在残余频偏下基于加窗PMF‑FFT的BOC信号捕获算法的制作方法
本发明属于导航通信中boc信号捕获的相关领域，具体为在残余频偏下基于长码调制的boc信号的捕获算法。
背景技术：
随着全球导航卫星系统(globalnavigationsatellitesystems，gnss)的迅猛发展，导航频段变得越来越拥挤，各种导航信号的捕获变得越来越困难。同时，卫星导航广泛应用于军事和民用领域，是关系到国家发展和领域安全的重要技术。目前，已投入运行的gnss包括：美国政府管理的全球定位系统(globalpositionsystem，gps)，欧盟及欧洲航天局管理的伽利略卫星导航系统(galileosatellitenavigationsystem，galileo)，俄罗斯联邦政府管理的全球卫星导航系统(globalnavigationsatellitesystem，glonass)，我国政府管理的北斗卫星定位通信系统(beidounavigationsatellitesystem，bds)，印度政府管理的区域导航定位系统(indiaregionalnavigationsatellitesystem，irnss)，及日本政府管理的准天顶卫星系统(quasi-zenithsatellitesystem，qzss)等。然而，各个导航系统带来方便的同时，造成了频带资源利用率的下降。为了避免频带之间的同频干扰，二进制偏移载波调制(binaryoffsetcarrier，boc)被用来解决上述问题，由于boc信号相对于传统的bpsk信号具有功率谱分裂的特点，捕获的难度也随之增大，所以对于boc信号捕获的研究很有必要。
目前对于残余频偏下长码调制的boc信号的捕获研究较少，为了提高捕获过程中的精度，需要采用一些方法消除频偏以及副峰带来的干扰。文献“基于pmf-fft的高动态多进制扩频信号的捕获算法”对于多进制扩频信号的捕获问题，提出了一种将功率谱平均与部分匹配滤波相融合的方法，该方法不仅可以捕获到伪码，而且可以近似捕获到多普勒频偏的大致范围。但是该方法仅仅验证了适用于多进制扩频信号，对于boc信号还有待验证。文献“基于xfast自适应的直接捕获算法”提出了一种新颖的xfast算法，将本地伪码利用非相关累加的性质进行组合，这样可以增大伪码捕获的范围，但是该方法中频偏补偿精度较低。文献“boc调制系统性能分析及码同步技术的研究”，通过接收机产生两路相互正交的本地复现boc信号和qboc信号分别与输入信号进行相关运算，通过相关运算可以得到和bpsk信号的自相关函数相似的合成相关函数来消除副峰，但是该算法失去了boc信号主峰宽度窄的优点并且捕获时间较长。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题，针对残余频偏下长码调制的boc信号由于多峰性导致的捕获模糊性问题，由于fft频谱峰值的衰减随着多普勒频率的增大而增大，对信号的捕获会产生比较大的干扰，针对以上问题，本文提出了一种加窗的pmf-fft的伪码捕获算法，这样可以减少频谱泄露提高捕获的精度。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：在残余频偏下基于加窗pmf-fft的boc信号捕获算法，其步骤在于，将接收到的带有残余频偏的boc信号经过射频端处理以后得到待用信号，然后将接收信号与本地伪码保持相对滑动的状态，由于部分匹配滤波是一个低通滤波的过程，接受信号与本地伪码相乘以后，经过pmf处理达到降速的目的，即将得到的新的序列m个数据中每l个数据累加到一起，此时为了防止频谱泄露将长度为l的数据进行加窗处理，然后将m个数据变为现在的p个数据(p＝m/l)，对降速以后的p点进行fft处理，频谱峰值超过门限说明捕获成功，如果没有超过门限，调整本地伪码继续上述操作。
将pmf-fft的算法应用到长码调制的boc信号中可以很好的捕获效果，boc信号的调制是在bpsk调制的基础上增加了副载波的调制，使得信号的功率谱出现裂谱的特性，而且带有残余频偏的boc信号的功率谱在原boc信号功率谱的基础上功率谱向两边偏移，此时采用加窗的pmf-fft捕获算法能够有效较少fft频谱峰值的衰减，在较少运算量的前提下能够起到快速捕获的目的。
本发明将加窗的pmf-fft算法应用到长码调制的boc信号的捕获过程中，推导了带有残余频偏的boc信号的功率谱，以及该方法实现的具体步骤，验证了pmf-fft能够快速捕获的有效性，克服了由于boc信号的多峰性以及带有残余频偏的boc信号带来捕获难的问题，从而提高了信号捕获的灵活性。综上所述，本发明在实际的信号捕获应用中具有重大意义。
附图说明
图1本发明的加窗pmf-fft的捕获原理框图；
图2本发明的bpsk和boc(2,1)的功率谱图；
