本發(fā)明屬于導航通信中boc信號捕獲的相關領域，具體為在殘余頻偏下基于長碼調(diào)制的boc信號的捕獲算法。

背景技術：

隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(globalnavigationsatellitesystems，gnss)的迅猛發(fā)展，導航頻段變得越來越擁擠，各種導航信號的捕獲變得越來越困難。同時，衛(wèi)星導航廣泛應用于軍事和民用領域，是關系到國家發(fā)展和領域安全的重要技術。目前，已投入運行的gnss包括：美國政府管理的全球定位系統(tǒng)(globalpositionsystem，gps)，歐盟及歐洲航天局管理的伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)(galileosatellitenavigationsystem，galileo)，俄羅斯聯(lián)邦政府管理的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(globalnavigationsatellitesystem，glonass)，我國政府管理的北斗衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)(beidounavigationsatellitesystem，bds)，印度政府管理的區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)(indiaregionalnavigationsatellitesystem，irnss)，及日本政府管理的準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)(quasi-zenithsatellitesystem，qzss)等。然而，各個導航系統(tǒng)帶來方便的同時，造成了頻帶資源利用率的下降。為了避免頻帶之間的同頻干擾，二進制偏移載波調(diào)制(binaryoffsetcarrier，boc)被用來解決上述問題，由于boc信號相對于傳統(tǒng)的bpsk信號具有功率譜分裂的特點，捕獲的難度也隨之增大，所以對于boc信號捕獲的研究很有必要。

目前對于殘余頻偏下長碼調(diào)制的boc信號的捕獲研究較少，為了提高捕獲過程中的精度，需要采用一些方法消除頻偏以及副峰帶來的干擾。文獻“基于pmf-fft的高動態(tài)多進制擴頻信號的捕獲算法”對于多進制擴頻信號的捕獲問題，提出了一種將功率譜平均與部分匹配濾波相融合的方法，該方法不僅可以捕獲到偽碼，而且可以近似捕獲到多普勒頻偏的大致范圍。但是該方法僅僅驗證了適用于多進制擴頻信號，對于boc信號還有待驗證。文獻“基于xfast自適應的直接捕獲算法”提出了一種新穎的xfast算法，將本地偽碼利用非相關累加的性質(zhì)進行組合，這樣可以增大偽碼捕獲的范圍，但是該方法中頻偏補償精度較低。文獻“boc調(diào)制系統(tǒng)性能分析及碼同步技術的研究”，通過接收機產(chǎn)生兩路相互正交的本地復現(xiàn)boc信號和qboc信號分別與輸入信號進行相關運算，通過相關運算可以得到和bpsk信號的自相關函數(shù)相似的合成相關函數(shù)來消除副峰，但是該算法失去了boc信號主峰寬度窄的優(yōu)點并且捕獲時間較長。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題，針對殘余頻偏下長碼調(diào)制的boc信號由于多峰性導致的捕獲模糊性問題，由于fft頻譜峰值的衰減隨著多普勒頻率的增大而增大，對信號的捕獲會產(chǎn)生比較大的干擾，針對以上問題，本文提出了一種加窗的pmf-fft的偽碼捕獲算法，這樣可以減少頻譜泄露提高捕獲的精度。

本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案是：在殘余頻偏下基于加窗pmf-fft的boc信號捕獲算法，其步驟在于，將接收到的帶有殘余頻偏的boc信號經(jīng)過射頻端處理以后得到待用信號，然后將接收信號與本地偽碼保持相對滑動的狀態(tài)，由于部分匹配濾波是一個低通濾波的過程，接受信號與本地偽碼相乘以后，經(jīng)過pmf處理達到降速的目的，即將得到的新的序列m個數(shù)據(jù)中每l個數(shù)據(jù)累加到一起，此時為了防止頻譜泄露將長度為l的數(shù)據(jù)進行加窗處理，然后將m個數(shù)據(jù)變?yōu)楝F(xiàn)在的p個數(shù)據(jù)(p＝m/l)，對降速以后的p點進行fft處理，頻譜峰值超過門限說明捕獲成功，如果沒有超過門限，調(diào)整本地偽碼繼續(xù)上述操作。

