[发明专利]一种导航卫星星间链路无线长周期扩频码信号高性能捕获方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到无线通信与测量技术领域，特指一种适用于导航卫星星间链路无线长周期扩频码信号的高性能捕获方法。

背景技术

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)能够为地球及近地空间的任意地点提供全天候的精密位置和时间信息。在全球卫星导航系统中，维持较高的卫星轨道确定精度和钟差确定精度是确保导航接收终端获得大系统要求的定位或授时精度的关键。

导航卫星精密定轨与时间同步对星间测距功能的需求催生出了导航星座星间链路的概念。一旦通过星间链路在导航卫星间建立联系，导航系统的空间段将不再是孤立卫星的组合，成为相互协同的一个整体。通过星地链路的配合，整个导航系统的控制段和空间段真正形成了一个全天候全天时的无缝网络，这为导航系统的业务运行管理提供了巨大的发挥空间。星间链路可实现卫星导航系统在仅配置少数监测站的情况下通过星间链路的精密测量获得轨道上其它弧段的测量信息，从而达到获得精密轨道参数的能力。

导航星座星间链路网络是一类复杂的卫星网络，具有典型的扁平化无中心的特征，是一个具有一定数量对等节点的无线网络。导航星座星间链路网络需要实现在时间约束条件下的多点对多点测量，为完成精密测量功能，导航卫星系统通过星间链路播发和接收扩频测距信号进行卫星之间的精密测距，扩频信号的捕获是一个伪码和载波二维搜索的过程，搜索范围的大小直接决定信号捕获的快慢程度和实现难度。当星间链路使用无线电测距方法完成精密测距与时间同步时，不同轨道面上的卫星相对运动较大，给测量信号带来较大的多普勒频移，从而增大了信号的捕获范围，给捕获带来了一定的难度，特别是对于星上计算资源受限的情况。当星座中任意两颗卫星之间建立测量通信链路时，星间距离和多普勒变化范围较大，另外，从测量性能以及安全性的角度出发，星间无线信号往往采用长周期扩频码，如果不利用先验信息，码相位以及多普勒的二维搜索格点数量巨大，给捕获实现带来很大难度。对于导航星座而言，时间同步和精密定轨是导航系统运行的基础，星座中的卫星均处于一个高精度的时空基准中。

星间链路系统利用建链卫星的星历以及钟差信息预报信号到达时间以及多普勒，能够将码相位对应的时延搜索范围控制在10us以内，而多普勒的搜索范围小于100Hz。捕获范围的减小一定程度降低了捕获实现的难度，但仍面临以下几方面困难：

(1)从系统应用角度出发，往往需要快速切换建链对象，导致星间信号持续时间短(秒级)，因此，需要接收机快速完成捕获。

(2)星间距离远，要求捕获灵敏度高。

(3)星载设备处理资源紧张，需要充分提高资源利用率。因此，星间链路无线信号的捕获，实质上是在一定搜索范围内，利用有限的星载设备资源实现弱信号条件下长周期扩频码的快速捕获。

传统长码捕获算法按信号处理方式可分为时域处理方法和频域处理方法。时域处理算法主要以大规模并行相关器为基础，每次并行检测多个码相位单元。频域处理算法以利用快速傅里叶变换(FFT)实现相关运算为基本特征，主要包括分段补零算法、折叠算法、重叠平均算法等。相比时域处理算法，频域处理算法涉及到FFT运算，实现复杂，尤其对于星载FPGA资源消耗量大，执行有限区域搜索情况下，计算费效比低于时域处理算法。另外，频域处理算法往往只能依赖于长时间“非相干积分”提高处理增益，微弱信号条件下将严重影响捕获速度。因此，目前的频域处理算法并不适用于微弱长码信号的快速捕获。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够显著提高时域捕获的资源利用率、大幅降低对存储资源需求的导航卫星星间链路无线长周期扩频码信号高性能捕获方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种导航卫星星间链路无线长周期扩频码信号高性能捕获方法，其步骤为：

S1：对AD采样的中频接收信号进行正交下变频，得到复数基带信号，包括I/Q两路；

S2：对I/Q信号进行连续的数据缓存；

S3：“一段”I/Q信号存满后与本地多路扩频码信号进行并行相关运算；

S4：运算结果进行相干累加后存入“相干积分缓存”，直至全部缓存区存满，否则切换“相干积分缓存”缓存区，返回步骤S3；

S5：待“相干积分缓存”存满后，返回步骤S3，对“下一段”I/Q信号进行处理，直至完成全部相干积分；