[发明专利]一种GNSS信号伪码捕获方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航领域，具体涉及一种GNSS信号伪码捕获方法。

背景技术

全球卫星导航定位系统(Global Navigation Satellite System，简称GNSS)已经成为全球发展最快的信息产业之一，具有全球性、全天候、连续性和实时性的特点，可以给用户提供定位、测速和授时等服务。因为GNSS在军用、民用方面都发挥着至关重要的作用，所以更多的隶属于GNSS系统的子系统正在被设计、建设和使用。

其中，采用扩频测距码的现代卫星导航系统如GPS、北斗二代、Galileo等的导航电文以数据形式对伪随机码和载波进行两次调制，形成无线电波后连续地向地面发射。用户则通过接收机截获视界内的卫星信号进而求得导航定位信息，系统的通信基础是扩频通信，此即为现代卫星导航系统的简要工作原理。

GNSS接收机的首要任务是捕获和跟踪来自卫星的GNSS信号。GNSS信号捕获策略的设计与实现是接收机研制的核心内容之一。采用扩频测距码的GNSS信号接收功率小，故接收时必须首先对信号进行伪码相关解扩。同时，由于多普勒频移的不确定性，因此捕获时必须在码相位及频率上以固定的间隔进行二维搜索。对二者分别搜索的过程又可分为：伪码串行载波串行的搜索策略、伪码串行载波并行的搜索策略、伪码并行载波串行的搜索策略、伪码并行载波并行的搜索策略。相应于各种搜索策略的捕获时间各不相同，全并行的速度最快，全串行的速度最慢。

传统的伪码捕获方式采用相关器或匹配滤波器在时域来完成相关运算，这两种方法多用于伪码的串行搜索；若用其实现伪码的并行搜索，虽可以加快捕获速度，但需要多个相关器或匹配滤波器并行运算，将耗费大量的软硬件资源。基于FFT的伪码捕获方法利用圆周相关定理，将接收信号和本地再生伪码的时域相关计算转换成频域的频谱相乘计算，实现伪码并行捕获，大大减少捕获时间的同时也减少了软硬件资源。目前公开资料的FFT伪码捕获方法，多采用补零法、线形插值、Sinc插值等方式对采样点进行二次处理，以得到2的整数次幂的采样点，来方便实现FFT运算。但经过这些方式处理后，弱化了GNSS中伪码序列的相关性，削弱了相关峰值，不利于GNSS信号的捕获。

发明内容

本发明提出了一种GNSS信号捕获方法。主要适用于GNSS接收机中普通测距码信号的码捕获。本方法综合运用Winograd傅立叶变换算法(Winograd Fourier transformalgorithm，简称WFTA)、素数因子算法(prime factor FFT algorithm，简称PFA)和Cooley-Tukey FFT算法去进行离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，简称DFT)和逆离散傅里叶变换(Inverse Discrete Fourier Transform，简称IDFT)运算，从而利用DFT和IDFT成组计算来简化时域相关运算，完成GNSS信号的伪码相关捕获。本发明方法属于伪码并行的频域捕获方法，捕获速度快，软硬件资源消耗又优于传统的时域捕获方法；同时，由于结合WFTA、PFA和Cooley-Tukey FFT算法的特点，能够对伪码序列的所有采样点进行DFT和IDFT运算，更好的保留伪码序列的相关特性，所以其捕获性能优于典型的基于二次采样的快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，简称FFT)捕获方法。

本发明所述的一种GNSS信号伪码捕获方法，本方法包括以下步骤：

步骤1：带有载波残差的基带信号进入第一采样器，进行采样处理；

步骤2：第一采样器输出所有采样点进入第一DFT变换器，第一DFT变换器完成所有点数的DFT变换；

步骤3：第一DFT变换器输出数值与共轭值输出电路的输出数值在乘法器中逐点相乘；

步骤4：乘法器运算结果输入IDFT变换器，IDFT变换器完成所有点数的IDFT变换；

步骤5：IDFT变换结果输入平方变换器，平方变换器进行逐点平方运算；

步骤6：各点的平方值输入判决比较器，判决比较器搜索其中最大值并与捕获门限进行比较。如果大于门限，则捕获成功；否则，捕获失败，改变搜索频率，返回步骤1，继续进行伪码捕获。

所述步骤2、步骤4中进行DFT及IDFT变换时通过WFTA，PFA和Cooley-Tukey FFT算法组合运算来实现。

所述步骤3中的共轭值输出电路产生共轭值时可以包括以下步骤：

步骤a：本地码发生器产生伪码序列；