高动态弱信号下基于dcft的块补零码捕获方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及导航信号捕获技术领域，具体涉及高动态GPS信号的捕获参数预测方 法。
【背景技术】
[0002] 全球定位系统（Global Pos i tioning System，GPS)信号是经过直接序列扩频调 制的扩频信号。在室内、密集城区等弱信号环境中，遮挡、多径和干扰等现象较为严重，GPS 信号功率由于受到各种穿透损耗会严重衰减，所以需要长时间积累得到高的检测峰值，才 能提高信号的检测概率。但是在高动态下弱信号捕获会面临两个问题：第一，高动态下多普 勒频移会对积累峰值产生影响；第二，比特符号翻转会对积累峰值产生影响。
[0003] 为了能在高动态下捕获L1弱信号，Chun提出了 BASIC(Block Accunulating Semi-coherent Integration of Correlation)方法，计算后相关信号的共轭块信号，即差 分后相关信号，然后将所得信号进行快速傅里叶变换（FFT)，进而对高动态参数（初始频 率，调频斜率，比特符号）进行估计，此方法是一个开环捕获，非常适合软件接收。但是此方 法没有考虑高动态下对本地码相位的补偿，且此方法利用后相关得到的共轭信号较原信号 信噪比降低，不利用进一步提高积累峰值。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，为了在高动态下更好地捕获GPS弱信号，本发明旨在提供 一种基于离散调频傅里叶变换（discrete chirp Fourier transform，DCFT)块补零（Block Zero-padding Approach based on DCFT，BZA_DCFT)捕获方法，从而在较 BASIC 更低的信 噪比下捕获信号，得到信号的高动态参数。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 高动态弱信号下基于DCFT的块补零码捕获方法，包含如下步骤：
[0007] 步骤1，对接收到的后相关信号按不同比特翻转位置b进行分块处理，分块后每个 数据块表示为r/，其中，k = 1，. . .，K，K表示要求的数据比特有K比特；所述后相关信号表 示如下：
[0009] 其中，/ = ^ , A为信号幅度，n为采样点数，bn= ±1为比特符号，f #初始频 率，a为调频斜率，巾〇为初始相位，^%为后相关彳目号的噪声，TS为米样间隔，s n为后相关有 用信号；
[0010] 步骤2,记不同初始频率和调制斜率的求和矩阵为$(??,/),不同初始频率和调制 斜率的数据比特矩阵为劣(m,/)，其中 m和1表示矩阵匁(m，/)和劣㈥,/)的行数和列数；令k =0,并初始化为全零矩阵，《(W,/)为空矩阵，按照k = 1，...，K进行循环迭代，计 算得到数据块<的求和矩阵和数据比特矩阵，单次迭代的过程具体如下：
[0011] 2. 1)对数据块7/按照其在后相关信号的位置进行补零，得到补零后的数据块hk;
[0012] 2. 2)对补零后的数据块hk进行离散调频傅里叶变换DCFT :
[0013] 2. 3)求出第k位比特数据：
[0014]2. 4)更新求和矩阵、数据比特矩阵劣(m,/);
[0015] 步骤3,对步骤S2中最终得到的求和矩阵乂 (/〃，/)进行最大值检测，得出 最大值所对应的位置和比特翻转位置\"，继而得出对应的数据比特符号
;通过对应位置(》^，七)求出信号的初始频率心和调频斜率a。
[0016] 需要说明的是，步骤1中，对接收到的后相关信号按不同比特翻转位置b进行分块 处理，具体是以每20ms数据为一块，则数据块表示如下：
[0018] 其中，i为中间变量。
[0019] 进一步需要说明的是，以每20ms数据为一块进行数据分块时，进行补零后的数据 块h k为：
[0020] hk - [020fi-l)Yk020(K-k) ]〇
[0021] 需要说明的是，步骤2. 2)中，具体按照下式进行离散调频傅里叶变换DCFT :
[0023] N为hk向量的长度，hk(d)代表向量hk的第d个元素，m和1表示//((/?./)的行数 和列数。
[0024] 需要说明的是，步骤2.3)中，第k位比特数据的计算如下：
[0026] 其中，巧(/?，0为步骤2. 2)中离散调频傅里叶变换DCFT的结果，砍々》，/)为前一 次迭代所得到的求和矩阵。
[0027] 需要说明的是，步骤2. 4)中，求和矩阵$(w，/)以及数据比特矩阵巧(;》，/)分别按照 下式进行更新：
[0030]其中为步骤2. 3)中计算得出的第k位比特数据，为步骤2. 2)中 离散调频傅里叶变换DCFT的结果；Sjm，/)和把j/n，/)为前一次迭代所得到的求和矩阵和 数据比特矩阵。
[0031] 需要说明的是，以每20ms数据为一块进行数据分块时，步骤3中最大值的检测以 及信号的初始频率和调频斜率《的求得按照下式进行：
[0036] 其中，N为hk向量的长度，Ts为采样间隔。
[0037] 本发明的有益效果在于：与BASIC相比，采用了DCFT可以在更低信噪比下预测出 中包括初始频率、调频斜率、比特符号在内的信号动态参数。另一方面，本发明还提供了一 种通过块补零的方式在低信噪比下计算数据比特符号的捕获方法。
【附图说明】
[0038] 图1为本发明的实施流程框图；
[0039] 图2为本发明的整体实施示意图；
[0040] 图3为本发明与BASIC方法在不同信噪比下积累峰值对比图，其中，图3(a)和图 3 (b)分别为在-40dB和-20dB时经过BZA_DCFT方法处理后的积累幅度图，图3 (c)和图 3 (d)为在-40dB时分别利用BZA_DCFT方法和BASIC方法处理后得出的积累幅度随着调频 斜率变化图，而图3 (e)和图3 (f)为在-20dB时分别利用BZA_DCFT方法和BASIC方法处理 后得出的积累幅度随着调频斜率变化图；
[0041] 图4为本发明与BASIC方法在不同信噪比下对调频斜率的检测概率示意图。
【具体实施方式】
[0042] 以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方 案为前提，给出详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施 例。
[0043] 如图1、图2所示，高动态弱信号下基于DCFT的块补零码捕获方法包括步骤如下：
[0044] 步骤1，对接收到的后相关信号按不同比特翻转位置b进行分块处理，分块后每个 数据块表示为C，其中，k = 1，. . .，K，K表示要求的数据比特有K比特；所述后相关信号表 示如下：
[0046] 其中，./ = ，A为信号幅度，n为采样点数，bn= ± 1为比特符号，f ^为初始频 率，a为调频斜率，巾〇为初始相位，^%为后相关彳目号的噪声，TS为米样间隔，s n为后相关有 用信号；
[0047] 分块处理具体以每20ms数据为一块，则分块后每个数据块表示如下：
[0049] 其中，i为中间变量，用于赋值。
[0050] 步骤2,记不同初始频率和调制斜率的求和矩阵为#〇,/)，不同初始频率和调制 斜率的数据比特矩阵为劣(m，/)，其中m和1表示矩阵劣(w，/)和劣(m，/)的行数和列数；令 k = 0,并初始化<(w，/)为全零矩阵，劣㈥，/)为空矩阵，按照k = 1，. . .，K进行循环迭代，计 算得到数据块C的求和矩阵和数据比特矩阵，单次迭代的过程具体如下：
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