[发明专利]一种兼容GPS和北斗2导航系统的卫星信号捕获方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域的基带信号处理方法，具体涉及一种能够兼容GPS和北斗2卫星导航系统的卫星信号捕获方法。

背景技术

随着我国第二代北斗卫星导航系统(简称“北斗2”)的建设和发展，研制GPS/北斗2双制式的导航信号接收装置日益成为近年来卫星导航领域的研究热点。而这种导航信号接收装置的关键之一，就在于设计出一种能够兼容GPS和北斗2导航系统的卫星信号捕获方法。

从已公开的文献看，现有的GPS/北斗2兼容接收设备有两种，如附图1和附图2所示。观察附图1和附图2可以发现，尽管二者在捕获跟踪以后的处理流程有所不同，但两者的捕获跟踪模块的设计思路是完全相同的，即是：两者都将北斗2捕获跟踪模块和GPS捕获跟踪模块从物理上分开，各自独立工作。北斗2捕获跟踪模块按北斗2卫星信号的特性进行设计，只能用于北斗2卫星的捕获和跟踪；GPS捕获跟踪模块则按GPS卫星信号特性进行设计，只能用于GPS卫星的捕获和跟踪。

可以看出，这种将北斗2捕获跟踪模块和GPS捕获跟踪模块分开的组合导航方案，其优点是设计较为简单，只需按各自系统的特点进行设计即可。但是，由于其中的各个通道已经固定设计为只能处理GPS信号和北斗2信号中的一种，因此，无法做到一个通道上，通过控制信号动态的控制该通道捕获GPS或者北斗2信号，这就使得该捕获方法灵活性不高、浪费资源。以一台由4个GPS捕获通道和4个北斗2捕获通道组成的接收设备为例，如果空中没有北斗2卫星，其对应的4个北斗2通道就浪费了，系统最多只能捕获到4颗GPS卫星，一旦有GPS卫星发生故障或其几何分布不佳，都难以完成定位导航。

具体就捕获方法而言，现有技术的北斗2通道和GPS通道分别按照其对应的卫星导航信号格式设计捕获方法。由于两个系统的导航定位基本原理相同，所以其捕获方法是类似的，如附图3所示，其处理流程依次包括如下步骤：

1.设置捕获参数，具体包括：捕获门限Tresh、帧长len、采样率f_s、多普勒频率变化范围[-aKHz，+aKHz]、码相位捕获精度、频率捕获精度Δf、累加字宽度W、载波估计值f_c、GPS的C/A码周期N_G和码率f_G-code、北斗2的C码周期N_C和码率f_{C_code}；

2.对输入信号做快速傅立叶变换(FFT)：取一帧输入信号x_s＝[x_s(0)，x_s(1)，...，x_s(n)，...，x_s(N-1)]^T，其中，下标s用于区分是GPS还是北斗2的卫星导航信号，上标T表示转置运算(下同)，常数N＝帧长len×采样频率f_s，对x_s进行快速傅立叶变换(FFT)，得到对应的频域信号X_s＝[X_s(0)，X_s(1)，...，X_s(k)，...，X_s(K-1)]^T，其中，K＝N；

3.产生本地载波信号：先在步骤1设定的多普勒频率范围内，等间距取一系列频点f₁，f₂，...，f_m，...，f_M，其中，频点数M由帧长和多普勒频率范围共同决定，M＝[10+a]×len+1，f₁＝f_c-aKHz，f₂＝f_c-(a-1)KHz，...，f_M＝f_c+aKHz，本地载波信号b_m(n)＝exp(j2πf_mn/fs)，m＝1，2，...，M；

4.产生码序列c_s(n)：按照GPS的C/A码生成的技术规范，或者北斗2的C码生成的技术规范，产生本地码序列c_s(n)；

5.产生本地射频信号：将上述步骤3和步骤4得到的信号中的每个元素逐点对应相乘，得到本地射频信号：l_ms(n)＝c_s(n)×b_m(n)，m＝1，2，...，M，并对l_ms(n)做快速傅立叶变换(FFT)，得到输出信号L_sm；