[发明专利]一种快速捕获导航卫星信号的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及全球卫星导航系统领域，更具体地，涉及全球卫星导航系统的信号捕获方法及其装置，包括GPS，GLONASS，北斗等卫星导航系统中的信号捕获方法及其装置。 

背景技术

随着基于位置服务的需求的拓展，全球导航卫星系统(GNSS)技术的研究与应用逐步深入。导航定位接收机是GNSS系统的重要组成部分，导航接收机一般包括天线、射频模块、基带模块和其他应用模块。其中基带模块一般完成信号的同步和导航电文解调，产生用于定位的测量值，并根据测量值和导航电文求出位置，根据一定的协议送给应用模块，为应用模块提供位置，速度或时间信息。信号的同步过程包括捕获、跟踪、位同步、帧同步等步骤。其中信号的捕获模块是信号同步的第一个功能模块。 

由于多普勒效应和时钟的偏差，接收机接收到的载波频率处于一个范围内。同时，由于接收机启动时间是随机的，开机后，到达接收机的码相位也是随机的，码相位总的个数因导航系统的不同而有所差异，对GPS来说，码相位为0-1022，共1023个不确定码相位。 

GNSS信号的捕获是一种二维搜索的过程，分别为载波多普勒频率区间和码相位区间，不同的载波和码相位形成了二维搜索格子，每个格子称为一个单元；要捕获信号，首先需要在本地复制和卫星载波频率和码相位近似一致的信号，当本地的载波频率和卫星信号的载波频率接近且码相位和卫星信号的码相位一致时，捕获模块中的能量检测器就会检测到能量峰值，该能量峰值超过预先设定的门限，对应的频率和码相位形成的单元称为H1单元。在错误的频率或码相位上，能量检测器不会检测到能量峰值，对应的单元称为H0单元。但是由于噪声的存在，正确的载波频率和码相位上能量存在一 定的概率超不过设定的门限，称为漏捕概率；同样在错误的载波频率和码相位上能量也存在一定的概率超过预先设定的门限，称为虚警概率。由于虚警概率的存在，当捕获模块中的能量检测器检测到的信号能量超过设定门限时，需要判断是否是噪声引起的能量峰值，即消除虚警引起的能量检测峰值，这个过程为验证过程，通过验证过程可以确定能量峰值对应的频率和相位是否和卫星信号种的一致。 

验证过程一般是个耗时的过程，一般的方法时，当能量超过门限时，再在该相位和频率上继续检测N次，当其中有M次超过门限时，判决该频率和相位为正确的，否则认为是虚警引起的能量峰值。随着应用的不断拓展和研究的不断深入，现在的接收机需要在信号极弱的条件下捕获信号，这就需要增加积分时间，积分时间增加后，传统的串行能量检测方法会变的太慢而难以忍受，所以一般需要提高并行度来提高捕获速度。即需要同时在多个码相位上进行检测，在同时对几个码相位进行能量检测时，每个相位上出现的虚警概率不变，但在所有的相位上出现一个虚警的概率就会增加，当并行度进一步增加，虚警概率就会变的很大，致使捕获模块需要不断的进入验证过程，而传统方法的验证过程所需要的时间一般比较长，从而使捕获时间变的过长而使启动时间变长。 

本发明提出了一种在并行搜索条件下的快速验证的方法及其装置，同是采用门限比较和相位比较来快速消除虚警，克服了并行捕获中验证时间过长的问题，在其他条件不变的情况下，可以加速卫星信号的捕获过程。 

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种缩短卫星导航系统在并行捕获中验证时间的信号捕获方法及其装置，该方法及装置能够在其他条件不变的情况下，加速卫星信号的捕获过程。 

本发明还提供了一种卫星导航系统的信号捕获方法，其中包括H1单元初步判断和H1单元验证两个步骤，其特征在于：对于给定的一个频率，在多个码相位上进行能量峰值检测，确定最大能量值及其对应的相位，将该能量值与预先设定的门限进行比较，如果该能量值大于门限， 则保持该频率不变，重新对相同的码相位上进行N次能量峰值检测，只要检测到的能量最大值小于门限或者最大能量值对应的码相位和前一次检测到的码相位不相等，则对该频率上剩余相位或下一个频率进行处理，反之，即判断该频率及能量最大值对应码相位形成的单元为H1单元。 

其中，H1单元的初步判断采用检测到的最大能量值和门限比较的方法。 

其中，H1单元的验证采用最大能量值和门限比较以及能量最大值对应相位比较的方法。 

其中，所述N根据检测时的并行度和错捕概率确定。 

其中，检测方法为相干积分结合非相干积分的方式，或者相干积分结合差分积分的方式。 

其中，相干积分部分采用时域相关或者频域FFT的方法。