[发明专利]基于重叠1/5比特差分循环相干积分的弱信号捕获方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种信号处理方法，具体地说是信号捕获方法。

背景技术

20世纪70年代，美国国防部联合陆海空三军开始研制全球卫星定位系统，简称GPS。GPS能够在全球范围内为用户提供精确的位置、速度、时间等信息，并且已经得到了广泛的应用。GPS系统是发展最早，也是目前发展最为成熟的导航定位系统。由于GPS的优越性，使其受到了人们的普遍关注，它的应用范围非常广泛，包括可以为地球表面、近地表以及地球外太空任意地点的用户提供导航服务，但还是存在着局限性：比如在室内、森林、城市等复杂环境中，信号将会被衰减至很弱的情况下，GPS就不能很好的进行工作。如果使GPS接收机能够在信号较微弱的条件下进行定位工作，那么，就需要对GPS接收机最先启动的工作部分，即捕获功能模块的性能指标提出更高的要求，需要其有很好的对弱信号的捕获特性，即能够捕获到功率足够低的信号。当前GPS接收机所采用的捕获技术已经是难以满足用户的需求。如果不能成功的捕获到GPS信号，那么接收机后续的跟踪和解算等功能环节的进行就无从谈起，所以，为保证接收机的灵敏度，对微弱信号的捕获算法就成为了GPS接收机信号处理的关键部分。

GPS信号的捕获过程一般是通过对卫星信号的载波频率和码相位这两个参量值进行扫描式二维搜索来完成的。具体的过程就是在输入信号的多普勒频率和C/A码码相位的二维平面上寻找最大相关峰峰值，从而寻找到输入信号的多普勒频率和C/A码码相位所在位置，为后续信号的跟踪提供初始信息。目前典型的捕获方法有串行捕获算法和基于快速傅里叶变换(FFT)的循环相关算法。串行捕获算法的优点是结构比较简单且易于实现，但它需要对多组的码相位和多普勒频率的组合进行运算，运算量较大，处理速度缓慢。另一种比较典型的信号捕获方法是基于快速傅里叶变换的循环相关算法，该方法易于实现且效率高，通过按照多普勒频率范围内的每一种多普勒频移，对所有不确定的码时延进行快速傅里叶变换，计算相干积分值。这样二维搜索空间被简化成一维搜索空间，即只剩下对多普勒频移这一维的搜索，从而减少了计算量，节省了捕获所花费的时间，提高了捕获速度。但是该方法也是有缺陷的，那就是捕获的精度与接收数据所选取的长度密切相关，选取的数据长度越长，精度越高，但是随着数据长度的不断增长，处理过程的运算量和导航数据比特翻转的概率都会随之增大。

通常对于GPS弱信号的捕获处理，为了能够获得一个较高的载噪比，传统的解决方法是对接收数据进行较长时间的相干积分或者是进行多次的非相干积分累加。这两种方法都是存在着一定的缺陷的：对于相干积分来说，由于数据比特存在着跳变的限制，相干积分的长度一般是不能超过一个数据位即20ms，否则就有可能因为数据位的跳变，使得相干积分值变小甚至是出现抵消现象，所以并不能够无限制的增加相干积分的时间；由于非相干积分法虽然可以利用平方运算克服数据位跳变的影响，但是却也不可避免的引起了平方损耗，使信噪比的增益受到削弱，所以也不能无限制的进行非相干积分。但对于弱信号的捕获已经成为GPS接收机的关键技术，因此，GPS弱信号捕获成为当前的研究热点。

发明内容

本发明的目的在于提供能够较好的捕获到弱信号、并能够提高捕获速度的基于重叠1/5比特差分循环相干积分的弱信号捕获方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明基于重叠1/5比特差分循环相干积分的弱信号捕获方法，其特征是：

(1)取一段20Mms+8ms长度的中频信号数据，M＝1，2，3…，将该数据进行载波剥离处理，使其与本地复现的载波复正弦信号进行混频，设定多普勒频移范围(ω_Dmin,ω_Dmax)以及搜索频率步进Δω_D，同时设定检测阈值γ；

(2)对去除载波之后的数据以L＝8ms的长度进行数据分块处理，第一个数据块与第二个数据块之间有4ms的数据重叠，即有1/5比特数据重叠，第二个数据块与第三个数据块之间也有4ms的数据重叠，同样是1/5比特数据重叠，以此类推，该段数据共分为5M+1块的数据块，将每一个数据块进行自身叠加处理，并进行FFT变换；

(3)将本地产生的C/A码进行FFT变换并取共轭，然后与步骤(2)的结果相乘并进行IFFT处理；