[发明专利]GPS弱信号的快速捕获实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及捕获GPS(全球定位系统)弱信号的领域，特别涉及一种通过估计相位跳变、增加相干积分的长度、提高系统信噪比(SNR)的GPS弱信号的快速捕获实现方法。

背景技术

全球卫星定位系统能够为用户提供精确的位置、速度、时间等信息，目前已经得到广泛的应用。然而，在室内、森林、城市等复杂环境下，GPS信号受到严重的衰减，GPS信号功率也远远低于一般GPS接收机的工作范围，在这些环境下，一般的GPS接收机不能捕获和跟踪到导航卫星信号，这使GPS的应用领域受到很大的限制。FCC(美国通讯委员会)颁布的行政性命令Enhanced 911(E911)，它要求在任何时间、任何地点都能通过手机信号追踪到用户。由于紧急情况很可能发生在室内，这就要求接收机对GPS弱信号有较高的捕获灵敏度。

通常有两种方法来提高信噪比：相干积分和非相干积分。

由于接收到的数据中可能出现因导航数据的变化引起码相位的跳变，因此，在接收弱信号时，会导致参加相干积分的数据长度受到限制。

非相干积分虽然不会受到相位跳变的影响，但这种积分方式会带来积分损失。

相干积分的增益G_c(n)可以表示为：

                 G_c(n)＝10log(n)                  (1)

非相干积分的增益G_i(n)可以用下式表示：

          G_i(n)＝G_c(n)-L(n)＝10log(n)-L(n)          (2)

其中，上式中积分损失值L(n)可以用下式表示：

上面三个公式中的参数n都是表示参加积分的数据的毫秒数。其中，D_c是理想检测因数，用D_c＝[erf^-1(1-2P_fa)-erf^-1(1-2P_d)]²来表示，它是检测概率P_d和误警率P_fa的函数。例如在给定检测概率P_d＝O.9和误警率P_fa＝10^-7的情况下，根据给定积分的毫秒数n，可分别得到非相干积分的增益、相干积分的增益和非相干积分损失值。例如n＝2，非相干积分的增益约为2.7dB，相干积分的增益为3dB，非相干积分损失了0.3dB；当n＝100时，非相干积分的增益约为14.6dB，相对于20dB相干积分的增益来说，增益约损失了5.4dB。这无形中增加了积分的数据长度，但是其积分数据长度却是受到限制的。由于采用非相干积分方式积分500ms的数据能得到18.417dB的增益，但是积分1000ms的数据只能得到20.007dB的增益，与前者相比，虽然数据长度增加了500ms，但是得到的增益只增加了不到2dB。这在James Bao-Yen Tsui于2005年编写的“Fundamentals ofGlobal Positioning System Receivers A software Approach(secondedition)”(A JOHNWILEY & SONS，INC.，PUBLICATION)一书中也已经指出。同时该书也指出，可以采用分块处理数据的方法，即分段相干积分方法，如相干积分为10ms(毫秒)的数据段，由于导航电文的播发频率为50Hz(赫兹)，伪码每20ms就可能会出现一个180度的相移或跳变。因此其弱信号进行相干捕获的最大长度为10ms，相邻两段10ms Gold(戈尔德码)序列中，至少有一段不会有相位跳变，这样就可以通过相干积分得到10dB的增益。每一段为10ms，分别对其进行相干积分。然后将奇数组和偶数组的相干积分分别求和，就可以使用其中的一个值来进行捕获信号了。这种分段相干积分方法虽然不会带来积分损失，但是所需要的数据长度将是有用数据长度的2倍。

发明内容

本发明为克服现有技术存在的问题，提供了一种GPS弱信号的快速捕获实现方法，所捕获的GPS信号强度是低于140dBm的弱信号；通过延长参与相干积分的数据长度，来提高信号的信噪比、捕获速度和系统的灵敏度。这种方法避免了进行非相干积分带来的“平方损失”，与以前的分段相干积分法相比，将得到更高的处理增益。