基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法

本发明属于卫星导航信号处理，具体涉及一种基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法。

背景技术：

1、卫星导航系统的应用极为广泛，能够为用户提供精确的坐标与时间信息，随着北斗卫星导航系统的发展，针对其接收部分的技术研究将越来越具有价值。捕获是接收过程中最先启动的部分，因而捕获算法是北斗导航接收信号处理中首要解决的问题。

2、卫星捕获算法的本质是接收信号的参数估计过程，是对该卫星的导航信号的多普勒频率和码延时两个参数进行估计和检测。将采样后的中频卫星信号与预设了参数估计值的本地信号进行相关,根据相关运算的结果，找到最大的相关峰峰值，与阈值进行比较判断是否捕获到卫星以及得到对应的多普勒频率和码延时。

3、由于导航信号是由太空中的导航卫星作为实际的辐射源，其距离地面接收站相对较远，则接收导航信号的反射功率较低，所以在实际捕获中，普遍都是采用双通道法，即通过参考通道接收直达波，分析直达波的接收载波，调制码元极性等参量来辅助捕获监视通道中的反射波。在此情况下，若参考通道中接收到的直达波功率也偏弱，则想要捕获直达波就需要更多的测距码周期，而一旦测距码周期增加一个周期，其原始相参累积中遍历调制极性的算法的运算复杂度就要翻倍，运算时间也要相应的翻倍，即若直达波捕获需要k个测距码周期的信号，其遍历算法的复杂度为2k-1。

4、北斗系统中b1i和b3i信号播发的d1导航电文进行了速率为1kbps的nh(纽曼霍夫曼)码的二次编码调制；b1c和b2a信号播发的测距码中存在子码与主码的相互调制，因而不同调制方式上，在每个测距码周期中均可能有不同类型码元的跳变，由于码元的跳变会减小相关峰峰值，从而影响到捕获结果的判断，因此必须消除不同类型的码元跳变的影响，延长积分的时间。

5、现有技术方案：基于nh码元跳变检测的北斗卫星导航信号捕获方法。现有技术方案公开了一种基于nh码元跳变检测的北斗卫星导航信号捕获方法，属于卫星导航接收机基带信号处理方法技术领域。该方案采用nh码元匹配和tong检测器的思想，先对每1ms的中频导航卫星信号中是否存在nh码元跳变两种情况进行圆相关运算，并将并行码相位搜索的方法应用于圆相关运算中，设置预检测积分时间为kms，根据nh码元跳变假设的各种组合对每1ms的圆相关运算结果进行累加，取值最大的组合结果与检测阈值做比较，根据tong检测器和位同步检测模块的处理结果，判断信号捕获结果以及导航信息位的起始位置。

6、现有技术是在20ms以内，即一个nh码周期长度的相参累积捕获，针对相参累积时间较长的情况下复杂度和运行时间大大增加；并且现有技术在nh码的相关信号，即b1i和b3i情况下进行处理，显然针对多种调制不能实现。此外，在实际过程中电文极性影响较大，使得现有技术的方案捕获精度受到影响。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供了一种基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法包括：

3、s100，接收中频导航卫星信号；

4、s200，根据当前循环次下本地信号的载波频率生成一个测距码周期长度的本地复载波信号；在每个测距码周期内利用所述本地复载波信号对所述中频导航卫星信号进行下变频处理得到基带信号，并按照所述基带信号的测距码调制情况，将所述基带信号融合为复基带信号；

5、s300，针对所述导航卫星信号存在调制码元跳变和没有调制码元跳变两种情况，分别生成相应的本地重采样测距码信号；将所述复基带信号分别与两种情况下的本地重采样测距码做匹配滤波运算，并将运算结果进行低通滤波处理，得到两种情况下在每个测距码周期的匹配滤波运算结果；

6、s400，遍历电文码元生成本地电文以及对nh码循环移位生成本地nh码序列，对所述本地电文和所述本地nh码序列调制生成调制码，并利用所述调制码对所述匹配滤波运算结果作相参累积运算，以查找峰值最大的相参累积运算结果；

