[发明专利]一种卫星导航信号捕获方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航定位技术领域，特别是涉及一种卫星导航信号捕获方法。

背景技术

航天技术是二十一世纪人类认识和改造自然进程中最活跃、最有影响的科学技术领域之一，其对人类社会的进步和现代科学技术的发展有着重要的促进作用。其中最引人关注、最具有应用价值的技术之一就是卫星导航定位技术。美国斥巨资建立和维护的全球卫星定位系统(Global Positioning System，GPS)，俄罗斯研制的全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GLONAS S)，我国北斗卫星导航系统(Compass Navigation Satellite System)的研究以及欧洲的伽利略定位系统(Galileo Positioning System，GALILEO)计划，均表明卫星导航定位系统在军/民用领域的重要地位。卫星导航系统具有全能性(陆地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、连续性和实时性的导航定位和定时的功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。卫星导航系统出现以来在各个领域得到了极为广泛的应用，已经成为现代社会生产、生活中不可缺少的重要基础工具。

信号捕获程序是卫星导航接收机的起始部分，用于检测GPS卫星信号，为跟踪程序提供初始条件。在常规接收机中，如果某颗卫星在输入信号中被检测到，则此卫星信号所对应的一个周期内的C/A码偏移量和频率值将会被作为跟踪程序的初始值进行后续计算。常规信号捕获方法是一个二维搜索过程，在C/A码相位搜索的同时搜索多普勒频移。C/A码作为一种伪随机码，其特点是不同序列互相关值接近为零，同一序列只有相位完全相同情况下才会出现峰值。常规接收机中捕获方法就是根据这一特点计算出含多普勒频移的信号频率和一个C/A周期内的码相位偏移量。

常规卫星导航接收机捕获方法采用二维搜索，同时搜索含多普勒频移的信号频率和码相位，找到其对应的最大值。虽然采用并行码搜索方法可以较好地改善搜索速度，但是常规捕获方法仍然具有较高的计算复杂度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种速度快、复杂度低且处理步骤简单的卫星导航信号捕获方法。

为了达到上述目的，本发明提供的卫星导航信号捕获方法包括按顺序进行的下列步骤：

(1)将卫星天线接收到的射频信号下变频为中频信号；

(2)将上述下变频得到的模拟中频信号进行A/D转换，并存储为数字中频信号；

(3)对接收到的未知时延信号进行平方处理，通过傅里叶分析得到每颗接收到的卫星含多普勒频移的真实频率估计值和对应的模糊频率；

(4)根据卫星导航信号中频和多普勒频移范围已知的特性，去除步骤(3)估计过程中得到的模糊频率，以得到含多普勒频移的卫星信号频率估计值；

(5)利用得到的含多普勒频移的卫星信号频率估计值，根据非线性最小二乘准则估计出每颗已知频率卫星的时延以及对应的卫星星号。

所述的步骤(1)中下变频为中频信号操作采用下变频模块完成，下变频模块主要由低噪声射频放大器、混频器及自动增益控制电路组成。

所述的步骤(5)中利用得到的含多普勒频移的卫星信号频率估计值，根据非线性最小二乘准则估计出每颗卫星信号的时延以及对应的卫星星号的方法是，将估计得到的频率值作为已知信息，对已知载波的信号进行时延估计；对已估出频率的卫星，根据非线性最小二乘准则，分别求出其对应的时延和卫星星号，直至所有已估出频率的卫星计算完毕，即完成捕获过程。

本发明提供的卫星导航信号捕获方法是在时延未知的情况下，先估计出含多普勒频移的信号频率和其对应的模糊频率；然后根据卫星信号中频和多普勒频移范围已知的先验信息去除模糊频率；再利用估计得到的含多普勒频移的频率作为已知条件，根据非线性最小二乘准则估计出每颗卫星信号的时延以及对应的卫星星号。本方法将卫星导航信号捕获过程作为含多普勒频移的信号频率和码相位的参数估计问题来处理，这样能够在不影响捕获性能的前提下简化常规捕获方法的运算过程，降低计算复杂度，因此具有速度快、复杂度低且处理步骤简单等优点。

附图说明

图1为本发明提供的卫星导航信号捕获方法流程图。

图2(a)和图2(b)分别为本发明提供的卫星导航信号捕获方法和常规卫星导航信号捕获方法搜索过程比较图。

具体实施方式

下面参照附图和具体实施例对本发明提供的卫星导航信号捕获方法进行详细说明。