[发明专利]基于快速傅立叶变换的卫星信号跟踪方法及应用其的接收机

说明书

技术领域

本发明涉及卫星信号处理，具体地说，是一种基于快速傅立叶变换的用于处理全球卫星定位系统(GPS)接收装置中的卫星信号的卫星跟踪方法及应用其的接收机。

背景技术

全球卫星定位系统，简称GPS系统，是一种可以实现连续、实时、三维定位的系统，它由空间部署的24颗卫星、地面控制站和用户接收机三部分组成。空间的24颗卫星不断发射自己专有的伪随机噪声(PRN)码和导航数据电文。用户的接收机捕获PRN码(或称PRN序列)和导航数据电文。GPS接收机处理捕获的数据、分析PRN码，以确定信号来自哪颗卫星。通过把存储在接收机中的PRN码的复本与接收机接收到的PRN码做自相关运算，计算出卫星距接收机的伪距，再结合卫星发射的轨道数据信息，便可确定接收机所在的位置。

一般地，GPS接收机主要由射频前端处理、基带信号处理以及应用处理三部分构成。射频前端接收GPS信号，并对其进行变频、抽样等预处理；信号处理部分捕获(acquisition)、跟踪(tracking)GPS信号并作相应处理，以提取观测量和导航电文数据；应用处理部分则以微处理器为核心，计算出接收机的位置、速度、及时间等信息。

GPS接收机在捕获卫星信号时，会先假设多个PRN码相位和多普勒频率的组合，再对每个组合进行相关处理，以确定某个卫星PRN码的相位和多普勒频率。快速傅立叶变换(FFT)因其可以很有效地在大范围内搜寻卫星的PRN码相位，所以常被用在GPS接收机基带信号处理的捕获模组中。

在卫星信号的跟踪状态中，由于已经获知卫星的PRN码相位和多普勒值，故只需在已知的PRN码相位和多普勒频率周边做小范围搜寻，计算量不大。基于此，传统的卫星信号跟踪算法通过时域的相关运算进行数据处理，而非资源消耗较多的FFT变换。

如上，捕获模组利用FFT来搜寻相关卫星信号，亦即GPS接收机中必然会设立FFT电路。倘若跟踪单元可以利用捕获单元的FFT电路进行信号处理，便可避免为时域计算而额外设计电路，有效节省电路资源。

然而，传统的基于FFT来跟踪卫星信号的处理方法常常在接收机存储的PRN码和接收到的卫星信号相乘之后，对每一路信号做傅立叶反变换，也就是说，需要设置多个傅立叶反变换电路，造成资源的浪费。图1所示就是传统的基于FFT的信号跟踪方法。如图示，首先，输入的射频数据作FFT变换，然后，变换后的信号与预存的每个卫星PRN码的FFT变换值相乘，最后，对相乘结果做FFT反变换(IFFT：Inverse FFT)，便得到来自被跟踪的每个卫星的信号峰值输出。

考虑到如图1所示结构的缺失，有人提出图2所示的电路结构及其处理方法。和图1相比，图2所示结构的特点在于去除每一路的FFT反变换电路，改为使完成乘法运算的各路卫星信号加和，之后再进行FFT反变换，最后对反变换后的数据进行后续的采样处理。

上述方法中，因为是在加和后进行反变换，致使每路卫星信号的相关峰值输出成为其它卫星信号的噪声源，而且这个噪声源会随着跟踪的卫星个数的增加而增加，最后导致每路信号的相关峰值的信噪比过大，以致数据输出结果不可接受。

综上，需要一种处理方法和接收机，能够有效地通过FFT在GPS跟踪阶段处理卫星信号，利用到捕获单元已经设置的FFT变换电路，又能避免如上所述FFT反变换所带来的问题。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种新的基于快速傅立叶变换(FFT)的卫星信号跟踪方法和使用这种方法的接收机。

本发明的基于FFT的卫星信号跟踪方法，会对接收的每一个卫星的卫星数据信号做快速傅立叶变换；并将变换后的信号和预先存储的对应该卫星的PRN码相乘；然后对相乘后的信号做滤波处理；最后将经过滤波处理的所有卫星的卫星信号加和做傅立叶反变换。

本发明所述的接收机，其跟踪处理模组包括可对每一个卫星的卫星信号做傅立叶变换的傅立叶变换电路；将经过傅立叶变换的上述各卫星信号与预先存储并对应该卫星的PRN码相乘的乘法电路；和乘法电路耦接的滤波电路；将经过滤波电路处理的各卫星信号加和的加法电路；以及对加和后的信号进行傅立叶反变换的傅立叶反变换电路。所述接收机的捕获模组包括傅立叶变换电路，上述跟踪模组的傅立叶变换电路系复用该捕获模组的傅立叶变换电路。

执行本发明所述的跟踪算法，可去除各卫星信号之间的相互干扰；使用本发明所述的接收机，可复用捕获模组的傅立叶变换电路，减少了接收机硬件资源的设置。

附图说明

图1是在GPS信号跟踪中常规的FFT示意图。