[发明专利]GPS信号捕获方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及GPS(Global Position System，全球定位系统)弱信号捕获领域，具体涉及一种GPS信号捕获方法与系统。

背景技术

目前，GPS已经在全世界得到了广泛的应用，但大多是在信号条件较理想的环境中。当信号条件不理想时，例如在室内、森林和城市等环境中，遮挡、多径和干扰等现象较严重，GPS就得不到很好的应用。而这些环境恰是人类活动的主要场所，在这些环境中有很多重要的GPS应用需求，高性能GPS卫星导航接收机正是为满足这一需求而产生的，成了导航领域的主要研究方向。而GPS信号的高灵敏度捕获算法处在GPS接收机基带信号处理的最前端，是提高GPS接收机性能的关键。

传统的快速傅里叶变换(FFT)的频域捕获技术具有运算效率高的特性，但积累时间不能过长。差分相干处理技术将相干积分结果进行差分处理，延长了积累时间，提高了弱GPS信号的捕获灵敏度。然而当接收机和GPS卫星相对速度较大时，接收机接收的GPS信号将产生较大的多普勒频移，在长时间积分下，大多普勒频移将对码片速率产生较大影响，造成码周期不准，用FFT做循环卷积时存在相关功率损失；差分相干捕获也会引起残余载波多普勒频率的相关功率损失。Ziedan N I，焦瑞祥等人利用DBZP技术减小了FFT计算过程中由大多普勒频移引起码片速率变化造成的相关功率损失，然而捕获过程中，在每个预检测积分时间内都需要对最可靠的数据位组合进行估计，并利用它去掉先前的数据位，这样需要较大的运算开销。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种GPS信号捕获方法与系统，该方法与系统能够有效降低在傅里叶变换过程中由大多普勒频移引起码片速率变化而造成的相关功率损失。

为解决上述问题，本发明是通过以下方案实现的：

一种GPS信号捕获方法，包括如下步骤：

步骤一：对卫星发射GPS模拟信号进行下变频及采样，并设定合适的多普勒频移变量初值及最大值即设定多普勒频移搜索范围，同时设定多普勒频移搜索间隔、检测阈值、卫星号变量初值及卫星号最大值；

步骤二：根据待搜索的卫星号及其多普勒频率偏移产生本地伪码信号；

步骤三：对采样后的GPS信号和本地产生的伪码信号进行双块零拓展；

步骤四：对步骤三中经双块零拓展后的信号利用快速傅里叶变换循环卷积进行相关运算；

步骤五：对步骤四的相关结果进行处理，并保留第一个有用信息子块；

步骤六：对保存的有用信息子块进行差分相干累加；

步骤七：计算步骤六中差分相干结果的相关均值，并从步骤六的差分相干结果中找出最大相关值，然后计算最大相关值与相关均值的比值(Maximum to mean，MTM)；

步骤八：将步骤七中计算的最大相关值与相关均值的比值与步骤一所设定的检测阈值进行比较；若比较结果超过检测阈值，则步骤七中最大相关值所对应的码相位和多普勒频移值即为初次捕获的码相位和多普勒频移值；若比较结果未超过检测阈值，则重复步骤二搜索同一颗卫星的下一多普勒频移，当该颗卫星所设频率点搜完后，则重复步骤二搜索下一颗卫星，直到搜索完所有的卫星，则退出捕获，表示捕获不成功。

为了能够削弱残余载波多普勒频移造成的功率损失，作为上述方案的改进，本发明在获得了初次捕获的码相位和多普勒频移之后，还进一步包括对初次捕获的多普勒频移进行修正的步骤，即

步骤九：根据步骤六的差分相干结果，首先利用式①求出多普勒频移误差的估计值，然后根据多普勒频移误差的估计值利用式②对初次捕获的多普勒频移值进行修正；

①

上式中，为多普勒频移误差的估计值，T_a为相干积分时间，为下第k段码时延为的相关结果，为下第段码时延为的相关结果，为初次捕获的多普勒频移值；

②

上式中，为修正后的多普勒频移值，为初次捕获的多普勒频移值，为多普勒频移误差的估计值；

步骤十：利用修正后的多普勒频移对码相位进行二次搜索，即利用修正后的多普勒频移值重复步骤二进行捕获，若在修正后的多普勒频移上捕获成功，则此时最大相关值所对应的码相位和修正后的多普勒频移值即为捕获结果。

上述方案中，所述多普勒频移搜索范围最好为-10KHz～10KHz。

上述方案中，所述多普勒频移搜索间隔最好为250Hz～500Hz。

上述方案中，所述检测阈值最好介于3～7之间。

上述方案中，所述卫星号变量的初值最好为1，最大值为30。