一種基于小波域?yàn)V波碼捕獲方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于導(dǎo)航信號(hào)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于小波域?yàn)V波碼捕獲方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，簡(jiǎn)稱(chēng)GNSS)是全球性 的位置與時(shí)間測(cè)定系統(tǒng)，它包括衛(wèi)星星座、地面監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及用戶終端設(shè)備，可為地球表面、 近地面和地球外空任意地點(diǎn)的用戶提供全天候、實(shí)時(shí)、高精度的三維位置、速度以及精密的 時(shí)間信息。GPS系統(tǒng)、Galilea系統(tǒng)和GLONASS系統(tǒng)都屬于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的范疇。
[0003]GNSS信號(hào)是經(jīng)過(guò)直接序列擴(kuò)頻調(diào)制的擴(kuò)頻信號(hào)，對(duì)經(jīng)過(guò)直接擴(kuò)頻調(diào)制的衛(wèi)星導(dǎo)航 信號(hào)的捕獲是GNSS系統(tǒng)需要解決的首要問(wèn)題。串行捕獲方法是一種信號(hào)捕獲技術(shù)，但此 方法采用時(shí)域計(jì)算接受碼和本地碼相關(guān)，一次計(jì)算只能得到一個(gè)碼相位的相關(guān)值，且計(jì)算 量大，捕獲耗時(shí)較長(zhǎng)。為彌補(bǔ)串行捕獲方法的自身缺陷，出現(xiàn)了并行捕獲方法。并行捕獲 方法是將時(shí)域計(jì)算接收碼和本地碼相關(guān)轉(zhuǎn)化為頻域方法計(jì)算，且頻域有相應(yīng)的快速傅里葉 變換（FastFourierTransformation，F(xiàn)FT)。并行捕獲方法雖節(jié)省了大量的捕獲時(shí)間，但 由于需要捕獲接收GNSS弱信號(hào)，需要大數(shù)據(jù)量的相關(guān)積累。為了更加快速、準(zhǔn)確的計(jì)算接 收碼和本地碼相關(guān)，部分匹配濾波（partialmatchedfilter，PMF)方法應(yīng)運(yùn)而生，其中具 有代表性的方法是基于非相干積累的部分匹配濾波（partialmatchedfilterbasedon non-coherentaccumulation，PMF_NCA)方法。
[0004] 基于非相干積累的部分匹配濾波方法的基本過(guò)程可以描述為：將進(jìn)行下變頻后的 基帶信號(hào)進(jìn)行部分匹配濾波，然后進(jìn)行非相干積累，最后將積累的判決量進(jìn)行閾值判定。采 用非相干積累有兩點(diǎn)好處：一是提高了信噪比進(jìn)而提高了檢測(cè)概率；二是克服了導(dǎo)航數(shù)據(jù) 調(diào)制所帶來(lái)的比特翻轉(zhuǎn)問(wèn)題。但是非相干積累采用將信號(hào)平方進(jìn)行積累的方式，這種是積 累方式也將噪聲幅度也給平方了，所以非相干積累提高檢測(cè)概率的能力是有限的。
[0005] 由于非相干積累增大了噪聲幅度，限制了提高檢測(cè)概率的能力，因此，需要探尋一 種克服現(xiàn)有基于非相干積累的部分匹配濾波方法的途徑，從而提高信號(hào)的信噪比，將會(huì)更 加有利于對(duì)GNSS弱信號(hào)的捕獲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種基于小波域?yàn)V波碼捕 獲方法，該方法能有效地濾除噪聲，能更大程度地提高信號(hào)的信噪比，進(jìn)而提高檢測(cè)概率的 能力。
[0007] 本發(fā)明上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種基于小波域?yàn)V波碼捕獲方法，其 特征在于包括如下步驟：
