[实用新型]GPS信号捕获系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及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。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种GPS信号捕获系统，该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，本实用新型是通过以下方案实现的：

一种GPS信号捕获系统，包括如下模块：

变频采样模块：对卫星发射GPS模拟信号进行下变频并采样；

本地伪码产生模块：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；

双块零拓展模块：分别对变频采样模块输出的GPS信号和本地伪码产生模块输出的伪码信号进行双块零拓展；

快速傅里叶变换循环卷积相关模块：对双块零拓展模块输出的信号利用快速傅里叶变换循环卷积进行相关运算；

有用信息保存模块：对快速傅里叶变换循环卷积相关模块输出的相关结果进行处理，并保留第一个有用信息子块；

累加模块：对有用信息保存模块内保存的有用信息子块进行差分相干累加；

最大相关值与相关均值的比值计算模块：计算累加模块输出的差分相干结果的相关均值，并从累加模块输出的差分相干结果中找出最大相关值，然后计算此时的最大相关值与相关均值的比值；

最大相关值与相关均值的比值阈值检测模块：将最大相关值与相关均值的比值计算模块输出的最大相关值与相关均值的比值与预先设定的检测阈值进行比较；若比较结果超过检测阈值，则最大相关值与相关均值的比值计算模块中的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，则返回至本地伪码产生模块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，则重复本地伪码产生模块搜索下一颗卫星，直到搜索完所有的卫星，则退出捕获，表示捕获不成功。

作为上述方案的改进，在最大相关值与相关均值的比值阈值检测模块的输出端，还接有对初次捕获的多普勒频移进行修正的修正模块，该修正模块首先根据累加模块输出的差分相干结果，求出多普勒频移误差的估计值，并利用该多普勒频移误差的估计值对初次捕获的多普勒频移进行修正；然后利用修正后的多普勒频移值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。

与现有技术相比，本实用新型将快速傅里叶变换(FFT)、双块零拓展(Double Block Zero Padding，DBZP)、差分相干、频差修正等技术有机地结合，这样既能实现高效快速的GPS信号捕获，还能改善快速傅里叶变换计算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；此外，本实用新型在捕获过程中还引入了频差修正技术，削弱了残余多普勒频移误差造成的功率损失，并实现高效快速的捕获。

附图说明

图1为一种GPS信号捕获系统的原理图。

具体实施方式

一种GPS信号捕获系统，如图1所示，包括如下模块：