專利名稱：捕獲衛(wèi)星信號(hào)載波頻率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及捕獲技術(shù)，特別是涉及一種捕獲衛(wèi)星信號(hào)載波頻率的方法。
背景技術(shù)：
全球定位系統(tǒng)(GPS， Global Position System)接收機(jī)接收同步地球衛(wèi) 星發(fā)送的衛(wèi)星信號(hào)，而且，在不同的地點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同的同步地球衛(wèi)星。衛(wèi)星信 號(hào)包括載波信號(hào)、測(cè)距碼和導(dǎo)航電文，測(cè)距碼包括粗捕獲碼(C/A碼)和 精密測(cè)距碼(P碼)，C/A碼和P碼均為幅值為± 1的偽隨機(jī)序列；導(dǎo)航電 文包括衛(wèi)星星歷、同步地球衛(wèi)星工作狀態(tài)、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延改正以及 大氣折射改正等導(dǎo)航信息。同步地球衛(wèi)星的空間軌道參數(shù)與瞬時(shí)時(shí)間、空間 坐標(biāo)的集合稱為衛(wèi)星星歷。同步地球衛(wèi)星以廣播方式發(fā)布衛(wèi)星星歷，GPS接 收機(jī)根據(jù)衛(wèi)星星歷進(jìn)行定位。衛(wèi)星歷書是衛(wèi)星星歷的簡(jiǎn)化子集，包含在導(dǎo)航 電文的第四、第五子幀中。GPS接收機(jī)根據(jù)衛(wèi)星歷書確定任意時(shí)刻、任意同 步地球衛(wèi)星在空間的大概位置，使得GPS接收機(jī)對(duì)同步地球衛(wèi)星的搜索做 到有的放矢，避免滿天搜星。
GPS接收機(jī)的啟動(dòng)有冷啟動(dòng)和熱啟動(dòng)之分。冷啟動(dòng)是無(wú)任何先驗(yàn)信息下 的啟動(dòng)。實(shí)際應(yīng)用中，GPS接收機(jī)斷電后再啟動(dòng)就是冷啟動(dòng)；而GPS接收 機(jī)在不斷電情況下的啟動(dòng)就是熱啟動(dòng)。GPS接收機(jī)的斷電會(huì)導(dǎo)致已接收的衛(wèi) 星星歷等信息被刪除，因此，在GPS接收機(jī)冷啟動(dòng)過程中，GPS接收機(jī)需 根據(jù)當(dāng)前接收的衛(wèi)星信號(hào)重新搜星，或者重新下載衛(wèi)星星歷等信息，需重對(duì) 衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行相關(guān)、捕獲、跟蹤、解調(diào)處理，以獲取導(dǎo)航信息；而在熱啟動(dòng) 過程中，由于GPS接收機(jī)熱啟動(dòng)之前接收到的衛(wèi)星星歷沒有丟失，因此， GPS接收機(jī)不必重新搜星，不必重新下載衛(wèi)星星歷，也不必重新獲取導(dǎo)航信
息。這樣，GPS接收機(jī)冷啟動(dòng)相比較于熱啟動(dòng)而言，啟動(dòng)時(shí)間比較長(zhǎng)。
目前，冷啟動(dòng)過程中，GPS接收機(jī)在對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理的基礎(chǔ)上
進(jìn)行的捕獲處理為在衛(wèi)星信號(hào)的多普勒頻率和粗碼碼元相位二維平面上尋 找粗碼相關(guān)結(jié)果中的最大峰值，根據(jù)該最大峰值獲取載波頻率和粗碼相位。 由此可見，在現(xiàn)有技術(shù)中，GPS接收機(jī)在冷啟動(dòng)過程中捕獲衛(wèi)星信號(hào)載 波頻率的搜索過程比較復(fù)雜，所以，搜索時(shí)間比較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致了 GPS接 收才幾冷啟動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種捕獲衛(wèi)星信號(hào)載波頻率的方 法，能減少載波頻率的搜索時(shí)間，從而減少冷啟動(dòng)時(shí)間。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為 一種捕獲衛(wèi)星信號(hào)載波頻率的方法，包括以下步驟
a、 從GPS接收機(jī)接收的衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)字中頻信號(hào)S(n)-Ae，'nT'采樣數(shù)據(jù) 中抽取時(shí)間長(zhǎng)度為L(zhǎng)的數(shù)據(jù)段，并將抽取的各數(shù)據(jù)段分成時(shí)間長(zhǎng)度為T的數(shù) 據(jù)塊；其中，co,f為衛(wèi)星信號(hào)載波角頻率，n為采樣點(diǎn)序數(shù)，i;為采樣周期， L、 T均為自然數(shù)，iLL>T;
b、 確定補(bǔ)償角頻率為cOi的相位補(bǔ)償序列；其中，i為相位補(bǔ)償序列的序
數(shù)；
c、 對(duì)抽取的數(shù)據(jù)段與相位補(bǔ)償序列的乘積進(jìn)行處理，獲取該處理結(jié)果 的頻譜波峰的角頻率①-;
d、 根據(jù)CO, = copeak - co,，確定衛(wèi)星信號(hào)載波角頻率co,,并將衛(wèi)星信號(hào)對(duì)
