一种高动态高灵敏度GNSS信号捕获方法.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CN111399004A(43)申请公布日2020.07.10(21)申请号202010263184.6(22)申请日2020.04.07(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人王猛陶然郇浩王盾张爽娜(74)专利代理机构成都方圆聿联专利代理事务所(普通合伙)51241代理人宋红宾(51)Int.Cl.G01S19/24(2010.01)G01S19/30(2010.01)G01S19/29(2010.01)G01S19/37(2010.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称一种高动态高灵敏度GNSS信号捕获方法(57)摘要本发明提供一种高动态高灵敏度GNSS信号捕获方法，用于卫星导航信号捕获，利用相位累加器溢出位实现采样数据降采样后，通过并行补偿数据折叠相干累加方法，进一步压缩信号伪码搜索数据量，提高了处理效率和捕获速度，采用伪码多普勒补偿和两级加法器处理，完成多普勒和伪码码片二维相关值的非相干累加。本发明通过GNSS接收机飞行加速度计算出载波多普勒变化率，并结合载波多普勒值实现折叠相干累加中动态并行补偿，利用伪码多普勒实现非相干处理中伪码多普勒补偿。本发明作为GNSS接收机高动态高灵敏度快速捕获方法，同时适用于其他扩频信号捕获。CN111399004ACN111399004A权利要求书1/2页1.一种高动态高灵敏度GNSS信号捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)针对模数转换采样后的数字中频信号，首先去除中频载波，得到IQ两路基带信号；然后经过低通数字滤波器，限制信号带宽在GNSS伪码频谱主瓣宽度内，保证后面的采样数据抽取过程中混叠；(2)利用相位累加器溢出位作为使能信号，完成采样数据抽取，实现采样数据降采样；(3)将步骤(2)中的降采样后的数据连续交替存储在两个缓存中，形成乒乓缓冲数据结构，每个缓存数据长度等于伪码周期相干积分时间长度Numcoh，其值为Ncoh×T×Clks，Ncoh相干积分次数，T为伪码周期，Clks降采样数据速率；步骤(1)～步骤(3)中工作时钟速度为采样时钟速率；(4)读取步骤(3)中的某个缓存中降采样数据，根据GNSS接收机飞行加速度与待搜索的多普勒值，采用并行补偿数据折叠相干累加方法将Numcoh采样数据压缩为Numcoh/Ncoh采样数据，即压缩后数据量为T×Clks；针对T×Clks数据进行FFT计算，并与存储的伪码FFT结果共轭值相乘，然后完成IFFT计算，最终实现M个间隔为T×Clks/M码片的相关值并行搜索；设置步骤(4)和步骤(5)中工作时钟值设置为P倍于步骤(1)～步骤(3)工作时钟，提高数据处理速度；因此，针对降采样抽取后的的T×Clks采样数据，可最多同时完成Nk×M个多普勒频率搜索和码片相关值计算，Nk为Ncoh×P向下取整值；多普勒频率搜索起点可设置，多普勒搜索范围Nk×fbin，多普勒搜索间隔fbin；(5)将步骤(4)中Nk×M多普勒和伪码码片的相关结果进行缓存，按照步骤(1)～(4)连续处理步采样数据后，获得下一组Nk×M相关结果；将当前相关结果与前一组相关结果进行非相干累加，在累加过程中进行伪码多普勒补偿，并通过两级加法器，完成Nncoh次非相干累加，并求出Nk×M中所有非相干累加结果之和，为信号捕获提供门限判据；(6)若判断捕获未成功，则设置步骤(4)中下一个多普勒频率搜索起点，重新执行步骤(1)～步骤(5)。2.根据权利要求1所述的一种高动态高灵敏度GNSS信号捕获方法，其特征在于，步骤(2)所述相位累加器带溢出位的方法，包括以下步骤：根据降采样频率设置频率控制字并送入相位累加器，在每个采样时钟周期内，频率控制字与前一个累加结果相加，当累加结果超过N位位宽表示范围，将会在第N+1位溢出，即N+1位置为1，在下一个时钟周期相位累加器完成累加操作后，第N+1的溢出位清零，此溢出位为单时钟周期使能信号；采用相位累加器溢出位作为抽样使能信号，可实现采样数据率与降采样数据率为非整数倍关系，保证降采样后数据率在一个码周期T内的采样点数为2n，易于后续快速傅里叶变换处理；所述的频率控制字是根据采样频率和降采样频率以及相位累加器位宽N计算获得。3.根据权利要求1所述的一种高动态高灵敏度GNSS信号捕获方法，其特征在于，步骤(4)所述的并行补偿数据折叠相干累加方法，包括以下步骤：针对降采样后的Ncoh组T×Clks的采样数据，与多普勒和相位补偿后的Ncoh组NCO生成的、长度为T×Clks载波信号并行相乘；所述并行Ncoh组NCO的输出载波频率和起始相位需动态补偿，具体补偿方法：将GNSS接收机飞行加速度投影到接收机与导航星方向，计算得出的载波