[发明专利]卫星信号捕获的方法和装置

说明书

本发明涉及一种卫星信号的捕获方法。该方法利用导航电文每一个子帧前两个字的可预测性，通过控制中频数据和PN码数据的获取时刻，从该获取时刻获得相应的中频数据和PN码数据，处理中频数据和PN码数据以判决是否捕获到卫星信号，在捕获处理及判决过程中，利用导航电文前两个字的可预测性对中频数据和PN码数据进行导航电文剥离处理，这样，实现相干积分时间的延长，从而获得捕获灵敏度的提高。

技术领域

本申请涉及卫星信号处理领域，具体地涉及卫星信号的捕获和跟踪领域。

背景技术

在实现GNSS卫星信号的跟踪过程中，为了能让接收机在启动后成功地跟踪、锁定某颗卫星的信号，接收机需要通过前期的捕获过程来估算卫星信号的载波频率和码相位这两个参数值，并且这些信号参数的估计值的误差必须分别小于载波环和码环的牵入范围，然后接收机根据这些信号参数值初始化跟踪环路，使得跟踪环路能够对接收进行牵入，直到成功进入正常的跟踪状态为止。在前期的卫星信号捕获过程中，根据相关运算实现的方式不同，信号搜索捕获算法可以分为线性搜索、并行频率搜索、并行码相位搜索等。

线性搜索对卫星信号的载波频率及码相位这二维进行扫描式二维搜索，捕获单元实现对卫星信号的相干积分和非相干积分，并根据所获得的积分结果及捕获阈值进行捕获判决，从而完成最终的捕获，其中，捕获阈值的选择取决于捕获算法所选择的相干积分及非相干积分时间。并行频率搜索算法在线性搜索算法的基础上通过傅里叶变换实现频率的并行搜索。并行码相位搜索算法利用快速傅里叶变换的特性实现码相位的并行搜索。

然而，上述算法均受限于导航电文的比特反转，导致捕获算法设计过程中相干积分时间不能太长；另外，非相干积分次数的增加一定程度上可以提高信噪比，获得捕获灵敏度的改善，但是，非相干积分中的平方损耗却导致非相干积分次数增加使得捕获灵敏度的改善存在理论极限。

现有的北斗地球静止轨道卫星(GEO)、星基增强系统卫星(SBAS)等卫星系统采用500bps导航电文速率，这会导致相干积分时间短，捕获灵敏度较低，此种问题已经成为接收机灵敏度性能的瓶颈。

鉴于此，非常期望提供具有改善的信号捕获灵敏度的信号捕获方法或装置，从而改善现有技术中的缺点。

发明内容

首先，本发明针对捕获过程中卫星导航电文比特翻转导致的相干积分时间短，进而，导致信号捕获灵敏度低的问题，利用导航电文每一个子帧的前两个字的可预测性，提出了一种通过控制中频数据和PN码数据的数据获取时刻，并利用导航电文每一个子帧前两个字的可预测性而控制数据获取的PN码数据的数据量，进而，处理数据获取的中频数据和PN码数据以实现导航电文剥离的卫星信号捕获方法，实现相干积分时间的延长，从而获得捕获灵敏度的提高。该方案并不局限于所述及的500bps卫星信号，针对50bps卫星信号，也可以采用同样的捕获方案实现接收灵敏度的突破。

其次，除了采取数据获取并且实时处理的模式以外，本申请的信号捕获装置还可以采取数据获取及延迟处理的模式(在将一定量的中频数据和PN码数据获取完成后，再对已经获取到的中频数据和PN码数据进行捕获处理及判决操作以确定是否捕获成功)，该模式提高了帧头前后时刻数据的利用率，实现了快速的信号捕获。同时，通过采用数据获取及延迟处理的模式使得信号捕获装置的数据处理不依赖于采样速率，从而提高了捕获效率，适用于其他GNSS信号及通信系统运算量高度密集模块的设计。

此外，本发明所提出的捕获解决方案，在接收机时间可用的前提下实现，适用于所有GNSS卫星信号的高灵敏度捕获。

本申请提出技术方案详细叙述如下。

在一方面中，本申请提供一种卫星信号的捕获方法，所述方法包括：卫星信号发射时间估计操作，包括：获取接收机时间，对接收机时间的误差进行估计以产生接收机时间的估计值，获取卫星信号传输时间的估计值，并根据所述接收机时间的估计值以及所述卫星信号传输时间的估计值确定卫星信号发射时间的估计值及误差范围。