應(yīng)的GPS接收機(jī)信道的數(shù)字可控振蕩器工作頻率設(shè)置為確定的衛(wèi)星信號(hào)載 波角頻率co,f，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)載波頻率的捕獲。
綜上所述，本發(fā)明提出的一種捕獲衛(wèi)星信號(hào)載波頻率的方法，在一定頻 率搜索范圍內(nèi)確定補(bǔ)償角頻率，通過補(bǔ)償角頻率獲得相位補(bǔ)償序列；GPS接
收機(jī)接收的 一 個(gè)數(shù)據(jù)段或若干數(shù)據(jù)段內(nèi)的數(shù)字中頻信號(hào)與相位補(bǔ)償序列進(jìn) 行乘積、疊加、平方等處理后，將處理結(jié)果進(jìn)行快速傅立葉變換，確定頻譜 波峰對(duì)應(yīng)的頻率，進(jìn)而獲得載波頻率。由此可見，采用本發(fā)明方法無(wú)需在多 普勒頻率和粗碼相位二維平面上尋找最大相關(guān)頻語(yǔ)波峰，只需在一維方向上 獲取衛(wèi)星信號(hào)的頻譜波峰即可。因此，本發(fā)明方法可以大大縮短頻譜波峰的 搜索時(shí)間，從而減少衛(wèi)星接收機(jī)的冷啟動(dòng)時(shí)間。


圖1為本發(fā)明捕獲衛(wèi)星信號(hào)載波頻率的方法流程圖。 圖2為本發(fā)明一個(gè)數(shù)據(jù)段的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明一個(gè)數(shù)據(jù)段的疊加序列獲取過程示意圖。 圖4為數(shù)據(jù)位翻轉(zhuǎn)原理示意圖。
圖5為本實(shí)施例一個(gè)數(shù)據(jù)段的平方序列的部分頻譜信號(hào)示意圖。 圖6為本實(shí)施例偶數(shù)組的平方序列的部分頻譜信號(hào)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體 實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一 步地詳細(xì)描述。
GPS接收機(jī)對(duì)接收的衛(wèi)星信號(hào)的處理分為射頻信號(hào)處理和中頻信號(hào)處 理兩部分。射頻信號(hào)處理部分對(duì)GPS接收機(jī)接收的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行下變頻、 采樣和量化處理，得到數(shù)字中頻信號(hào)S(n)二AeJ^Ts其中， 是衛(wèi)星信號(hào)載 波角頻率，n為采樣點(diǎn)序數(shù)，T;為采樣周期。
通常情況下，GPS接收機(jī)在冷啟動(dòng)過程中接收到的衛(wèi)星信號(hào)載波角頻率 是未知的。本發(fā)明通過對(duì)數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償，對(duì)經(jīng)過相位補(bǔ)償?shù)臄?shù) 字中頻信號(hào)進(jìn)行疊加、平方運(yùn)算，以及對(duì)平方運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行頻譜分析后，根 據(jù)頻譜峰值的角頻率和相位補(bǔ)償序列的角頻率獲取衛(wèi)星信號(hào)載波頻率。
圖1為本發(fā)明捕獲衛(wèi)星信號(hào)載波頻率的方法流程圖。如圖1所示，本發(fā)
明所述捕獲衛(wèi)星信號(hào)載波頻率的方法包括
步驟11、從GPS接收機(jī)接收的衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)字中頻信號(hào)S(n)-AeJ。'A采 樣數(shù)據(jù)中抽取時(shí)間長(zhǎng)度為L(zhǎng)的數(shù)據(jù)段(Segment),并將抽取的各數(shù)據(jù)段分 成時(shí)間長(zhǎng)度為T的數(shù)據(jù)塊(Block);其中，L、 T均為自然數(shù)，iLL>T。
步驟11包括
al、從GPS接收機(jī)接收的衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)字中頻信號(hào)采樣數(shù)據(jù)中抽取至 少一個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度為L(zhǎng)的數(shù)據(jù)段；
a 2 、將抽取的每個(gè)數(shù)據(jù)段分成 一 個(gè)或 一 個(gè)以上的時(shí)間長(zhǎng)度為T的數(shù)據(jù)塊。
圖2為本發(fā)明一個(gè)數(shù)據(jù)段的組成結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，數(shù)據(jù)段O為 從數(shù)字中頻信號(hào)采樣數(shù)據(jù)中抽取的一個(gè)數(shù)據(jù)段，將數(shù)據(jù)段0分成M個(gè)數(shù)據(jù)
塊，分別為數(shù)據(jù)塊O、數(shù)據(jù)塊1........數(shù)據(jù)塊(M-l);每個(gè)數(shù)據(jù)塊包括N
個(gè)采樣點(diǎn)，數(shù)據(jù)塊0的采樣點(diǎn)為0、 1........ N-l，數(shù)據(jù)塊1的采樣點(diǎn)為N、
N+l........2N-1，……，數(shù)據(jù)塊(M-1 )的采樣點(diǎn)為(M-1 )N、 MN-N+1、.......
