一種GNSS信號偽碼捕獲方法技術

本發明專利技術公開了一種ＧＮＳＳ信號偽碼捕獲方法，主要適用于ＧＮＳＳ接收機中普通測距碼信號的碼捕獲。本方法綜合運用Ｗｉｎｏｇｒａｄ傅立葉變換算法、素數因子算法ＰＦＡ和Ｃｏｏｌｅｙ－Ｔｕｋｅｙ　ＦＦＴ算法去進行離散傅里葉變換ＤＦＴ和逆離散傅里葉變換ＩＤＦＴ運算，從而利用ＤＦＴ和ＩＤＦＴ成組計算來簡化時域相關運算，完成ＧＮＳＳ信號的偽碼相關捕獲。本發明專利技術方法屬于偽碼并行的頻域捕獲方法，捕獲速度快，軟硬件資源消耗又優于傳統的時域捕獲方法；同時，由于結合ＷＦＴＡ、ＰＦＡ和Ｃｏｏｌｅｙ－Ｔｕｋｅｙ　ＦＦＴ算法的特點，能夠對偽碼序列的所有采樣點進行ＤＦＴ和ＩＤＦＴ運算，更好的保留偽碼序列的相關特性，所以其捕獲性能優于典型的基于二次采樣的快速傅里葉變換ＦＦＴ捕獲方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于衛星導航領域，具體涉及一種GNSS信號偽碼捕獲方法。
技術介紹
全球衛星導航定位系統(Global Navigation Satellite System，簡稱GNSS)已經成為全球發展最快的信息產業之一，具有全球性、全天候、連續性和實時性的特點，可以給用戶提供定位、測速和授時等服務。因為GNSS在軍用、民用方面都發揮著至關重要的作用，所以更多的隸屬于GNSS系統的子系統正在被設計、建設和使用。 其中，采用擴頻測距碼的現代衛星導航系統如GPS、北斗二代、Galileo等的導航電文以數據形式對偽隨機碼和載波進行兩次調制，形成無線電波后連續地向地面發射。用戶則通過接收機截獲視界內的衛星信號進而求得導航定位信息，系統的通信基礎是擴頻通信，此即為現代衛星導航系統的簡要工作原理。 GNSS接收機的首要任務是捕獲和跟蹤來自衛星的GNSS信號。GNSS信號捕獲策略的設計與實現是接收機研制的核心內容之一。采用擴頻測距碼的GNSS信號接收功率小，故接收時必須首先對信號進行偽碼相關解擴。同時，由于多普勒頻移的不確定性，因此捕獲時必須在碼相位及頻率上以固定的間隔進行二維搜索。對二者分別搜索的過程又可分為偽碼串行載波串行的搜索策略、偽碼串行載波并行的搜索策略、偽碼并行載波串行的搜索策略、偽碼并行載波并行的搜索策略。相應于各種搜索策略的捕獲時間各不相同，全并行的速度最快，全串行的速度最慢。 傳統的偽碼捕獲方式采用相關器或匹配濾波器在時域來完成相關運算，這兩種方法多用于偽碼的串行搜索；若用其實現偽碼的并行搜索，雖可以加快捕獲速度，但需要多個相關器或匹配濾波器并行運算，將耗費大量的軟硬件資源。基于FFT的偽碼捕獲方法利用圓周相關定理，將接收信號和本地再生偽碼的時域相關計算轉換成頻域的頻譜相乘計算，實現偽碼并行捕獲，大大減少捕獲時間的同時也減少了軟硬件資源。目前公開資料的FFT偽碼捕獲方法，多采用補零法、線形插值、Sinc插值等方式對采樣點進行二次處理，以得到2的整數次冪的采樣點，來方便實現FFT運算。但經過這些方式處理后，弱化了GNSS中偽碼序列的相關性，削弱了相關峰值，不利于GNSS信號的捕獲。
技術實現思路
