[发明专利]高动态下基于PMF-FRFT的BOC信号捕获算法

说明书

本发明请求保护一种针对高动态环境下的BOC信号的PMF‑FRFT捕获算法，属于信号处理领域。将接收到的高动态信号先使用离散多项式相位变换进行定阶，如果接收信号含有多普勒二次变化率，先进行降阶，再使用PMF‑FRFT算法；若接收信号只含有多普勒一次变化率，可直接使用PMF‑FRFT算法。由于部分匹配滤波是一个低通滤波的过程，接受信号与组合扩频码相乘以后，经过PMF处理达到降速的目的，对降速以后的数据进行FRFT处理，找到最优阶数，在最优阶数下会出现一个明显的峰值，频谱峰值超过门限说明捕获成功。实验表明，PMF‑FRFT算法能够解决传统方法无法捕获带有多普勒速率BOC信号的问题。本方法研究了高动态环境下的BOC信号，对实际应用中信号的捕获具有重要意义。

技术领域

本发明属于导航通信中BOC信号捕获的相关领域，具体为在高动态环境下基于PMF-FRFT的BOC信号的捕获算法。

背景技术

随着全球导航卫星系统(global navigation satellite systems，GNSS)的快速发展，导航频段变得越来越拥挤，各种导航信号的捕获也变得越来越困难。同时，卫星导航广泛应用于军事和民用领域，是关系到国家发展和领域安全的重要技术。目前，已投入运行的GNSS包括：美国政府管理的全球定位系统(global position system，GPS)，欧盟及欧洲航天局管理的伽利略卫星导航系统(Galileo satellite navigation system，GALILEO)，俄罗斯联邦政府管理的全球卫星导航系统(global navigation satellite system，GLONASS)，我国政府管理的北斗卫星定位通信系统(BeiDou navigation satellitesystem，BDS)，印度政府管理的区域导航定位系统(India regional navigationsatellite system，IRNSS)等。然而，各个导航系统带来方便的同时，造成了频带资源利用率的下降。为了避免频带之间的同频干扰，一种二进制偏移载波调制(Binary OffsetCarrier，BOC)信号被提了出来，对于传统的BPSK信号而言，BOC信号具有功率谱分裂的特点，因此捕获的难度随之增大，所以对于BOC信号捕获的研究很有必要。

针对高动态环境下接收机的接收信号含有较大多普勒频率及其变化率，传统方法无法对多普勒频率变化率下的信号进行捕获的问题。在文献“基于分数阶傅里叶变换的高动态目标检测方法”的基础上，提出了一种将离散多项式相位变换与部分匹配滤波和分数阶傅里叶变换相融合的方法，该方法可以实现接收信号多普勒频移、一次变化率、甚至二次变化率下的捕获。文献“低复杂度高动态低信噪比环境下的GPS信号捕获算法”提出了一种频域分段移位平均周期图算法，该方法对接收信号进行频率斜升和码相位二维并行粗补并对各补偿支路进行分段快速傅里叶变换，然后找到与各参数估计值最接近的补偿支路，根据估计值与实际补偿值之间差值对各数据段的频谱进行旋转移位，并将移位之后的频谱进行非相干累加以得到各估计值对应的相关峰来实现捕获，但是该方法降低了捕获性能。文献“一种高动态、弱信号GPS比特同步方法”，通过将一个导航数据比特周期内的复相干积分值与间隔为整数位导航数据比特长度的相应值进行差分相干累加后再进行非相干累加作为统计量，计算出20个候选位置的值，最大值对应的差分相干累加起始值即为导航数据比特边界位置，从而实现比特同步。以上文献方法仅仅验证了适用于直接序列扩频信号，对于BOC信号的捕获还有待验证

发明内容

本发明所要解决的技术问题，高动态环境下接收机的接收信号含有较大的多普勒频率、一次变化率和二次变化率，而传统的方法又无法捕获。对于多普勒一次变化率情况，可以使用PMF-FRFT来实现捕获，对于多普勒二次变化率情况，提出了离散多项式相位变换。针对以上问题，本文提出了一种基于PMF-FRFT和离散多项式相位变换相融合的BOC信号捕获算法。