图3本发明的加窗pmf-fft对检测概率的影响；
图4本发明的汉明窗pmf-fft的点数对检测概率的影响；
图5本发明的累加次数对检测概率的影响；
图6本发明的累加次数对捕获时间的影响；
具体实施方式
以下结合附图和具体实例，对本发明的实施作进一步的描述。
步骤一：图1所示为本发明残余频偏下boc信号的捕获算法实现的具体框图，具体步骤：将接收到的带有残余频偏的boc信号经过射频端处理以后得到待用信号，然后将接收信号与本地伪码保持相对滑动的状态，由于部分匹配滤波是一个低通滤波的过程，接受信号与本地伪码相乘以后，经过pmf处理达到降速的目的，即将得到的新的序列m个数据中每l个数据累加到一起，此时为了防止频谱泄露将长度为l的数据进行加窗处理，然后将m个数据变为现在的p个数据(p＝m/l)，对降速以后的p点进行fft处理，频谱峰值超过门限说明捕获成功，如果没有超过门限，调整本地伪码继续上述操作，从而避免了由于boc信号多峰特性造成的捕获难的问题，实现对带有残余频偏的boc信号的捕获。
步骤二：图2所示为bpsk和boc信号的功率谱，从图2可以看出boc信号的功率谱在bpsk功率谱的基础上出现了裂谱的特性，带有残余频偏的boc信号在boc信号的基础上往左右偏移。
boc调制直扩信号的数学表达式为：
s(t)＝sboc(t)·cos(2πf0t)(1)
式中：f0为载波频率，sboc(t)为基带boc直扩信号，具体表达式如下：
式中：di为信息码，cl为伪随机序列，这里采用m序列的形式。cs(t)是周期为2ts的方波副载波，tc为伪码码元宽度，nc表示一个伪码周期内包含码片的个数，bk为经信息码调制的伪码序列，其取值为±1，
此时的信号可以表示为：
式中，
此时带有残余频偏的基带boc直扩信号的自相关可表示为：
其中：
则：
式中，rb(i)为经信息码调制的伪码序列{bk}的自相关函数。对式(6)做傅立叶变换可得带有残余频偏的基带boc直扩信号的功率谱密度：
式中，|q(f)|2表示脉冲q(t)的能量谱密度，gb(f)为经信息码调制的伪码序列{bk}的功率谱密度，
本文采用的m序列的周期为nctc,其中码片宽度为tc，由此可得该序列的自相关函数为：
对式(8)作傅里叶变换就得到m序列的功率谱密度：
同理，假设信息码的±1是等概出现的，可以得到其自相关函数为：
功率谱密度为：
gd(f)＝nctcsa2(πfnctc)(11)
序列{bk}由信息序列和伪随机序列相乘得到，由傅立叶变换的卷积性质得到其功率谱密度为：
利用
将式(13)代入式(7)中，以boc(10,5)为例，可得带有残余频偏的基带boc直扩信号的功率谱密度：
步骤三：从信号分析处理的方面可以将pmf过程通过两步来完成，首先，m个数据x(n)和长度为l，函数值为1的矩形窗w(n)进行卷积，可以表示为：
然后以抽取率l对r(m)抽取，对数据进行降速处理，处理后的信号表示为：
pmf过程抑制了高频成分，对数据抽取以后减少了运算量，节省了fft的运算时间。
图3所示的是加凯泽窗，汉明窗和汉宁窗以后的函数对检测概率的影响，利用仿真实验对本发明算法的有效性，实验参数设置为：对于fft设置的点数为64，累加次数为5，从仿真结果可以看出，累加次数一定的情况下，随着fft点数的增加，检测概率随之增加。当累加次数和fft点数一定的情况下，加上窗以后，减少了频谱泄露，检测概率也有所提高且加上汉明窗后的效果要优于凯泽窗和汉宁窗。
图4所示的是加汉明窗以后的函数对检测概率的影响，利用仿真实验对本发明算法的有效性，实验参数设置为：对于fft设置的点数为64，128，累加次数为5，加上汉明窗和未加汉明窗的对比图，从仿真结果可以看出，累加次数一定的情况下，随着fft点数的增加，检测概率随之增加。当累加次数和fft点数一定的情况下，加上汉宁窗以后，减少了频谱泄露，检测概率也有所提高。
步骤四：图5所示的是累加次数对检测概率的影响，fft的点数设置为64，累加次数分别为10，30，50，100的时候，检测概率相对于累加次数为10，分别提高了3db，4db，6db，随着累加次数的增加，检测概率随之增加，但是累加次数换来的检测概率的提高，是以累加次数为代价的。
步骤五：图6所示的是累加次数对平均捕获时间的影响，输出最大值超过门限的时候，则进行校验跟踪过程。误警情况下，校验环节过程中将增加捕获的时间，则增加的捕获时间值为u·τd，u代表惩罚因子，pd表示信号的检测概率，τd代表搜索一个单元所需的检测时间，平均捕获时间可以表示为：
归一化得到：
当惩罚因子为40的情况下，fft的点数为40，随着累加次数的增加，捕获概率随之增加。
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