本專利技術提出了一種GNSS信號捕獲方法。主要適用于GNSS接收機中普通測距碼信號的碼捕獲。本方法綜合運用Winograd傅立葉變換算法(Winograd Fourier transformalgorithm，簡稱WFTA)、素數因子算法(prime factor FFT algorithm，簡稱PFA)和Cooley-Tukey FFT算法去進行離散傅里葉變換(Discrete Fourier Transform，簡稱DFT)和逆離散傅里葉變換(Inverse Discrete Fourier Transform，簡稱IDFT)運算，從而利用DFT和IDFT成組計算來簡化時域相關運算，完成GNSS信號的偽碼相關捕獲。本專利技術方法屬于偽碼并行的頻域捕獲方法，捕獲速度快，軟硬件資源消耗又優于傳統的時域捕獲方法；同時，由于結合WFTA、PFA和Cooley-Tukey FFT算法的特點，能夠對偽碼序列的所有采樣點進行DFT和IDFT運算，更好的保留偽碼序列的相關特性，所以其捕獲性能優于典型的基于二次采樣的快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform，簡稱FFT)捕獲方法。 本專利技術所述的一種GNSS信號偽碼捕獲方法，本方法包括以下步驟 步驟1帶有載波殘差的基帶信號進入第一采樣器，進行采樣處理； 步驟2第一采樣器輸出所有采樣點進入第一DFT變換器，第一DFT變換器完成所有點數的DFT變換； 步驟3第一DFT變換器輸出數值與共軛值輸出電路的輸出數值在乘法器中逐點相乘； 步驟4乘法器運算結果輸入IDFT變換器，IDFT變換器完成所有點數的IDFT變換； 步驟5IDFT變換結果輸入平方變換器，平方變換器進行逐點平方運算； 步驟6各點的平方值輸入判決比較器，判決比較器搜索其中最大值并與捕獲門限進行比較。如果大于門限，則捕獲成功；否則，捕獲失敗，改變搜索頻率，返回步驟1，繼續進行偽碼捕獲。 所述步驟2、步驟4中進行DFT及IDFT變換時通過WFTA，PFA和Cooley-Tukey FFT算法組合運算來實現。 所述步驟3中的共軛值輸出電路產生共軛值時可以包括以下步驟 步驟a本地碼發生器產生偽碼序列； 步驟b第二采樣器對偽碼序列進行采樣處理； 步驟c第二采樣器輸出所有采樣點進入第二DFT變換器，第二DFT變換器完成所有點數的DFT變換； 步驟d第二DFT變換器輸出值在取共軛電路中進行復共軛變換后輸出。 所述步驟3中的共軛值輸出電路輸出的復共軛變換結果也可離線計算完畢后存于本地接收機的存儲器中，并經本地接收機調用輸出到乘法器中。 所述步驟c中的DFT變換也是通過WFTA，PFA和Cooley-Tukey FFT算法組合運算來實現。 本專利技術的優點在于 (1)GNSS信號偽碼捕獲在頻域處理，利用DFT和IDFT成組計算來簡化時域相關運算，大幅度提高了GNSS接收機中多支路相關的計算效率，有利于信號的快速捕獲和重捕，非常適合于微弱信號環境、干擾環境和較高動態環境下的信號捕獲； (2)結合WFTA、PFA和Cooley-Tukey FFT算法的特點，對偽碼序列的所有采樣點進行DFT和IDFT運算，更好的保留偽碼序列的相關特性，提高捕獲性能。 附圖說明 圖1是本專利技術所述的一種GNSS信號偽碼捕獲方法流程示意圖； 圖2為本專利技術所述的一種GNSS信號偽碼捕獲方法中共軛值產生的流程示意圖； 圖3為本專利技術所述的一種偽碼捕獲方法實施實例中5000點DFT結構分解示意圖； 圖4為本專利技術所述的一種偽碼捕獲方法實施實例中5000點DFT計算流程示意圖； 圖5為本專利技術所述的一種偽碼捕獲方法實施實例中C/A碼相位捕獲結果圖； 圖6為本專利技術所述的一種偽碼捕獲方法實施實例中GPS信號二維捕獲結果圖； 圖7為本專利技術所述的一種偽碼捕獲方法實施實例中五種方法進行GPS信號C/A碼捕獲的相關峰比較圖。 具體實施例方式 下面將結合附圖和實施例對本專利技術作進一步的詳細說明。 本專利技術主要適用于GNSS接收機對GNSS普通測距碼信號進行偽碼捕獲。