將pmf-fft的算法應用到長碼調(diào)制的boc信號中可以很好的捕獲效果，boc信號的調(diào)制是在bpsk調(diào)制的基礎上增加了副載波的調(diào)制，使得信號的功率譜出現(xiàn)裂譜的特性，而且?guī)в袣堄囝l偏的boc信號的功率譜在原boc信號功率譜的基礎上功率譜向兩邊偏移，此時采用加窗的pmf-fft捕獲算法能夠有效較少fft頻譜峰值的衰減，在較少運算量的前提下能夠起到快速捕獲的目的。

本發(fā)明將加窗的pmf-fft算法應用到長碼調(diào)制的boc信號的捕獲過程中，推導了帶有殘余頻偏的boc信號的功率譜，以及該方法實現(xiàn)的具體步驟，驗證了pmf-fft能夠快速捕獲的有效性，克服了由于boc信號的多峰性以及帶有殘余頻偏的boc信號帶來捕獲難的問題，從而提高了信號捕獲的靈活性。綜上所述，本發(fā)明在實際的信號捕獲應用中具有重大意義。

附圖說明

圖1本發(fā)明的加窗pmf-fft的捕獲原理框圖；

圖2本發(fā)明的bpsk和boc(2,1)的功率譜圖；

圖3本發(fā)明的加窗pmf-fft對檢測概率的影響；

圖4本發(fā)明的漢明窗pmf-fft的點數(shù)對檢測概率的影響；

圖5本發(fā)明的累加次數(shù)對檢測概率的影響；

圖6本發(fā)明的累加次數(shù)對捕獲時間的影響；

具體實施方式

以下結合附圖和具體實例，對本發(fā)明的實施作進一步的描述。

步驟一：圖1所示為本發(fā)明殘余頻偏下boc信號的捕獲算法實現(xiàn)的具體框圖，具體步驟：將接收到的帶有殘余頻偏的boc信號經(jīng)過射頻端處理以后得到待用信號，然后將接收信號與本地偽碼保持相對滑動的狀態(tài)，由于部分匹配濾波是一個低通濾波的過程，接受信號與本地偽碼相乘以后，經(jīng)過pmf處理達到降速的目的，即將得到的新的序列m個數(shù)據(jù)中每l個數(shù)據(jù)累加到一起，此時為了防止頻譜泄露將長度為l的數(shù)據(jù)進行加窗處理，然后將m個數(shù)據(jù)變?yōu)楝F(xiàn)在的p個數(shù)據(jù)(p＝m/l)，對降速以后的p點進行fft處理，頻譜峰值超過門限說明捕獲成功，如果沒有超過門限，調(diào)整本地偽碼繼續(xù)上述操作，從而避免了由于boc信號多峰特性造成的捕獲難的問題，實現(xiàn)對帶有殘余頻偏的boc信號的捕獲。

步驟二：圖2所示為bpsk和boc信號的功率譜，從圖2可以看出boc信號的功率譜在bpsk功率譜的基礎上出現(xiàn)了裂譜的特性，帶有殘余頻偏的boc信號在boc信號的基礎上往左右偏移。

boc調(diào)制直擴信號的數(shù)學表達式為：

s(t)＝sboc(t)·cos(2πf0t)(1)

式中：f0為載波頻率，sboc(t)為基帶boc直擴信號，具體表達式如下：

式中：di為信息碼，cl為偽隨機序列，這里采用m序列的形式。cs(t)是周期為2ts的方波副載波，tc為偽碼碼元寬度，nc表示一個偽碼周期內(nèi)包含碼片的個數(shù)，bk為經(jīng)信息碼調(diào)制的偽碼序列，其取值為±1，為門函數(shù)，g為一個信息碼的寬度，定義p＝lg為擴頻調(diào)制比(l表示偽碼周期)，則當p為正整數(shù)時，該信號為周期長碼擴頻，如不是整數(shù)則為非周期長碼擴頻。