MN-1，而且，數(shù)據(jù)塊0的第1個(gè)采樣點(diǎn)0、數(shù)據(jù)塊1的第1個(gè)采樣點(diǎn)N.....
數(shù)據(jù)塊(M-l)的第1個(gè)采樣點(diǎn)(M-l) N相互對(duì)應(yīng)，依次類推，數(shù)據(jù)塊0
的第2個(gè)采樣點(diǎn)1、數(shù)據(jù)塊1的第2個(gè)采樣點(diǎn)N+l.....數(shù)據(jù)塊(M-l )的
第2個(gè)采樣點(diǎn)MN-N十l相互對(duì)應(yīng)，……，數(shù)據(jù)塊0的第N個(gè)采樣點(diǎn)N-l、
數(shù)據(jù)塊1的第N個(gè)采樣點(diǎn)2N-1.....數(shù)據(jù)塊(M-l )的第N個(gè)采樣點(diǎn)MN-1
相互^J"應(yīng)。
步驟12、確定補(bǔ)償角頻率為coi的相位補(bǔ)償序列；其中，i為相位補(bǔ)償序 列的序數(shù)。
步驟12包括
步驟121、根據(jù)數(shù)據(jù)塊的時(shí)間長(zhǎng)度T確定頻率搜索范圍為 步驟122、設(shè)置搜索步長(zhǎng)(5/;
<formula>formula see original document page 8</formula>
赫茲；
步驟123、根據(jù)頻率搜索范圍和搜索步長(zhǎng)，確定相位補(bǔ)償序列的個(gè)數(shù)為一
個(gè)，每個(gè)相位補(bǔ)償序列對(duì)應(yīng)頻率搜索范圍中的一個(gè)補(bǔ)償頻率；
步驟124、根據(jù)補(bǔ)償頻率確定的補(bǔ)償角頻率co,，確定相位補(bǔ)償序列。 實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)數(shù)字中頻信號(hào)的表示方式S(n^Ae」。"n、以及相位補(bǔ)償 序列的相位補(bǔ)償作用，將相位補(bǔ)償序列表示為P,(n)w"T、經(jīng)過步驟121 124， 可得到k個(gè)相位補(bǔ)償序列P,(n卜e，、 P2(n) = ej。2nT'、…、Pk(n) = eJ。kn、同時(shí)，
得到k個(gè)補(bǔ)償角頻率co,、 co2..... cok;其中，k = ^。
1《
實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)搜索到的補(bǔ)償角頻率與其真實(shí)值之間的誤差、GPS接收 機(jī)的存儲(chǔ)量和運(yùn)算量，確定搜索步長(zhǎng)的大小。搜索步長(zhǎng)越小，相位補(bǔ)償序列的 個(gè)數(shù)越多；由于相位補(bǔ)償序列的增多，GPS接收機(jī)需消耗更多的存儲(chǔ)空間和運(yùn) 算時(shí)間，但補(bǔ)償角頻率與其真實(shí)值之間的誤差會(huì)減小。相反地，搜索步長(zhǎng)越大， 相位補(bǔ)償序列的個(gè)數(shù)越少；由于相位補(bǔ)償序列的減少，GPS接收機(jī)需消耗較少 的存儲(chǔ)空間和運(yùn)算時(shí)間，但補(bǔ)償角頻率與其真實(shí)值之間的誤差會(huì)增大?；谏?述情況，搜索步長(zhǎng)的選擇需要兼顧補(bǔ)償角頻率與其真實(shí)值之間的誤差、GPS接 收機(jī)的存儲(chǔ)能力和運(yùn)算能力。
步驟13、對(duì)抽取的數(shù)據(jù)段與相位補(bǔ)償序列的乘積進(jìn)行處理，獲取該處 理結(jié)果的頻譜波峰的角頻率co peak 。
步驟14、根據(jù)co,f == copeak -o),，確定衛(wèi)星信號(hào)載波角頻率coif,并將衛(wèi)星信
號(hào)對(duì)應(yīng)的GPS接收機(jī)信道的數(shù)字可控振蕩器工作頻率設(shè)置為確定的衛(wèi)星信 號(hào)載波角頻率CO,f，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)載波頻率的捕獲。
實(shí)際應(yīng)用中，步驟14確定的衛(wèi)星信號(hào)載波角頻率cOjf對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星。