[0008] 步驟1、對(duì)接收的中頻信號(hào)進(jìn)行下變頻處理，得到基帶信號(hào)s>);
[0009] 步驟2、將基帶信號(hào)s>)分為Q個(gè)數(shù)據(jù)段，各數(shù)據(jù)段表示為(η)，…，& (η)，…， (η)，分別將各個(gè)數(shù)據(jù)段進(jìn)行快速傅里葉變換，然后再與本地碼c(n+m)的快速傅里葉變 換的復(fù)共輒進(jìn)行相乘，得到的乘積再分別取快速傅里葉逆變換，獲得與各個(gè)數(shù)據(jù)段相對(duì)應(yīng) 的相關(guān)函數(shù)，用札(η)、!?>)、& (η)分別表示基帶信號(hào)s>)每一數(shù)據(jù)段對(duì)應(yīng)的相關(guān)函數(shù)：
[0011] 其中，F(xiàn)FT0表示取信號(hào)快速傅里葉變換；IFFT0表示求信號(hào)的快速傅里葉逆變 換；conj()表示求信號(hào)的復(fù)共輒；
[0012] 步驟3、對(duì)步驟2獲得的相關(guān)函數(shù)進(jìn)行分段處理獲取同步相關(guān)值向量；
[0013] 步驟4、對(duì)步驟3獲得的同步相關(guān)值向量進(jìn)行小波變換，獲得小波系數(shù)；
[0014] 步驟5、對(duì)步驟4獲得的小波系數(shù)進(jìn)行低通濾波；
[0015] 步驟6、對(duì)低通濾波后的小波系數(shù)進(jìn)行小波反變換得到重構(gòu)信號(hào)；
[0016] 步驟7、對(duì)重構(gòu)信號(hào)進(jìn)行非相干積累，并構(gòu)造判決統(tǒng)計(jì)量；
[0017] 步驟8、門(mén)限判決。
[0018] 所述基帶信號(hào)的獲取方法為：
[0019] 對(duì)接收的中頻信號(hào)r(η)進(jìn)行下變頻處理，得到基帶信號(hào)s(n):
[0021] 其中，sjn)為基帶信號(hào)；P(n)為中頻信號(hào)r(n)的噪聲，且為復(fù)高斯噪聲，實(shí)部、虛 部均服從均值為〇,方差為σ2的高斯分布；為信號(hào)頻率，Af為搜索步長(zhǎng)，i為搜索次數(shù)； r(n)為接收的中頻信號(hào)；h(l)為信道的衰落因子；c(n+p)為接收的C/A碼，C/A碼為全球?qū)?航衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)出的一種偽隨機(jī)碼；P為初始相位；η= 0,. . .，N-1 ;N為采樣點(diǎn)數(shù)；
[0022] 所述步驟3中對(duì)步驟2獲得的相關(guān)函數(shù)進(jìn)行分段處理獲取同步相關(guān)值向量的方法 為：
[0023] 在Rq(n)中，設(shè)0<η<Ρ，其中PXQ=N，N為采樣點(diǎn)數(shù)，當(dāng)本地碼c(n+m)與接收 的C/A碼c(n+p)同步時(shí)，即m=p，則相關(guān)函數(shù)的同步相關(guān)值向量s為：
[0024] s=[Ri(p) ...Rq (p) ...Rq (p)]
[0025] 其中，Rq(p)為第qms同步時(shí)的相關(guān)值，即
[0027] 其中，q= 1，. . .，Q，
：Co為lms的點(diǎn)數(shù)；h⑴為信道的衰落因子，f。為基 帶信號(hào)的頻率;W(q)為基帶信號(hào)噪聲且為復(fù)高斯噪聲，實(shí)部、虛部都服從均值為0,方差為Co*σ2的高斯分布。
[0028] 所述步驟4中對(duì)步驟3獲得的同步相關(guān)值向量進(jìn)行小波變換獲得小波系數(shù)的方法 為：
[0029] 對(duì)同步相關(guān)值向量s進(jìn)行小波變換：
[0031] 其中，A;(q)djq)表示小波基函數(shù)；J為小波分解的級(jí)數(shù)；sr(l)，sr(2)，· · ·，sr(k) ，...，S(J+1)為與小波基函數(shù)對(duì)應(yīng)的小波系數(shù)。
[0032] 所述步驟6獲得重構(gòu)信號(hào)的方法為：
[0033] 設(shè)低頻段的小波系數(shù)\(1)進(jìn)行低通濾波后的值為\(1)';
