[发明专利]一种GNSS信号捕获性能分析方法

说明书

本发明公开了一种GNSS信号捕获性能分析方法，属于信号检测技术领域。其包括（1）计算检测变量在两种假设下的条件概率密度函数，（2）计算虚警概率和检测概率等步骤。该方法在传统检测理论的基础上，考虑了捕获码相位误差在搜索步长内服从均匀分布的特点，将信号相关函数的特性引入到了检测性能分析过程。基于该分析方法，可以对对BOC、MBOC和AltBOC等信号的匹配捕获、无模糊捕获算法的广义检测性能和主、边锋检测性能进行评估，给出定量的分析结果。

技术领域

本发明属于信号检测技术领域，具体涉及一种GNSS信号捕获性能分析方法。

背景技术

作为GNSS接收机工作过程中的第一步，捕获处理对卫星信号的基本参数进行粗略估计，如信号延迟和多普率频率。捕获过程被看作是对GNSS信号的初始同步处理，信号参数的精确估计由后续的跟踪处理实现。

现代化的GNSS系统中普遍采用BOC调制技术及其扩展形式(如MBOC、AltBOC等)。目前还缺乏调制方式对捕获性能影响的深入分析。与传统的BPSK信号相比，BOC信号的自相关函数存在多个相关峰，这一点对导航信号捕获处理算法和性能分析提出了新的挑战。近年来有多种BOC信号的无模糊捕获技术被提出。根据捕获成功后同步范围的差异，可以将已有的BOC信号无模糊捕获技术分为两大类。第一类是确保捕获成功后伪码相位同步到正负一个伪码码片内，该类技术算法简单、便于实现、适应性强，但不能保证捕获到自相关函数的主峰范围内。第二类是确保捕获成功后伪码相位同步到自相关函数的主峰范围内，该类技术能够自动避免BOC信号的跟踪模糊问题，其缺点是捕获时间较长、实现复杂以及适应性差。

传统的GNSS信号检测性能分析中较少考虑搜索步长的影响、而是建立在本地信号与接收信号的码相位误差为固定值的基础上，例如分析BPSK信号检测概率时通常假设码相位误差为0，而分析BOC信号的边锋检测概率时码相位延迟则是边锋到主峰的距离。这种分析方法有利于简化分析过程，但却不符合捕获处理的实际情况。特别是不利于分析调制方式(如BPSK和BOC)对捕获性能的影响，以及对比不同处理算法(如BOC的直接捕获和无模糊捕获算法)的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种GNSS信号捕获性能分析方法，该方法可以全面衡量调制方式、搜索步长和捕获算法对信号捕获性能的影响。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种GNSS信号捕获性能分析方法，其包括以下步骤：

(1)计算信号捕获的检测变量Z在H0假设下的条件概率密度函数f_Z(z|τ,μ,H0)，以及信号捕获的检测变量Z在H1假设下的条件概率密度函数f_Z(z|τ,μ,H1)；

其中，τ为伪码捕获的码相位误差，μ为捕获处理的码相位搜索步长，H0和H1为二元假设检验的假设条件，H0假设有用信号不存在，H1假设有用信号存在；

(2)应用全概率公式，计算搜索步长为μ条件下的虚警概率P_FA|μ和检测概率P_D|μ：

式中，T_c为伪码的码片宽度，γ为检测门限，f(τ|μ)为搜索步长为μ条件下τ的概率密度函数；

虚警概率P_FA|μ和检测概率P_D|μ即为衡量GNSS信号捕获性能的指标。

本发明相对于现有技术的有益效果在于：

本发明方法简单易行，可以全面衡量调制方式、搜索步长和捕获算法对信号捕获性能的影响，有利于分析调制方式(如BPSK和BOC)对捕获性能的影响，并有助于对比不同处理算法(如BOC的直接捕获和无模糊捕获算法)的性能，从而为GNSS系统的设计提供重要的参考依据。