實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)GPS接收機(jī)接收的衛(wèi)星信號(hào)比較強(qiáng)時(shí)，步驟ll中抽取 的各數(shù)據(jù)段的時(shí)間長(zhǎng)度的總和不超過20毫秒，就可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)載波頻 率的捕獲
步驟11中，數(shù)據(jù)段的時(shí)間長(zhǎng)度L為1毫秒^LS5毫秒，數(shù)據(jù)塊的時(shí)間長(zhǎng) 度T為1毫秒的整^:倍。
當(dāng)GPS接收機(jī)接收的衛(wèi)星信號(hào)比較強(qiáng)時(shí)，數(shù)據(jù)段的時(shí)間長(zhǎng)度L的取值 不能太大。由于GPS系統(tǒng)中存在的多普勒效應(yīng)導(dǎo)致了偽碼(即偽隨機(jī)序列) 時(shí)鐘有偏移，所以，如果數(shù)據(jù)段的時(shí)間長(zhǎng)度L的取值過大，則各數(shù)據(jù)塊對(duì)應(yīng) 采樣點(diǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步，導(dǎo)致本發(fā)明捕獲的載波頻率誤差較大。
步驟13中，對(duì)抽取的數(shù)據(jù)段與相位補(bǔ)償序列的乘積進(jìn)行處理包括
步驟1311、抽取的數(shù)據(jù)段與相位補(bǔ)償序列的每個(gè)乘積中，各數(shù)據(jù)塊的 第j個(gè)采樣點(diǎn)均相互對(duì)應(yīng)，將各數(shù)據(jù)塊對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)疊加，得到數(shù)據(jù)段的疊加
序列；其中，j為自然數(shù)。
圖3為本發(fā)明一個(gè)數(shù)據(jù)段的疊加序列獲取過程示意圖。如圖3所示，數(shù) 字中頻信號(hào)S(n)中， 一個(gè)包含M個(gè)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)段與任一相位補(bǔ)償序列 P, (n) = e』"T'相乘，得到經(jīng)過相位補(bǔ)償?shù)臄?shù)字中頻序列y, (n) = S(n) x Pf (n)，數(shù)字中
頻序列y,(n)包含M個(gè)數(shù)據(jù)塊，分別為數(shù)據(jù)塊0、數(shù)據(jù)塊1.....數(shù)據(jù)塊(M-1)，
每個(gè)數(shù)據(jù)塊包括N個(gè)采樣點(diǎn)。數(shù)據(jù)塊O的采樣點(diǎn)為O、 1........ N-l,數(shù)據(jù)
塊1的釆樣點(diǎn)為N、 N+l........ 2N-1，……，數(shù)據(jù)塊(M-l)的采樣點(diǎn)為
(M-1)N、 MN-N+1........ MN-1。各數(shù)據(jù)塊的第j個(gè)采樣點(diǎn)均相互對(duì)應(yīng)，
各數(shù)據(jù)塊的對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)疊加，得到該數(shù)據(jù)段的疊加序列Yi(n)，數(shù)據(jù)段的疊加 序列Yi(n)的時(shí)間長(zhǎng)度等于一個(gè)數(shù)據(jù)塊的時(shí)間長(zhǎng)度，且包括N個(gè)采樣點(diǎn)，分 別為釆樣點(diǎn)0、 1、…、N。
實(shí)際應(yīng)用中，由于數(shù)據(jù)段的疊加序列相比較于數(shù)字中頻序列而言，其信 號(hào)幅度提高了 N倍，所以，數(shù)據(jù)段的疊加序列的功率提高了 W倍。如果GPS 接收機(jī)受到的干擾為高斯白噪聲信號(hào)，在高斯白噪聲信號(hào)變換到數(shù)據(jù)段的疊 加序列之后，高斯白噪聲的功率為原來(lái)的N倍。因此，GPS接收機(jī)的信噪 比增加了 lOlogN分貝。
步驟1312、對(duì)數(shù)據(jù)段的疊加序列進(jìn)行平方運(yùn)算，得到數(shù)據(jù)段的平方序 列。
