[发明专利]基于重叠多块补零算法的弱信号捕获方法

说明书

本发明公开了一种基于重叠多块补零算法的弱信号捕获方法，主要解决现有双块补零方法中相干积累长度和分块数固定不变的缺陷。其实现方案是：在接收端，将接收到的射频信号依次进行滤波、下变频和数字采样，得到原始基带复信号；将发送端采用的导航数据经过扩频调制和成形偏移正交相移键控调制，得到原始本地信号；引入相干积累扩展数据和步进因子，对原始基带复信号和本地信号进行分块组合，得到新的基带复信号数据块和新的本地信号数据块；对新的基带复信号数据块和新的本地信号数据块进行圆周相关，得到相关值数据；根据相关值数据中出现的峰值，判定捕获是否成功。本发明能在小频偏下获得更好的捕获性能，可用于数据传输、卫星定位导航。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种对弱信号的捕获方法，可用于数据传输、卫星定位导航和测距。

背景技术

随着卫星导航技术的不断发展，全球导航定位系统GNSS的应用越来越广泛，美国、俄罗斯、中国、欧盟等都制定了加快发展全球卫星导航技术的政策与计划。无盲区、高灵敏度的定位与导航成为目前最新的技术发展方向，这就要求实现高动态环境下对弱信号的快速捕获。

传统弱信号捕获算法中，串行捕获算法通过不断地调整本地载波频率和本地码相位来实现信号捕获，是一个二维搜索过程；并行频率搜索算法利用一次FFT变换实现频率搜索，对码相位进行一维搜索；并行码相位搜索将时域相关运算变换为频域的乘积运算，通过IFFT变换一次求出各个码相位的相关值，对频率进行一维搜索。这种传统捕获算法存在计算量大、耗时长和硬件资源消耗大的问题。

针对这一问题，Lin.D.M.在“Comparison of Acquisition Methods forSoftware GPS Receiver”(Proceedings of the Institute of Navigation’s ION GPS,2000:2385～2390)中讨论了GPS软件接收机捕获微弱信号的问题，采用了20ms的相干积分时间，提出了双块补零算法DBZP，其核心思想是将长的相关积分操作分割为多个短的相干积分操作，然后采用傅里叶变换进行圆周相关，能够一次计算出所有多普勒频移的相干累积，运算量大大减小。在此基础上，Ziedan N.I.考虑了导航数据位跳变的影响，在“UnaidedAcquisition of Weak GPS Signals Using Circular Correlation or Double BlockZero Padding”(Position Location and Navigation Symposium(PLANS),2004:461～470)中提出了修正DBZP算法MDBZP，引入多普勒补偿和频移减少技术，解决了DBZP总积分时间受限制的问题。Heckler G.W.和Garrison J.L.在“Implementation and Testing of anUnaided Method for the Acquisition of Weak GPS C/A Code Signals”(Navigation,2009,56(4):241～259)中提出快速MDBZP算法FMDBZP，该算法去除了冗余的FFT计算，减小了计算量，提高了算法效率。张文在FMDBZP的基础上提出减小计算量和节省计算空间的改进算法IFMDBZP，该算法重点讨论了导航数据位组合、码相位和多普勒频移的筛选机制。2016年，孟骞等人提出一种改进双块补零北斗导航接收机弱信号捕获方法，该算法对参与块内相关运算的基带信号和本地测距码分别进行重构，解决了块内点数与快速傅里叶变换输入点数之间的矛盾，提高了北斗导航接收机弱信号捕获性能。

上述这些基于DBZP的算法主要考虑的是导航数据比特跳变引起检测性能下降的问题，集中对DBZP完成块内循环相关和移块操作后得到的相关值矩阵的频域变换和检测判决部分进行优化和简化。然而在DBZP中，分块长度和分块数由频率分辨率和多普勒频偏搜索范围确定且固定不变，为保证较大的多普勒频偏搜索范围，采用的分块长度较短，但是当频偏较小时，短的分块长度会导致检测性能下降和运算量增加。

发明内容