[0034] 對(duì)低頻段的小波系數(shù)\(1)進(jìn)行低通濾波后的值\(1)'進(jìn)行小波反變換得到的 重構(gòu)信號(hào)為：
[0036] 其中AJ(q)為低頻小波基函數(shù)；q= 1，. . .，Q。
[0037] 所述步驟7的方法為：
[0038] 對(duì)重構(gòu)信號(hào)sf(q)進(jìn)行非相干積累，并構(gòu)造判決統(tǒng)計(jì)量Z:
[0040] 其中Co為1ms的點(diǎn)數(shù)；〇 2為噪聲方差；Q為數(shù)據(jù)段數(shù)。
[0041] 所述步驟8中的門(mén)限判決的方法為：設(shè)γ為判決門(mén)限，判決門(mén)限γ為預(yù)先設(shè)定的 經(jīng)驗(yàn)值，或者通過(guò)設(shè)先設(shè)定的虛警概率求取獲得，將判決門(mén)限γ與決統(tǒng)計(jì)量Ζ進(jìn)行比較，若 決統(tǒng)計(jì)量Ζ大于判決門(mén)限γ，表示接收端檢測(cè)到信號(hào)，若決統(tǒng)計(jì)量Ζ小于判決門(mén)限γ則表 示接收端沒(méi)有檢測(cè)到信號(hào)。
[0042] 本發(fā)明還可以包括如下步驟：步驟9、根據(jù)構(gòu)造的判決統(tǒng)計(jì)量Ζ得出總的虛警概率 Pfa 為：
[0044] 其中P表示帶搜索C/A碼相位數(shù)；γ為判決門(mén)限，判決門(mén)限γ為預(yù)先設(shè)定的經(jīng)驗(yàn) 值，或者通過(guò)設(shè)先設(shè)定的虛警概率求取獲得，Ρ{Ζ〈γ}表示當(dāng)Ζ小于判決門(mén)限γ的概率。
[0045] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0046] 1、本發(fā)明對(duì)獲取的信號(hào)進(jìn)行頻域相關(guān)處理，使得本方法能一次相關(guān)計(jì)算所有碼相 位對(duì)應(yīng)的相關(guān)值。
[0047] 2、本方法引入了小波域?yàn)V波處理信號(hào)的方式，保證了濾波后的有用信號(hào)能量沒(méi)有 減少且使濾波后噪聲信號(hào)的能量和方差減小，提高了檢測(cè)概率。
【附圖說(shuō)明】
[0048] 圖1為基于小波域?yàn)V波碼捕獲方法的處理流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0050] 本實(shí)施例提供了一種基于小波域?yàn)V波碼捕獲方法，從圖1可以看出，接收的中頻 信號(hào)依次經(jīng)過(guò)下變頻單元、頻域相關(guān)處理、分段處理、小波變換、低通濾波、小波反變換、非 相干積累單元和門(mén)限判決等處理步驟，詳細(xì)為：
[0051] 步驟1、對(duì)接收的中頻信號(hào)進(jìn)行下變頻處理，得到基帶信號(hào)s>);
[0052] 對(duì)接收的中頻信號(hào)r(η)進(jìn)行下變頻處理，得到基帶信號(hào)sjn):
[0054] 其中，sjn)為基帶信號(hào)；P(n)為中頻信號(hào)r(n)的噪聲，且為復(fù)高斯噪聲，實(shí)部、虛 部均服從均值為〇,方差為σ2的高斯分布；fi為信號(hào)頻率，△f為搜索步長(zhǎng)，i為搜索次數(shù)； r(n)為接收的中頻信號(hào)；h(l)為信道的衰落因子；c(n+p)為接收的C/A碼，C/A碼為全球?qū)?航衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)出的一種偽隨機(jī)碼；P為初始相位；η= 0,. . .，N-1 ;N為采樣點(diǎn)數(shù)
[0055] 步驟2、頻域相關(guān)處理：將基帶信號(hào)\(η)分為Q個(gè)數(shù)據(jù)段，各數(shù)據(jù)段表示為 srl(n)，…，srq(n)，…，Sr(j(n)，分別將各個(gè)數(shù)據(jù)段進(jìn)行快速傅里葉變換，然后再與本地碼 c(n+m)的快速傅里葉變換的復(fù)共輒進(jìn)行相乘，得到的乘積