根據(jù)圖3所示的數(shù)據(jù)段的疊加序列獲取過程，可以知道，數(shù)據(jù)段的平方
序列的時(shí)間長(zhǎng)度也等于一個(gè)數(shù)據(jù)塊的時(shí)間長(zhǎng)度。
數(shù)據(jù)段疊加后，盡管GPS接收機(jī)的信噪比提高了，但是數(shù)據(jù)段的疊加 序列的頻譜信號(hào)比較平坦，被淹沒在噪聲信號(hào)中。為了解決這個(gè)問題，對(duì)數(shù) 據(jù)段的疊加序列進(jìn)行平方運(yùn)算處理。
步驟1313、對(duì)數(shù)據(jù)段的平方序列進(jìn)行快速傅立葉變換，得到頻語(yǔ)波峰
全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)中，導(dǎo)航電文是用戶用來(lái)定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基
礎(chǔ)，就工作原理而言，導(dǎo)航電文就是從衛(wèi)星信號(hào)中解調(diào)出來(lái)的數(shù)據(jù)碼(D碼)。 由于導(dǎo)航電文采用不歸零制的二進(jìn)制碼編碼，每20ms發(fā)生一次數(shù)據(jù)位翻轉(zhuǎn) (Data Bit Transition )，所以，注入導(dǎo)4元電文后的粗碼、精碼等信息每20ms 會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)位翻轉(zhuǎn)。圖4為數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)原理示意圖。如圖4所示，圖(a)為 采用不歸零制的二進(jìn)制碼編碼的導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)波形，圖(b)為任一偽隨機(jī) 序列波形，導(dǎo)航電文的數(shù)據(jù)碼和偽隨機(jī)序列中的"+l"采用二進(jìn)制碼"0"
表示，"-r采用二進(jìn)制碼"r，表示，如果將導(dǎo)航電文注入衛(wèi)星信號(hào)，導(dǎo) 航電文數(shù)據(jù)碼與偽隨機(jī)序列之間采用模二和運(yùn)算規(guī)則，這樣，偽隨機(jī)序列每
20ms發(fā)生一次數(shù)據(jù)位翻轉(zhuǎn)，得到如圖(c)所示的信息波，可以看出，在導(dǎo) 航電文的碼值為-1的信息段內(nèi)，注入導(dǎo)航電文的偽隨機(jī)序列的碼值發(fā)生翻 轉(zhuǎn)，即，注入導(dǎo)航電文后的粗碼、精碼等信息每20ms發(fā)生一次數(shù)據(jù)位翻轉(zhuǎn)。
實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)GPS接收機(jī)接收的衛(wèi)星信號(hào)比較弱時(shí)，GPS接收機(jī)需 要從數(shù)字中頻信號(hào)采樣數(shù)據(jù)中抽取20ms以上的釆樣數(shù)據(jù)；而數(shù)字中頻信號(hào) 采樣數(shù)據(jù)每20ms發(fā)生一次數(shù)據(jù)位翻轉(zhuǎn)，因此，GPS接收機(jī)無(wú)法直接采用圖 1所示的方法捕獲載波頻率；否則，會(huì)惡化計(jì)算結(jié)果，導(dǎo)致捕獲的載波頻率 與實(shí)際載波頻率之間的誤差較大。
綜上所述，針對(duì)衛(wèi)星信號(hào)較弱的情況，本發(fā)明還對(duì)圖l所示的方法進(jìn)行
了優(yōu)化，包括
步驟ll中，數(shù)據(jù)段的時(shí)間長(zhǎng)度L為IO毫秒，數(shù)據(jù)塊的時(shí)間長(zhǎng)度T為1
毫秒；
步驟11還包括
從抽取的第一個(gè)數(shù)據(jù)段開始，依次記錄數(shù)據(jù)段的序號(hào)；由序號(hào)為奇數(shù)的 數(shù)據(jù)段組成奇數(shù)組，序號(hào)為偶數(shù)的數(shù)據(jù)段組成偶數(shù)組。 步驟121中，所述頻率搜索范圍為
赫茲；
步驟123中，所述相位補(bǔ)償序列的個(gè)數(shù)為，個(gè)。
步驟13中，所述對(duì)抽取的數(shù)據(jù)段與相位補(bǔ)償序列的乘積進(jìn)行處理包括.'
