[发明专利]一种高轨航天器BDS弱信号快速捕获方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高轨航天器BDS（北斗导航系统）弱信号快速捕获技术，可用于对调制有NH码（Neumann-Hoffman码）等二次编码的卫星导航信号进行弱信号快速捕获，属于卫星应用领域。

背景技术

高轨航天器近年来在陆地和海洋通信、气象探测、教育应用、电视直播、灾难预警等方面都发挥着重要作用，特别是地球静止轨道航天器，以其独特的对地静止特性，成为通信、气象、侦察、授时以及跟踪与数据中继和科学研究等地球卫星的重要轨道资源。我国对高轨航天器需求的数量逐年增加，高轨航天器的自主导航已经成为我国迫切需要发展的航天新技术。

全球卫星导航系统凭借其全球、全天候、连续和高精度的特点，在国防、国家安全、经济安全和社会生活中发挥着重要的作用。我国正在抓紧实施建设具有全球覆盖能力的BDS(北斗导航系统)，预计到2020年具备基本的运行能力。在高轨航天器上使用导航接收机成为各类工程应用的热点。

由于高轨航天器轨道高度高于导航星座，接收机需要接收来自地球对面的导航卫星信号。地球的遮挡以及信号传播距离增加造成接收功率降低等因素，将导致使用常规接收技术存在可见星数减少、导航信号持续时间短、接收信号功率微弱等缺点。

解决接收导航信号功率微弱的基本思路是采用多周期信号能量累积，通过对多个1ms相关值的累积求和（相干累积、非相干累积），带来信噪比提升。但是BDS存在NH码，将在捕获过程中，由于NH码相位未知导致相干累积长度受限的问题；若仅采用非相干累积处理，此时需要处理的数据将比相干累积时的数据更加庞大，同时降低了捕获速度，从而造成高轨接收BDS信号的困难。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种高轨航天器BDS弱信号快速捕获方法，本发明能克服由于NH码相位未知而限制相干累积长度导致无法高效提升累积处理增益的问题，可用于设计具有较高捕获灵敏度水平的BDS导航接收机，实用性强。

本发明的技术解决方案是：

一种高轨航天器BDS弱信号快速捕获方法，包括步骤如下：

（1）获取本地多普勒频移值下的1ms数据，将其补零至2ms，并对该数据进行FFT变换，取共轭后得到数据1；

（2）将接收的中频信号进行数字采样后分别进行连续的2ms数据缓存，即第1ms与第2ms进行缓存，第2ms与第3ms进行缓存，依次缓存20组，得到数据2；

（3）将步骤（2）中得到的数据2中的每组2ms数据分别依次与20比特NH码的一个码片相乘，所述NH码为0,0,0,0,0,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,0，得到20组与NH码相乘之后的数据3；

（4）对步骤（3）得到数据3中的20组2ms数据进行相干累积，得到长度为2ms的相干累积值，并进行FFT操作得到数据4；

（5）分别将数据4和数据1依次对位进行相乘，得到数据5，对数据5再进行IFFT变换得到数据6；

（6）对数据6进行多次非相干累积，得到1组数据7；

（7）利用奈曼-皮尔斯准则对数据7进行捕获门限判决，判断是否成功捕获信号，若成功捕获信号进入步骤（9），否则判断20个NH码相位是否搜索完成，若没有搜索完成则进入步骤（8），若搜索完成更改本地多普勒频移值进入步骤（1）；

（8）对20比特的NH码循环移位一个码片，进入步骤(2)，重复步骤（2）～(7)；

（9）捕获结束。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

（1）本发明针对相干累积时NH码相位未知导致无法进行长时间累积问题，采用对2ms数据的重叠累积，消除了该影响，延长相干累积时间至20ms，从而提高BDS信号的捕获灵敏度。

（2）本发明采用了对重叠累积值进行非相干累积的方式，进一步提高处理增益。

（3）本发明采用基于FFT/IFFT并行码相位快速搜索，工程上极大得提高了捕获速度，降低了对20msNH码自相关运算带来的资源损耗。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明2ms数据重叠累积的NH码搜索原理示意图；

图3本发明为输入信号与NH码相乘示意图；

图4本发明为NH码自相关示意图；

图5本发明为2ms数据重叠累积处理流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。