此時的信號可以表示為：

式中，sd(t)為解調(diào)后帶有殘余頻偏的基帶boc直擴信號，wd(t)為解調(diào)后殘留的噪聲。

此時帶有殘余頻偏的基帶boc直擴信號的自相關可表示為：

其中：

則：

式中，rb(i)為經(jīng)信息碼調(diào)制的偽碼序列{bk}的自相關函數(shù)。對式(6)做傅立葉變換可得帶有殘余頻偏的基帶boc直擴信號的功率譜密度：

式中，|q(f)|²表示脈沖q(t)的能量譜密度，gb(f)為經(jīng)信息碼調(diào)制的偽碼序列{bk}的功率譜密度，表示卷積。下面分析序列{bk}的功率譜密度。

本文采用的m序列的周期為nctc,其中碼片寬度為tc，由此可得該序列的自相關函數(shù)為：

對式(8)作傅里葉變換就得到m序列的功率譜密度：

同理，假設信息碼的±1是等概出現(xiàn)的，可以得到其自相關函數(shù)為：

功率譜密度為：

gd(f)＝nctcsa²(πfnctc)(11)

序列{bk}由信息序列和偽隨機序列相乘得到，由傅立葉變換的卷積性質(zhì)得到其功率譜密度為：

利用則式(12)可簡化為：

將式(13)代入式(7)中，以boc(10,5)為例，可得帶有殘余頻偏的基帶boc直擴信號的功率譜密度：

步驟三：從信號分析處理的方面可以將pmf過程通過兩步來完成，首先，m個數(shù)據(jù)x(n)和長度為l，函數(shù)值為1的矩形窗w(n)進行卷積，可以表示為：

然后以抽取率l對r(m)抽取，對數(shù)據(jù)進行降速處理，處理后的信號表示為：

pmf過程抑制了高頻成分，對數(shù)據(jù)抽取以后減少了運算量，節(jié)省了fft的運算時間。

圖3所示的是加凱澤窗，漢明窗和漢寧窗以后的函數(shù)對檢測概率的影響，利用仿真實驗對本發(fā)明算法的有效性，實驗參數(shù)設置為：對于fft設置的點數(shù)為64，累加次數(shù)為5，從仿真結果可以看出，累加次數(shù)一定的情況下，隨著fft點數(shù)的增加，檢測概率隨之增加。當累加次數(shù)和fft點數(shù)一定的情況下，加上窗以后，減少了頻譜泄露，檢測概率也有所提高且加上漢明窗后的效果要優(yōu)于凱澤窗和漢寧窗。

圖4所示的是加漢明窗以后的函數(shù)對檢測概率的影響，利用仿真實驗對本發(fā)明算法的有效性，實驗參數(shù)設置為：對于fft設置的點數(shù)為64，128，累加次數(shù)為5，加上漢明窗和未加漢明窗的對比圖，從仿真結果可以看出，累加次數(shù)一定的情況下，隨著fft點數(shù)的增加，檢測概率隨之增加。當累加次數(shù)和fft點數(shù)一定的情況下，加上漢寧窗以后，減少了頻譜泄露，檢測概率也有所提高。

步驟四：圖5所示的是累加次數(shù)對檢測概率的影響，fft的點數(shù)設置為64，累加次數(shù)分別為10，30，50，100的時候，檢測概率相對于累加次數(shù)為10，分別提高了3db，4db，6db，隨著累加次數(shù)的增加，檢測概率隨之增加，但是累加次數(shù)換來的檢測概率的提高，是以累加次數(shù)為代價的。

步驟五：圖6所示的是累加次數(shù)對平均捕獲時間的影響，輸出最大值超過門限的時候，則進行校驗跟蹤過程。誤警情況下，校驗環(huán)節(jié)過程中將增加捕獲的時間，則增加的捕獲時間值為u·τd，u代表懲罰因子，pd表示信號的檢測概率，τd代表搜索一個單元所需的檢測時間，平均捕獲時間可以表示為：

歸一化得到：

當懲罰因子為40的情況下，fft的點數(shù)為40，隨著累加次數(shù)的增加，捕獲概率隨之增加。