步驟1321、抽取的數(shù)據(jù)段與相位補(bǔ)償序列的每個(gè)乘積中，各數(shù)據(jù)塊的 第j個(gè)采樣點(diǎn)均相互對(duì)應(yīng)，將各數(shù)據(jù)塊對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)疊加，得到數(shù)據(jù)段的疊加 序列；其中，j為自然數(shù)；
步驟1322、對(duì)數(shù)據(jù)段的疊加序列進(jìn)行平方運(yùn)算，得到數(shù)據(jù)段的平方序
列；
步驟1323、奇數(shù)組中各數(shù)據(jù)段的平方序列的第j個(gè)采樣點(diǎn)均相互對(duì)應(yīng)， 奇數(shù)組中各數(shù)據(jù)段的平方序列的對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)疊加，得到奇數(shù)組的平方序列； 偶數(shù)組中各數(shù)據(jù)段的平方序列的第j個(gè)采樣點(diǎn)均相互對(duì)應(yīng)，偶數(shù)組中各數(shù)據(jù) 段的平方序列的對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)疊加，得到偶數(shù)組的平方序列；
步驟1324、對(duì)奇數(shù)組的平方序列和偶數(shù)組的平方序列進(jìn)行快速傅立葉 變換，得到頻譜波峰。
實(shí)際應(yīng)用中，有數(shù)據(jù)位翻轉(zhuǎn)的奇數(shù)組或偶數(shù)組經(jīng)過快速傅立葉變換后無(wú) 頻鐠峰值出現(xiàn)。
綜上所述，本發(fā)明方法中，GPS接收機(jī)接收的一個(gè)數(shù)據(jù)段或若干數(shù)據(jù)段 的數(shù)字中頻信號(hào)與相位補(bǔ)償序列經(jīng)過乘積、疊加、平方等處理后，對(duì)處理結(jié) 果進(jìn)行快速傅立葉變換，確定頻譜波峰對(duì)應(yīng)的頻率，進(jìn)而捕獲載波頻率。由 此可見，本發(fā)明方法在一維方向上實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星信號(hào)頻譜波峰的獲取，可以大
大縮短頻譜波峰的搜索時(shí)間，從而減少衛(wèi)星接收機(jī)的冷啟動(dòng)時(shí)間。 實(shí)施例
GPS接收機(jī)接收的數(shù)字中頻信號(hào)S(n^AeJ。"《的采樣頻率fs=5.043MHz，載 噪比(CNR， Carrier Noise Ratio )小于20dBHz。由載噪比可知，GPS接收機(jī)接 收的數(shù)字中頻信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度比較弱?；谶@種情況，從數(shù)字中頻信號(hào)的采樣 數(shù)據(jù)中，每10ms抽取一個(gè)數(shù)據(jù)段，共40個(gè)數(shù)據(jù)段，將各數(shù)據(jù)段均分為10個(gè) 數(shù)據(jù)塊，這樣，每個(gè)數(shù)據(jù)塊的時(shí)間長(zhǎng)度為lms，每個(gè)數(shù)據(jù)塊中有5043個(gè)采樣點(diǎn)；
其中，co,f是衛(wèi)星信號(hào)載波角頻率，采樣周期T^l/f一0.2us, n=0、 1、 2.....
50429。根據(jù)每個(gè)數(shù)據(jù)塊的時(shí)間長(zhǎng)度，可以確定補(bǔ)償角頻率的搜索范圍為[O, 1000Hz]。本實(shí)施例中，選取搜索步長(zhǎng)3/=20赫茲。
本實(shí)施例所述捕獲衛(wèi)星信號(hào)載波頻率的方法，包括如下步驟
1、 從抽取的第一個(gè)數(shù)據(jù)段開始，將數(shù)據(jù)段依次記為So、 S卜S2、 S3.....
S38、 S39，序號(hào)為奇數(shù)的數(shù)據(jù)段組成奇數(shù)組(Sp S3，…，S39}，序號(hào)為偶數(shù) 的數(shù)據(jù)段組成偶數(shù)組{ So， S2，…，S38}，每個(gè)數(shù)據(jù)段包括IO個(gè)數(shù)據(jù)塊，每 個(gè)數(shù)據(jù)塊包括5043個(gè)采樣點(diǎn)。
2、 根據(jù)搜索范圍[O, 1000]赫茲和搜索步長(zhǎng)c /^20赫茲，確定相位補(bǔ)償序列
的個(gè)數(shù)1^ = ，=50; 50個(gè)相位補(bǔ)償序列中，第i個(gè)相位補(bǔ)償序列對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償頻
率為fi,且0^f, S1000;根據(jù)補(bǔ)償角頻率 ,=2械，確定相位補(bǔ)償序列P,(n) = e」"T'; 其中，i=l、 2、 ...、 50。
3、 抽取的各數(shù)據(jù)段與相位補(bǔ)償序列的乘積yj(n)中，每個(gè)乘積的10個(gè)數(shù) 據(jù)塊的第j個(gè)采樣點(diǎn)均相互對(duì)應(yīng)，本實(shí)施例中，0Sj^5042; IO個(gè)數(shù)據(jù)塊的對(duì) 應(yīng)采樣點(diǎn)數(shù)疊加，得到數(shù)據(jù)段的疊加序列Y,(n)，該數(shù)據(jù)段的疊加序列包含 5043個(gè)采樣點(diǎn)；對(duì)數(shù)據(jù)段的疊加序列進(jìn)行平方運(yùn)算，得到一個(gè)數(shù)據(jù)段的平 方序列Y,2(n)。
圖5為本實(shí)施例一個(gè)數(shù)據(jù)段的平方序列的部分頻譜信號(hào)示意圖。如圖5
