一種北斗二代衛(wèi)星b1信號(hào)的捕獲方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種北斗二代衛(wèi)星BI信號(hào)的捕獲方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是非常重要的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，不僅可以應(yīng)用于軍事、減災(zāi)救災(zāi)和公共安全領(lǐng)域，也漸漸在個(gè)人導(dǎo)航、交通管理、電信、漁業(yè)等眾多民用領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。目前民用市場(chǎng)中，基于位置服務(wù)的應(yīng)用需求急劇增加，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)以及交通、通信的結(jié)合日趨緊密，各種打車(chē)軟件、公交查詢軟件以及商家推廣業(yè)務(wù)等都需要導(dǎo)航定位系統(tǒng)的支持，因此衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有著非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。
[0003]中國(guó)于2004年開(kāi)始研發(fā)全球性的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，即北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)已于2012年末覆蓋亞太地區(qū)，計(jì)劃將于2020年覆蓋全球。北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面控制段以及用戶段設(shè)備組成?？臻g段的標(biāo)準(zhǔn)星座包括有5顆靜止軌道衛(wèi)星(GEO)和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，非靜止軌道衛(wèi)星由27顆中圓軌道衛(wèi)星(MEO)和3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星(IGSO)組成，截止到2012年底，在軌的工作衛(wèi)星有5顆地球靜止軌道衛(wèi)星、4顆中圓軌道衛(wèi)星和5顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)屬于無(wú)源的全球性衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，用戶段設(shè)備無(wú)須發(fā)送定位申請(qǐng)，只需要接收衛(wèi)星播發(fā)的信號(hào)，就能夠直接計(jì)算出自己的位置。
[0004]因此，對(duì)于北斗導(dǎo)航的接收機(jī)而言，搜索并成功捕獲到北斗二代衛(wèi)星信號(hào)是其最基本也是最重要的功能。但是北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的BI信號(hào)引入了二次編碼技術(shù)用于抑制窄帶干擾，該技術(shù)的引入對(duì)北斗導(dǎo)航的接收機(jī)的捕獲方法提出挑戰(zhàn)。
[0005]北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的BI信號(hào)是一種擴(kuò)頻信號(hào)，衛(wèi)星信號(hào)捕獲的基本過(guò)程是使用本地產(chǎn)生的復(fù)現(xiàn)C/A信號(hào)與接收到的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行相干積分操作，即相關(guān)操作，根據(jù)相干積分計(jì)算的結(jié)果判斷是否捕獲到衛(wèi)星。相干積分時(shí)間的長(zhǎng)短決定了捕獲到的衛(wèi)星能量的大小，因此增加相干積分的時(shí)間長(zhǎng)度，捕獲得到的衛(wèi)星信號(hào)的能量就越強(qiáng)，從而捕獲衛(wèi)星信號(hào)的靈敏度就越高。但是二次編碼調(diào)制技術(shù)的使用使得BI信號(hào)的符號(hào)位跳變間隔降為1ms，即每間隔Ims就有可能發(fā)生符號(hào)位的翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致無(wú)法直接應(yīng)用現(xiàn)有的長(zhǎng)時(shí)間相干積分捕獲算法，影響B(tài)I信號(hào)捕獲的靈敏度。
[0006]在2013年I月8日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?01310005727.4的中國(guó)發(fā)明，提出了北斗接收機(jī)多衛(wèi)星信號(hào)聯(lián)合捕獲方法，所述方法將北斗接收機(jī)中輸入的BI頻點(diǎn)中頻信號(hào)及其延遲信號(hào)進(jìn)行相乘運(yùn)算，再與多衛(wèi)星奇偶兩路延遲組合測(cè)距偽碼序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算及相關(guān)峰值檢測(cè)，最后利用單顆可見(jiàn)星對(duì)應(yīng)碼相位及載波頻率判別方法，獲得多星搜索結(jié)果中單顆可見(jiàn)星碼相位及載波頻率值，為北斗接收機(jī)的信號(hào)跟蹤模塊提供初始參數(shù)。所述方法提供了對(duì)多顆衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行并行搜索與捕獲的功能；輸入信號(hào)及延遲信號(hào)長(zhǎng)度選擇可以不再受導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)比特跳變的影響；提高了接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的捕獲處理效率。
[0007]在2014年3月20日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?01410103896.6的中國(guó)發(fā)明，涉及一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)位同步方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)信號(hào)基帶處理方法技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用分組比特匹配的思想，在保留原有接收機(jī)捕獲、跟蹤結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上改善和優(yōu)化位同步過(guò)程，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)北斗信號(hào)位同步和幀同步，且不受NH碼相位跳變的影響；可方便快速地實(shí)現(xiàn)NH碼剝離，不會(huì)造成額外的時(shí)間延遲；消除數(shù)據(jù)比特跳變和NH碼相位變化的影響，可實(shí)現(xiàn)預(yù)檢測(cè)積分時(shí)間20ms。將極大地提高信噪比，提高北斗弱信號(hào)的捕獲跟蹤靈敏度。
