一种快速捕获GPS信号的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112859123A(43)申请公布日2021.05.28(21)申请号202110060187.4(22)申请日2021.01.18(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人刘毅曾虔缘张家铭师瑞洋秦凡刘和瑾(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205代理人王品华(51)Int.Cl.G01S19/37(2010.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称一种快速捕获GPS信号的方法(57)摘要本发明公开了一种快速捕获GPS信号的方法，主要解决现有技术中捕获GPS信号速度慢的问题，其实现方案为：1)通过惯性导航系统提供的载体速度以及从星历数据中解算出的卫星速度，估算出载体相对于卫星的多普勒频移；2)根据载体速度信息误差计算出多普勒频移的误差，确定频率搜索范围；3)由本地码序列得到本地码的频域复共轭序列和频域基带序列；4)对频域基带序列进行循环移位，由移位后的频域基带序列和本地码的频域复共轭序列得到时域相关值；5)取时域相关值的最大归一化模值，并取该模值大于设定捕获门限时的码相和多普勒频移，作为捕获结果。本发明缩短了频率搜索范围，减少了FFT的运算量，缩短了捕获时间，可用于卫星导航中。CN112859123ACN112859123A权利要求书1/2页1.一种快速捕获GPS信号的方法，其特征在于，包括如下：(1)通过惯性导航系统提供的惯性信息得到载体速度Vrec，从导航电文中的星历信息中解算出卫星速度Vs，并根据这两个速度估算卫星与载体相对运动的多普勒频移fd；(2)确定频率搜索范围：(2a)设载体纵轴在当地水平面上的投影线与地理北向的夹角为φ，载体纵轴与其水平投影线的夹角为γ，载体立轴与纵轴所在铅垂面之间的夹角为θ，得到载体姿态转换矩阵(2b)由载体姿态转换矩阵计算载体速度信息误差(2c)根据载体速度信息误差计算多普勒频移误差的方差(2d)以(1)中估算的多普勒频移fd作为频率搜索中心，以(2c)得到的多普勒误差最大值作为搜索边界，确定频率搜索范围[fd‑σDopp,fd+σDopp]；(3)设系统的采样频率为fs，由本地码数控振荡器产生的本地码为prn(m)，以采样频率fs对本地码prn(m)进行采样，得到本地码序列x(n)；(4)获取本地码的频域复共轭序列X*(k)和频域基带序列Y(k)：(4a)在本地码序列x(n)后补零，使本地码序列x(n)中元素个数成为2的整数次幂，再对其进行FFT变换，得到本地码的频域序列X(k)，并对本地码的频域序列X(k)取复共轭，得到本地码的频域复共轭序列X*(k)；(4b)以采样频率fs对GPS接收机的输入信号进行采样，将采样后的信息与本地载波振荡器生成的信息对应相乘，得到基带的复信号y(n)；在此基带序列后面补零，使基带序列中元素个数为2的整数次幂，再对其进行FFT变换，得到频域基带序列Y(k)；(5)根据频域基带序列Y(k)获得时域相关值Z(n)：(5a)设循环移位的步长为q，以步长q对频域基带序列Y(k)进行循环移位，得到移位后的频域基带序列Y(k+q)，0＜q＜100；(5b)将移位后的频域基带序列Y(k+q)与本地码的频域复共轭序列X*(k)点对点相乘，得到频域相关值Z(k)，并对其进行IFFT变换，得到时域相关值Z(n)；(6)设系统的捕获门限值为P，取时域相关值Z(n)的归一化模值为|z(n)|，并选取最大的|z(n)|与捕获门限值P进行比较：若|z(n)|≥P，则捕获成功，读取相应的码相τfs和多普勒频移f，1≤P≤2；若|z(n)|＜P，则返回(5)，进入下一时刻的搜索捕获，直至捕获成功。2.根据权利要求1所述的方法，其中(1)中估算卫星与载体相对运动产生的多普勒频移fd，通过如下公式进行：其中，λ表示载波波长，ei表示第i颗卫星到用户连线方向的单位矢量。2CN112859123A权利要求书2/2页3.根据权利要求1所述的方法，其中(2b)中由载体姿态转换矩阵计算载体速度信息误差公式如下：其中，g为当地重力加速度，ε为陀螺仪的零偏，为加速度计的零偏。4.根据权利要求1所述的方法，其中(2c)中根据载体速度信息误差计算多普勒频移误差的方差公式如下：其中，λ表示载波波长，ei表示第i颗卫星到用户连线方向的单位矢量，表示第i颗卫星到用户连线方向的单位矢量的转置。5.根据权利要求1所述的方法，其中(4a)中得到的本地码的频域序列X(k)，表示如下：其中，N为补零后本地码序列x(n)中元素个数，j为虚数单位，k＝0,1,2,…,N‑1，n＝0,1,2,…,N‑1。6.根据权利要求1所述的方法，其中(4b)中得到的频域基带序列Y(k)，表示如下：其中，