所示，對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)段的平方序列進(jìn)行快速傅立葉變換，得到的頻譜信號(hào)很弱， 可以看出，沒有任何明顯峰值。
4、 奇數(shù)組中20個(gè)數(shù)據(jù)段的平方序列的第j個(gè)采樣點(diǎn)均相互對(duì)應(yīng)，20個(gè) 數(shù)據(jù)段的平方序列的對(duì)應(yīng)釆樣點(diǎn)疊加，得到奇數(shù)組的平方序列；偶數(shù)組中 20個(gè)數(shù)據(jù)段的平方序列的第j個(gè)采樣點(diǎn)均相互對(duì)應(yīng)，20個(gè)數(shù)據(jù)段的平方序列 的對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)疊加，得到偶數(shù)組的平方序列。
5、 對(duì)奇數(shù)組的平方序列和偶數(shù)組的平方序列進(jìn)行快速傅立葉變換，得 到頻譜波峰的角頻率copMk;根據(jù)頻譜波峰的角頻率co一和相位補(bǔ)償序列的角
頻率co,，確定衛(wèi)星信號(hào)載波角頻率(Dif 。
奇數(shù)組的平方序列經(jīng)過快速傅立葉變換后，無(wú)頻"i昝波峰生成。圖6為本 實(shí)施例偶數(shù)組的平方序列的部分頻譜信號(hào)示意圖。如圖6所示，偶數(shù)組的平 方序列經(jīng)快速傅立葉變換后，得到一組頻譜波峰，該組頻譜波峰包含61、 62兩個(gè)對(duì)稱的頻譜波峰，遠(yuǎn)離縱軸的頻譜波峰62為靠近縱軸的頻譜波峰61 的鏡像頻譜波峰。因此，選擇靠近縱軸的頻譜波峰61在橫軸方向上的頻率 值的角頻率co—，根據(jù)coif = co-- co,，得到載波角頻率CO,f。
6、 將步驟5確定的衛(wèi)星信號(hào)載波角頻率coif對(duì)應(yīng)信道的本地?cái)?shù)字可控振 蕩器工作頻率設(shè)置為該衛(wèi)星信號(hào)載波角頻率o^f。
實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明實(shí)施例獲取的補(bǔ)償角頻率對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償頻率是 1000Hz的整數(shù)倍，因此，只需要針對(duì)1000Hz的整數(shù)倍進(jìn)行傅立葉(DFT, Discrete Fourier Transform )變換即可，這樣會(huì)進(jìn)一步節(jié)省接收機(jī)的存儲(chǔ)量和 計(jì)算量，也降低了冷啟動(dòng)時(shí)間。
綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的 保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改 進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種捕獲衛(wèi)星信號(hào)載波頻率的方法，其特征在于，該方法包括步驟a、從GPS接收機(jī)接收的衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)字中頻信號(hào)采樣數(shù)據(jù)中抽取時(shí)間長(zhǎng)度為L(zhǎng)的數(shù)據(jù)段，并將抽取的各數(shù)據(jù)段分成時(shí)間長(zhǎng)度為T的數(shù)據(jù)塊；其中，ωif為衛(wèi)星信號(hào)載波角頻率，n為采樣點(diǎn)序數(shù)，Ts為采樣周期，L、T均為自然數(shù)，且L≥T；b、確定補(bǔ)償角頻率為ωi的相位補(bǔ)償序列；其中，i為相位補(bǔ)償序列的序數(shù)；c、對(duì)抽取的數(shù)據(jù)段與相位補(bǔ)償序列的乘積進(jìn)行處理，獲取該處理結(jié)果的頻譜波峰的角頻率ωpeak；d、根據(jù)ωif＝ωpeak-ωi，確定衛(wèi)星信號(hào)載波角頻率ωif，并將衛(wèi)星信號(hào)對(duì)應(yīng)的GPS接收機(jī)信道的數(shù)字可控振蕩器工作頻率設(shè)置為確定的衛(wèi)星信號(hào)載波角頻率ωif，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)載波頻率的捕獲。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟a包括al、從GPS接收機(jī)接收的衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)字中頻信號(hào)釆樣數(shù)據(jù)中抽取至 少一個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度為L(zhǎng)的數(shù)據(jù)段；a 2 、將抽取的每個(gè)數(shù)據(jù)段分成 一 個(gè)或 一 個(gè)以上的時(shí)間長(zhǎng)度為T的數(shù)據(jù)塊,