7、s500，调整所述本地信号的载波频率，并将调整后的载波频率作为当前循环次的载波频率，并重复s200至s400直至达到载波频率遍历次数；

8、s600，将每个载波频率的相参累积运算结果的峰峰比与门限阈值作对比，如果大于则确认对应的载波频率为所述中频导航卫星信号的真实载波频率。

9、第二方面，本发明提供了一种基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化设备包括：

10、接收装置，用于接收中频导航卫星信号；

11、融合装置，用于根据当前循环次下本地信号的载波频率生成一个测距码周期长度的本地复载波信号；在每个测距码周期内利用所述本地复载波信号对所述中频导航卫星信号进行下变频处理得到基带信号，并按照所述基带信号的测距码调制情况，将所述基带信号融合为复基带信号；

12、运算装置，用于针对所述导航卫星信号存在调制码元跳变和没有调制码元跳变两种情况，分别生成相应的本地重采样测距码信号；将所述复基带信号分别与两种情况下的本地重采样测距码做匹配滤波运算，并将运算结果进行低通滤波处理，得到两种情况下在每个测距码周期的匹配滤波运算结果；

13、查找装置，用于遍历电文码元生成本地电文以及对nh码循环移位生成本地nh码序列，对所述本地电文和所述本地nh码序列调制生成调制码，并利用所述调制码对所述匹配滤波运算结果作相参累积运算，以查找峰值最大的相参累积运算结果；

14、循环装置，用于调整所述本地信号的载波频率，并将调整后的载波频率作为当前当前循环次的载波频率，并执行融合装置、运算装置和查找装置的具体过程直至达到载波频率遍历次数；

15、确认装置，用于将每个载波频率的相参累积运算结果的峰峰比与门限阈值作对比，如果大于则确认对应的载波频率为所述中频导航卫星信号的真实载波频率。

16、有益效果：

17、本发明提供了一种基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法，目的是在不影响捕获精度的前提下大幅度的降低多调制类型下多周期捕获算法中极性补偿算法的运算复杂度以及运算时间。本发明通过拓宽相参累积时间以及引入了对于电文信息的快速极性补偿技术，利用所述调制码对所述匹配滤波运算结果作相参累积运算，以查找峰值最大的相参累积运算结果，并且将快速极性补偿方法扩展到其他北斗卫星信号上，将每个载波频率的相参累积运算结果的峰峰比与门限阈值作对比，如果大于则确认对应的载波频率为所述中频导航卫星信号的真实载波频率。本发明扩展了算法的适用领域，提高了多周期相参累积的累积效率。

18、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法，其特征在于，在s100之前，所述基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法还包括：

3.根据权利要求2所述的基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法，其特征在于，s200包括：

4.根据权利要求2所述的基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法，其特征在于，s300包括：

5.根据权利要求2所述的基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法，其特征在于，s400包括：

6.根据权利要求5所述的基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法，其特征在于，s410包括：

7.根据权利要求5所述的基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法，其特征在于，s420包括：

8.根据权利要求2所述的基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法，其特征在于，s600包括：

9.根据权利要求8所述的基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法，其特征在于，在s630之后，所述基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法还包括：

10.一种基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化设备，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供了一种基于调制码极性补偿的北斗卫星导航信号捕获算法的优化方法，目的是在不影响捕获精度的前提下大幅度的降低多调制类型下多周期捕获算法中极性补偿算法的运算复杂度以及运算时间。本发明通过拓宽相参累积时间以及引入了对于电文信息的快速极性补偿技术，利用所述调制码对所述匹配滤波运算结果作相参累积运算，以查找峰值最大的相参累积运算结果，并且将快速极性补偿方法扩展到其他北斗卫星信号上，将每个载波频率的相参累积运算结果的峰峰比与门限阈值作对比，如果大于则确认对应的载波频率为所述中频导航卫星信号的真实载波频率。本发明扩展了算法的适用领域，提高了多周期相参累积的累积效率。

技术研发人员：王雪,马晖,孙浩然,刘宏伟
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11