一种高速gps接收机信号捕获方法
【专利摘要】一种高速GPS接收机信号捕获方法，利用惯性信息和星历信息辅助捕获环路，提前预报下一时刻的多普勒频移，预先估计出GPS信号的频率范围，并在此范围内进行多普勒频率的搜索；对基带的复信号和本地码序列进行FFT运算之前先进行抽取因子为M的抽取处理，然后依据捕获结果对M的值进行迭代处理，直至捕获成功。本发明通过减少FFT的运算点数来降低运算量，同时缩短频率搜索时间，实现对高动态GPS信号的快速捕获。
【专利说明】一种局速GPS接收机信号捕获方法
【技术领域】
[0001]本发明属于卫星导航中信号捕获【技术领域】，尤其涉及一种高速GPS接收机的信号捕获方法。
【背景技术】
[0002]GPS (Global Posit1n System)是一种可以在全球范围内为用户全天候提供实时、连续、高精度的位置、速度和时间信息的卫星导航系统，其主要终端设备是GPS接收机。GPS信号捕获是GPS接收机的关键技术之一，它直接影响着后续对信号的跟踪和定位数据的解算，决定着接收机的性能。
[0003]现有的GPS接收机C/A码捕获方法主要有两种:一种是基于时域的串行搜索捕获法，该方法需做比较多的滑动相关运算，费时而且耗硬件资源，不利于GPS接收机的快速捕获与定位；另一种是基于FFT的并行捕获法，该方法通过利用FFT代替大量的码相关运算来减少运算量，与基于时域的串行搜索捕获法相比，捕获速度相对较快，但是在具体实施过程中，基于FFT的并行捕获法需要进行大量的傅里叶变换运算，也比较费时。
[0004]此外，当GPS接收机在高动态环境中运行时，高速度、高加速度以及较大的加加速度都会在一定程度上增大多普勒频移范围和多普勒频移变化率，使得频率的搜索范围大大增加，而且多普勒频移的粗略估计包含在GPS码同步过程中，它直接影响着码偏移。码相位估计和多普勒频移估计是影响检测概率的主要因素，因此，这种情况下不利于GPS信号的快速捕获。
[0005]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种高速GPS接收机信号捕获方法，达到快速捕获高动态GPS信号的效果。
【发明内容】
[0006]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
在码域，提出一种基于迭代抽取的FFT码捕获算法，即先对基带的复信号进行迭代循环抽取处理，然后再作FFT运算进行捕获。若捕获成功，则进入信号跟踪过程；若捕获不成功，则通过逐次减小抽取因子M的值为前次的1/2，重新进行码相位的搜索，直至捕获成功为止。FFT的运算点数的减少带来了运算量的降低，从而进一步缩短了码相位的搜索时间。
[0007]同时，在频域，辅以从惯性导航解算出的载体的速度、位置数据和从星历信息中解算出的卫星的速度、位置数据，预先估计出GPS信号的频率范围，并在此范围内进行搜索，以通过缩小GPS信号频率搜索范围来缩短搜索的时间。
[0008]具体包括以下几个步骤:
(O首先提取出T时刻的惯性信息以及星历信息，其中惯性信息由INS提供，星历信息可从导航电文中解调。然后根据下式可估算出此时由卫星与载体的相对运动产生的多普勒频移fd。
【权利要求】
1.一种高速GPS接收机信号捕获方法，其特征在于: 在频域，利用从惯性导航系统解算出的载体速度、位置数据和从星历信息中解算出的卫星速度、位置数据，预先估计出GPS信号的频率范围，并在此范围内进行搜索，以缩短搜索时间； 在码域，通过基于迭代循环抽取的FFT码捕获算法，即先对基带的复信号进行迭代循环抽取处理，然后再作FFT运算进行捕获；若捕获成功，则进入信号跟踪过程；若捕获不成功，则通过逐次减小抽取因子M的值为前次的1/2，重新进行码相位的搜索，直至捕获成功为止；FFT运算点数的减少进一步缩短码相位的搜索时间； 所述高速GPS接收机信号捕获方法包括以下步骤: (1)提取出T时刻的惯性信息以及星历信息，其中惯性信息由INS提供，星历信息可从导航电文中解调，然后根据下式估算此时由卫星与载体的相对运动产生的多普勒频移fd ;
其中，L:由卫星自身运动所产生的多普勒频率；:由载体自身运动产生的多普勒频率；。:从卫星星历中解算出的的卫星自身的速度；2:载波波长；:1NS提供的载体速度；S:第j颗卫星到用户连线方向的单位矢量；单位矢量^=610-62，其中，矢量el为卫星的位置，可从卫星的星历数据中解算得到；矢量e2为用户的位置，可由INS解算得出； (2)将估算到的多普勒频移Zrf引入到本地数控振荡器中，使其产生本地载波，将T+1时刻频率方向的搜索范围缩小为[厶;/&]; (3)由本地数控振荡器产生本地码prnDl),经/5采样后进入抽取因子为M的抽取器进行抽取处理，即每隔M-1个采样点抽取出一个点，并将这些抽取出的点组成新的序列%...Ak ; (4)在序列后补零，使其序列中元素个数成为2的整数次幂，然后对序列进行FFT变换，将其转换到频域，值为X(Jt),并对X(k)取共轭为，将其预先存储起来，等待输入信号； (5)以/5为采样频率对GPS接收机T+1时刻的输入信号进行采样，将采样后的信息与本地信息对应相乘,完成载波的剥离,产生基带的复信号 >’(昀;使用抽取因子为M的抽取器对y(m)进行预处理，即每隔M-ι个采样点抽取出一个点组成新的序列，在此序列后面补零，使序列中元素个数为2的整数次幂，然后对新数据点进行FFT运算，将其转换到频域，值为><0 ； (6)将 (Α-)与X、)点对点相乘，得结果L(k); ⑴对L(k)进行IFFT运算，变换到时域为L(H); (8)取的模值为P(R)I，并选取最大的|〖(n)|与所设门限值进行比较，若大于门限值则捕获成功，读取相应的码相Tfs和多普勒频移/;若小于门限值，则逐次减小抽取因子M值为Im,进入下一时刻的搜索捕获，直至捕获成功；
2 (9)捕获成功后得到的码相对应到基码码相，可以通过以下公式转换完成:
2.根据权利要求1所述的一种高速GPS接收机信号捕获方法，其特征在于:多普勒频移的搜索范围为[39000，40500]，单位Hz，搜索步长为500Hz。
3.根据权利要求1所述的一种高速GPS接收机信号捕获方法，其特征在于:所述抽取因子M的取值为
，其中fs为信号采样频率。
4.根据权利要求3所述的一种高速GPS接收机信号捕获方法，其特征在于:在捕获不成功时，抽取因子M逐次减小为上次取值的1/2，通过迭代进行循环抽取，直至捕获成功。
【文档编号】G01S19/29GK104076374SQ201410266654
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】李擎, 王超亮, 苏中, 付国栋, 孙晓溪, 刘宁 申请人:北京信息科技大学