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟b包括bl、根據(jù)數(shù)據(jù)塊的時(shí)間長(zhǎng)度T確定頻率搜索范圍為b2、設(shè)置搜索步長(zhǎng)^;O,丄T赫茲；b3、根據(jù)頻率搜索范圍和搜索步長(zhǎng)，確定相位補(bǔ)償序列的個(gè)數(shù)為^個(gè)，每個(gè)相位補(bǔ)償序列對(duì)應(yīng)頻率搜索范圍中的一個(gè)補(bǔ)償頻率；b4、根據(jù)補(bǔ)償頻率確定的補(bǔ)償角頻率co,，確定相位補(bǔ)償序列。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的方法，其特征在于，所述相位補(bǔ)償序 列為Pi(n)-eJ，T'。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當(dāng)GPS接收機(jī)接收的衛(wèi) 星信號(hào)強(qiáng)度高時(shí)，步驟a中，所述數(shù)據(jù)段的時(shí)間長(zhǎng)度L為l毫秒SLg毫秒； 所述數(shù)據(jù)塊的時(shí)間長(zhǎng)度T為1毫秒的整數(shù)倍；步驟c中，所述對(duì)抽取的數(shù)據(jù)段與相位補(bǔ)償序列的乘積進(jìn)行處理包括 cll、抽取的數(shù)據(jù)段與相位補(bǔ)償序列的每個(gè)乘積中，各數(shù)據(jù)塊的第j個(gè)采樣點(diǎn)均相互對(duì)應(yīng)，將各數(shù)據(jù)塊的對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)疊加，得到數(shù)據(jù)段的疊加序列；其中，j為自然數(shù)；c12、對(duì)數(shù)據(jù)段的疊加序列進(jìn)行平方運(yùn)算，得到數(shù)據(jù)段的平方序列； c13、對(duì)數(shù)據(jù)段的平方序列進(jìn)行快速傅立葉變換，得到頻語(yǔ)波峰。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當(dāng)GPS接收機(jī)接收的衛(wèi) 星信號(hào)強(qiáng)度低時(shí)，數(shù)字中頻信號(hào)采樣數(shù)據(jù)每20毫秒發(fā)生一次數(shù)據(jù)位翻轉(zhuǎn)， 步驟a中，所述數(shù)據(jù)段的時(shí)間長(zhǎng)度L為IO毫秒，所述數(shù)據(jù)塊的時(shí)間長(zhǎng)度T為 1毫秒；步驟a還包括從抽取的第一個(gè)數(shù)據(jù)段開始，依次記錄數(shù)據(jù)段的序號(hào)；由序號(hào)為奇數(shù)的 數(shù)據(jù)段組成奇數(shù)組，序號(hào)為偶數(shù)的數(shù)據(jù)段組成偶數(shù)組； 步驟bl中，所述頻率搜索范圍為
赫茲；步驟b3中，所述相位補(bǔ)償序列的個(gè)數(shù)為1M個(gè)；步驟c中，所述對(duì)抽取的數(shù)據(jù)段與相位補(bǔ)償序列的乘積進(jìn)行處理包括 c21、抽取的數(shù)據(jù)段與相位補(bǔ)償序列的每個(gè)乘積中，各數(shù)據(jù)塊的第j個(gè)采樣點(diǎn)均相互對(duì)應(yīng)，將各數(shù)據(jù)塊對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)疊加，得到數(shù)據(jù)段的疊加序列；其中，j為自然數(shù)；c22、對(duì)數(shù)據(jù)段的疊加序列進(jìn)行平方運(yùn)算，得到數(shù)據(jù)段的平方序列； c23、奇數(shù)組中各數(shù)據(jù)段的平方序列的第j個(gè)采樣點(diǎn)均相互對(duì)應(yīng)，奇數(shù)組 中各數(shù)據(jù)段的平方序列的對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)疊加，得到奇數(shù)組的平方序列；偶數(shù)組 中各數(shù)據(jù)段的平方序列的第j個(gè)采樣點(diǎn)均相互對(duì)應(yīng)，偶數(shù)組中各數(shù)據(jù)段的平方序列的對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)疊加，得到偶數(shù)組的平方序列；對(duì)奇數(shù)組的平方序列和偶數(shù)組的平方序列進(jìn)行快速傅立葉變換， 得到頻譜波峰。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種捕獲衛(wèi)星信號(hào)載波頻率的方法，包括以下步驟從衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)字中頻信號(hào)S(n)＝Ae^jwifnTs采樣數(shù)據(jù)中抽取數(shù)據(jù)段，并將各數(shù)據(jù)段分成數(shù)據(jù)塊，ω_if為衛(wèi)星信號(hào)載波角頻率；確定補(bǔ)償角頻率為ω_i的相位補(bǔ)償序列；對(duì)抽取的數(shù)據(jù)段與相位補(bǔ)償序列的乘積進(jìn)行處理，獲取頻譜波峰的角頻率ω_peak；根據(jù)ω_if＝ω_peak-ω_i，確定衛(wèi)星信號(hào)載波角頻率ω_if，并將GPS接收機(jī)對(duì)應(yīng)信道的數(shù)字可控振蕩器工作頻率設(shè)置為ω_if，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)載波頻率的捕獲。本發(fā)明方法能減少載波頻率的搜索時(shí)間，減少冷啟動(dòng)時(shí)間，可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星接收系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)G01S1/00GK101393258SQ20081020189
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日
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