[发明专利]基于循环方式的北斗卫星信号快速捕获方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星信号的捕捉方法，尤其涉及一种基于循环方式的北斗卫星信号快速捕获方法及系统。

背景技术

北斗卫星导航定位系统(BeiDou Navigation Satellite System-BDS))是中国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，与美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟伽利略系统并称全球四大卫星导航系统。美国GPS系统目前得到了广泛的应用，中国北斗卫星导航系统现已投入运行。北斗接收机的主要任务是接收北斗卫星发射的信号，并进行处理，以获取导航电文和观测量。想要完成这些任务，首先需要进行的是卫星信号的捕获。导航卫星信号捕获是对接收信号载波频率和伪码相位的一个搜索过程，当本地参考序列与卫星信号打到近似同步并且频率也近似相等时，会产生相关峰值，据此可判断是否完成了卫星信号的捕获。

目前，常用的卫星信号捕获方法主要有串行捕获、并行捕获、FFT频域捕获和匹配滤波器捕获。

串行捕获是在捕获过程中，每次只滑动一个扩频码元相位进行相关运算，直到得到设定的相关值，捕获成功转而进入码跟踪，此方法硬件实现简单，在扩频通信系统中得到了广泛的应用，但是捕获速度较慢，捕捉时间长，实时性差。

并行捕获则对每种相位均设置了相关器，同时做相关运算，将与设定的相关值相同的相位作为捕获成功的相位，和串行捕获相比，并行捕获的捕获时间有很大的改善，但对硬件资源要求较多，实现起来比较复杂。

FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅里叶变换)频域捕获是将输入信号与本地重现的伪随机码对位相乘，对相乘得到的结果进行FFT，根据预先设定的合适门限即可判断当前的捕获情况，当FFT结果中最高的频率分量超过了预定门限的时候，说明当前完成了捕获，其频率值就是当前的载波频率，当前时刻的本地码相位及微信号的初始码相位，否则，调整本地码相位，重复以上步骤，这种方法精度较高，但此种方法需要大量的运算，运算时间较长。

匹配滤波器捕获是利用匹配滤波的原理对整个扩频码元进行匹配相关以实现伪码的捕获，捕获时间短且易于实现，但捕获的精确度略低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于循环方式的北斗卫星信号快速捕获方法，以解决原有的北斗卫星信号捕捉方法中存在的捕获速度较慢，或捕获精度不高，或实现复杂难度较高的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是，提供一种基于循环方式的北斗卫星信号快速捕获方法，该方法包含如下步骤：

S1采用北斗天线接收北斗卫星信号，利用前端射频单元对接收到的卫星信号进行降频和AD转换，得到中频数字信号，其频率理论值为f_s；

S2本地载波发生器产生N路不同频率的本地载波，其多普勒频移搜索范围为f_s±f_d，频率捕获步长为Δf,N＝2f_d/Δf；

S3将步骤S1得到的所述中频数字信号依次和S2步骤中所述本地载波发生器输出的不同频率载波的同相和正交分量相乘，通过低通滤波器滤除其高频分量，得到各支路基带的复信号；

S4对时长为t_i的步骤S3所述各支路的复信号做FFT，采样率为f_i；

S5对时长为t_i的本地伪码发生器输出的伪码信号做FFT，采样率与步骤S4所述采样率相同，并取共轭；

S6将步骤S4中各支路与步骤S5的结果相乘，对乘积做IFFT，并对得到的结果取平方；

S7选择步骤S6中各支路结果最大值，记录对应的所述本地载波频率f_k；

S8对步骤S7的值进行门限判决，若有超过门限值的峰值出现，则信号捕获完成，所述峰值对应的位置为伪码相位，而此时所述本地载波的频率值为信号的载波频率；若没有超过门限的峰值出现，则调整所述多普勒频移搜索范围为f_k±f_d，并重复步骤S1到步骤S8。

优选地，步骤S3还包括步骤：

采用平均分组法对所述中频数字信号作预处理，使采样点个数尽可能接近2的整数幂，并将不足的数位用0补齐。

另一方面，本发明还同时提供一种基于循环方式的北斗卫星信号快速捕获系统，所述系统包括：

接收模块，用于接收北斗卫星信号，对所述卫星信号进行处理得到中频数字信号；

基带模块，用于根据所述中频数字信号处理得到所述基带的复信号；