的增加提高了 L2C的互相关性能，使得L2C更适合在丛林、室内等遮蔽较多、信号较弱的场合应用。
[0008]四、L2C信号包含两个不同长度的码，中等长度码(CM)和长码(CL)。由于CL上没有调制导航数据，载波跟踪环可以用PLL鉴相器取代Costas鉴相器对CL进行跟踪，带来6dB的门限增益。
[0009]随着新码L2C的到来，我们自然就需要研究L2C的接收处理方案。由于L2C信号具有特殊的信号结构，与L1C/A比起来做了很多的革新，因此适用于L1C/A码的信号处理技术并不能直接应用在L2C信号上，我们需要针对L2C的特性设计新的处理算法。捕获是GPS信号接收的重要环节，信号的捕获实际上是一个利用2维(码和载波)的搜索过程，实现伪码和载波的粗同步。由于L2C信号结构的特殊性，我们必须设计全新的捕获算法才能获得性能上的优势。
【发明内容】
[0010]本发明提供了一种GPS L2C CM码快速捕获方法，其包括以下步骤:
[0011]I)选取CM码作为本地码，对所述本地码进行与输入信号同频率的采样，对采样后的本地码进行分段折叠；
[0012]2)对所述输入信号进行本地下变频后得到输入信号的基带数据，对所述输入信号的基带数据进行截取，所述截取的输入信号与所述采样的本地码长度一致；
[0013]3)分别对所述截取的输入信号与采用的本地码进行快速傅里叶变换完成从时域到频域的变换，并对截取的输入信号与本地码的码相位进行搜索，得到若干相干值；
[0014]4)设置一阀值，选取所述若干相干值中的最大相干值与所述阀值比较，如果所述最大相干值大于所述阀值则捕获成功，初步确定码相位；如所述最大相干值小于所述阀值则捕获失败，则重新进行步骤2)至4)，直至捕获成功；
[0015]5)捕获成功后对初步确定的码相位进行时域相关处理得到最终的码相位。
[0016]较佳地，所述CM码为归零码。
[0017]较佳地，所述阀值通过分析噪声得到的。
[0018]较佳地,所述噪声包括互相关噪声、高斯热噪声以及联合噪声。
[0019]较佳地，所述步骤I)的具体过程包括:
[0020]设定所述CM码的周期为T，对整个周期采样后的数据为N = fsT，其中fs为采样频率，将一个整周期划分为互不重叠的K段，记为:
[0021]Hi1, m2,...，mK,
[0022]其中Hii表示每个子向量，长度为L = N/K，对应的时间长度为T。= T/K，
[0023]将分段的序列全部累加得到折叠的本地码码序列:
【权利要求】
1.一种GPS L2C CM码快速捕获方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)选取CM码作为本地码，对所述本地码进行与输入信号同频率的采样，对采样后的本地码进行分段折叠； 2)对所述输入信号进行本地下变频后得到输入信号的基带数据，对所述输入信号的基带数据进行截取，所述截取的输入信号与所述采样的本地码长度一致: 3)分别对所述截取的输入信号与采用的本地码进行快速傅里叶变换完成从时域到频域的变换，并对截取的输入信号与本地码的码相位进行搜索，得到若干相干值； 4)设置一阀值，选取所述若干相干值中的最大相干值与所述阀值比较，如果所述最大相干值大于所述阀值则捕获成功，初步确定码相位；如所述最大相干值小于所述阀值则捕获失败，则重新进行步骤2)至4)，直至捕获成功； 5)捕获成功后对初步确定的码相位进行时域相关处理得到最终的码相位。
2.如权利要求1所述的GPSL2C CM码快速捕获方法，其特征在于，所述CM码为归零码。
3.如权利要求1所述的GPSL2C CM码快速捕获方法，其特征在于，所述阀值通过分析噪声得到的。
4.如权利要求3所述的GPSL2C CM码快速捕获方法，其特征在于，所述噪声包括互相关噪声、高斯热噪声以及联合噪声。
5.如权利要求 1所述的GPSL2C CM码快速捕获方法，其特征在于，所述步骤I)的具体过程包括:
设定所述CM码的周期为T，对整个周期采样后的数据为N = fsT，其中fs为采样频率，将一个整周期划分为互不重叠的K段，记为:
In1, m2,...，!％, 其中Hii表示每个子向量，长度为L = N/K，对应的时间长度为T。= T/K， 将分段的序列全部累加得到折叠的本地码码序列:
6.如权利要求5所述的GPSL2C CM码快速捕获方法，其特征在于，所述步骤2)的具体过程包括: 接收机接收到的卫星信号经过中频采样后构成原始的输入数据r(k)，经过本地下变频后得到基带数据y(k):
y (k) = r (k).exp (-j (ω IF+ ω d) kTs) a ω IF是本地中频信号，ω d是本地估计的多普勒频移，Ts表示相干时间，从输入信号y (k)中截取一段与本地折叠码等长度L的数据组成输入信号矢量I。
7.如权利要求6所述的GPSL2C CM码快速捕获方法，其特征在于，所述步骤3)的具体过程为: 对折叠的本地码序列做L点的FFT运算得到本地折叠码的傅里叶变换结果LS: LS = FFT (mfold)，对输入信号矢量y做FFT运算:Y = FFT (y)； 将输入信号Y和本地信号LS的共轭做点积运算之后再做IFFT变换即得到相关运算的结果:Z = IFFT (Y.LS*)， z是长度为L的向量，*表示取共轭，.表示两个向量点积运算，z的每个元素的模值对应一个所述相干值。
8.如权利要求7所述的GPSL2C CM码快速捕获方法，其特征在于，所述步骤4)具体包括: 对z的每个元素的模值求最大值，并找到最大值对应的相位η:
9.如权利要求8所述的GPSL2C CM码快速捕获方法，其特征在于，所述步骤5)具体包括: 首先从本地码序列 中第n+k*L个元素开始向后去L长数据，然后和输入信号I做相关运算:
Uk = Σ y.uk,其中 k=0,1,..., (K-1), 其中uk是从第n+k*L开始长度为L的本地码序列，重复以上操作可以得到K个结果[Utl,U1,…，UK_J，假设其中的最大值的序号为i，则最终的码相位为:c = n+i 氺 L0
【文档编号】G01S19/30GK103454651SQ201310390559
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】陈新, 陆华 申请人:上海交通大学, 航天恒星科技有限公司