本專利技術方法首先對GNSS接收機處理后的基帶偽碼信號進行采樣，然后針對所有采樣點綜合運用Winograd傅立葉變換算法、素數因子算法和Cooley-Tukey FFT算法去進行DFT和IDFT運算，從而利用DFT和IDFT成組計算來簡化時域相關運算，完成GNSS信號的偽碼相關捕獲。 如圖1所示，本方法包括以下步驟 步驟一帶有載波殘差的基帶信號進入第一采樣器，進行采樣處理； GNSS信號經接收機射頻前端處理后形成數字中頻信號進入捕獲環路，捕獲環路中的搜索頻率與數字中頻信號混頻后得到存在載波殘差及噪聲的偽碼序列，第一采樣器對該偽碼序列進行采樣后得到采樣輸出值s(n)，s(n)為第n個采樣點時輸出值；若偽碼周期為Tc，采樣頻率為fs，則每個偽碼周期內的總采樣點數N為Tcfs。 步驟二第一采樣器輸出所有采樣點進入第一DFT變換器，第本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種ＧＮＳＳ信號偽碼捕獲方法，本方法包括以下步驟：　步驟一：帶有載波殘差的基帶信號進入第一采樣器，進行采樣處理；　其特征在于，　步驟二：第一采樣器輸出所有采樣點進入第一ＤＦＴ變換器，第一ＤＦＴ變換器完成所有點數的ＤＦＴ變換 ；　ＤＦＴ的計算方法綜合運用ＷＦＴＡ、ＰＦＡ、Ｃｏｏｌｅｙ－Ｔｕｋｅｙ　ＦＦＴ算法：　對采樣點序列ｓ（ｎ）的Ｎ點ＤＦＴ定義如下：　Ｓ（ｋ）＝＊ｓ（ｎ）Ｗ↓［Ｎ］↑［ｎｋ］　（１）　這里ｋ∈［０，Ｎ－１］，其中Ｎ為 正整數，Ｗ↓［Ｎ］為含有變量Ｎ的自然指數，Ｗ↓［Ｎ］＝ｅ↑［－ｊ２π／Ｎ］，Ｗ↓［Ｎ］↑［ｎｋ］＝（Ｗ↓［Ｎ］）↑［ｎｋ］＝ｅ↑［－ｊ２πｎｋ／Ｎ］；　一維Ｎ點ＤＦＴ轉換成Ｎ↓［１］×Ｎ↓［２］的二維ＤＦＴ，其中Ｎ↓［１］、Ｎ↓［２］ 均為正整數；　令Ｎ＝Ｎ↓［１］Ｎ↓［２］，Ｃｏｏｌｅｙ－Ｔｕｋｅｙ　ＦＦＴ算法的索引映射為：　ｎ的索引映射：　ｎ＝Ｎ↓［２］ｎ↓［１］＋ｎ↓［２］，＊＊＊　（２）　ｋ的索引映射：　ｋ＝ｋ↓［１］＋Ｎ↓［１］ ｋ↓［２］，＊＊＊　（３）　式（２）中ｎ、ｎ↓［１］、ｎ↓［２］為時域索引，ｎ對應進行Ｎ點ＤＦＴ的時域索引，ｎ↓［１］對應進行Ｎ↓［１］點ＤＦＴ的時域索引，ｎ↓［２］對應進行Ｎ↓［２］點ＤＦＴ的時域索引；　式（３）中ｋ、ｋ↓［ １］、ｋ↓［２］為頻域索引，ｋ對應進行Ｎ點ＤＦＴ的頻域索引，ｋ↓［１］對應進行Ｎ↓［１］點ＤＦＴ的頻域索引，ｋ↓［２］對應進行Ｎ↓［２］點ＤＦＴ的頻域索引；　Ｎ＝Ｎ↓［１］Ｎ↓［２］點ＤＦＴ的Ｃｏｏｌｅｙ－Ｔｕｋｅｙ　ＦＦＴ通過以下 步驟進行：　ａ．根據式（２）計算輸入序列的索引變換；　ｂ．計算Ｎ↓［２］個長度為Ｎ↓［１］點的ＤＦＴ；　ｃ．在第一個變換級的輸出上應用旋轉因子Ｗ↓［Ｎ］↑［ｎ↓［２］ｋ↓［１］］，其中Ｗ↓［Ｎ］↑［ｎ↓［２］ｋ↓［１］］＝ （Ｗ↓［Ｎ］）↑［ｎ↓［２］ｋ↓［１］］；　ｄ．計算Ｎ↓［１］個長度為Ｎ↓［２］點的ＤＦＴ；　ｅ．根據（３）計算輸出序列的索引變換；　若Ｎ分解后的Ｎ↓［１］、Ｎ↓［２］兩因子互質，則應用ＰＦＡ算法進行Ｎ點ＤＦＴ運算；　 　ｎ的索引映射：　ｎ＝（Ｎ↓［２］ｎ↓［１］＋Ｎ↓［１］ｎ↓［２］）ｍｏｄＮ　＊＊＊　（４）　ｋ的索引映射：　ｋ＝（Ｎ↓［２］...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張曉林，李春宇，張強，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]