[0008]在2007年10月15日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?00710175872.1的中國(guó)發(fā)明，公開(kāi)了一種GNSS接收機(jī)的基帶信號(hào)處理方法。本方法主要適用于GNSS接收機(jī)普通測(cè)距碼信號(hào)的接收，并在頻域內(nèi)完成基帶信號(hào)的捕獲、跟蹤處理，易基于大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)。捕獲過(guò)程中，利用FFT和IFFT計(jì)算方法進(jìn)行成組計(jì)算來(lái)簡(jiǎn)化時(shí)域相關(guān)運(yùn)算。碼跟蹤過(guò)程中，首先利用FFT和IFFT運(yùn)算找出多個(gè)相關(guān)峰位置，然后利用曲線擬合的方法完成碼相位的精確估計(jì)。載波跟蹤過(guò)程中，首先根據(jù)捕獲時(shí)得到的粗略載波頻率估計(jì)值確定計(jì)算DFT值點(diǎn)的范圍，并利用滑動(dòng)DFT方法計(jì)算這部分點(diǎn)的DFT值，然后利用插值DFT方法對(duì)載波頻率進(jìn)行估計(jì)。在導(dǎo)航電文恢復(fù)時(shí)，利用了碼跟蹤過(guò)程中IFFT的輸出結(jié)果完成數(shù)據(jù)的解調(diào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題之一，在于提供一種北斗二代衛(wèi)星BI信號(hào)的捕獲方法，解決了二次編碼調(diào)制技術(shù)帶來(lái)的符號(hào)位翻轉(zhuǎn)問(wèn)題，是根據(jù)BI信號(hào)中調(diào)制的二次編碼NH碼的特性，遍歷搜索其中不受符號(hào)位跳變影響的序列，對(duì)該段序列進(jìn)行定長(zhǎng)時(shí)間的相干積分捕獲，提高BI信號(hào)的捕獲靈敏度。
[0010]本發(fā)明的問(wèn)題之一，是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種北斗二代衛(wèi)星BI信號(hào)的捕獲方法，包括如下步驟:
步驟1、接收機(jī)將天線接收到的BI信號(hào)經(jīng)射頻前端處理后變成數(shù)字中頻信號(hào)，為接收機(jī)捕獲提供輸入信號(hào)來(lái)源；
步驟2、接收機(jī)接收數(shù)字中頻信號(hào)后，粗略剝離數(shù)字中頻信號(hào)中的載波并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取操作，然后存儲(chǔ)處理好的數(shù)據(jù)；
步驟3、在存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中，每間隔Ims就取4ms長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，共取20次；
步驟4、對(duì)插值后的4ms長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)進(jìn)行多普勒頻率的搜索并剝離殘余的載波；
步驟5、將剝離殘余的載波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行4點(diǎn)DFT計(jì)算；
步驟6、經(jīng)過(guò)4點(diǎn)DFT計(jì)算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)剝離載波，接著進(jìn)行FFT計(jì)算，然后與共軛FFT值相乘，再進(jìn)行IFFT計(jì)算，然后將IFFT計(jì)算的結(jié)果取模值，得到相關(guān)峰結(jié)果；將所有20次4ms長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)都進(jìn)行步驟3至步驟5的處理，得到相關(guān)峰結(jié)果；
步驟7、對(duì)所有20次4ms長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)的相關(guān)峰結(jié)果進(jìn)行排序，得到其中最大的峰值，將其與捕獲閾值進(jìn)行比較，若最大的峰值比捕獲閾值大，則說(shuō)明有捕獲到BI信號(hào)；若最大的峰值比捕獲閾值小，則說(shuō)明沒(méi)有捕獲到BI信號(hào)。
[0011]進(jìn)一步地，所述步驟2具體如下:
接收機(jī)接收數(shù)字中頻信號(hào):，通過(guò)產(chǎn)生的本地載波進(jìn)行下變頻操作，將數(shù)字中頻信號(hào)中的中頻載波去除，僅殘留多普勒頻率；經(jīng)過(guò)載波剝離之后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)抽取，將數(shù)據(jù)速率降低；經(jīng)過(guò)抽取后的數(shù)據(jù)通過(guò)緩沖器寫(xiě)入存儲(chǔ)器中進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0012]進(jìn)一步地，所述步驟3中的插值具體如下: 第一次取出第l~4ms的數(shù)據(jù)，第二次取出第2~5ms的數(shù)據(jù)，第三次取出第3~6ms的數(shù)據(jù)，依次類(lèi)推，共取出20次4ms長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值。
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟5中的4點(diǎn)DFT計(jì)算步驟如下:
將4ms長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)分為第1ms、第2ms、第3ms和第4ms的四段數(shù)據(jù)，然后分別從第1ms、第2ms、第3ms和第4ms中取出一個(gè)數(shù)據(jù)，共4個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行4點(diǎn)DFT計(jì)算。
[0014]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題之二，在于提供一種北斗二代衛(wèi)星BI信號(hào)的捕獲系統(tǒng)，解決了二次編碼調(diào)制技術(shù)帶來(lái)的符號(hào)位翻轉(zhuǎn)問(wèn)題，是根據(jù)BI信號(hào)中調(diào)制的二次編碼NH碼的特性，遍歷搜索其中不受符號(hào)位跳變影響的序列，對(duì)該段序列進(jìn)行定長(zhǎng)時(shí)間的相干積分捕獲，提高BI信號(hào)的捕獲靈敏度。
[0015]本發(fā)明的問(wèn)題之二，是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種北斗二代衛(wèi)星BI信號(hào)的捕獲系統(tǒng)，包括:
接收模塊，用于接收機(jī)將天線接收到的BI信號(hào)經(jīng)射頻前端處理后變成數(shù)字中頻信號(hào)，為接收機(jī)捕獲提供輸入信號(hào)來(lái)源；
混頻抽取模塊，用于在接收機(jī)接收數(shù)字中頻信號(hào)后，粗略剝離數(shù)字中頻信號(hào)中的載波并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取操作，然后存儲(chǔ)處理好的數(shù)據(jù)；
插值模塊，用于在存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中，每間隔Ims就取4ms長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，共取20
次；
搜索剝離模塊，