[发明专利]一种基于圆周移位的北斗卫星信号捕获方法

说明书

本发明公开了一种基于圆周移位的北斗卫星信号捕获方法，包括以下步骤：S1:对输入的每个积分时间内的数字中频信号分别与本地载波发生器的同相和正交分量相乘并进行载波剥离得到基带复信号序列x(n)，再对其进行快速傅里叶变换FFT得到其频谱序列X(k)；S2：本地经NH码二次调制后得到测距码c(n)，经过快速傅立叶变换FFT并复共轭得到Csupgt;*/supgt;(k)；S3:每次对序列X(k)圆周移位一次，移位l位表示为序列X(k‑l),将其与Csupgt;*/supgt;(k)相乘；S4:对S3中的结果进行快速傅立叶逆变换IFFT得到对应该l移位的多普勒频移fsubgt;d/subgt;的相关结果rsubgt;l/subgt;(m)；S5:进入S1，读取下一个积分时间内的数字中频信号并按以上步骤得到下一个相邻积分时间的相关矩阵，对两个相邻积分时间的相关矩阵进行共轭相乘并累加，得到差分相干积分结果。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于圆周移位的北斗卫星信号捕获方法。

背景技术

随着我国北斗卫星导航系统的实施，卫星通信技术应用越来越重要。卫星信号的捕获是卫星数字信号处理的第一步。目的是获得所有可见北斗卫星的粗略载波多普勒频移和测距码相位两个参数，为后续跟踪模块提供较为准确的条件。

载波多普勒频率和测距码相位的捕获是一个二维搜索的过程，传统卫星信号捕获算法主要有串行搜索算法、并行频率域搜索算法和并行码相位捕获算法。串行搜索捕获算法是卫星导航系统为解决捕获问题提出的最早的传统方法。该方法是对测距码码相位和多普勒频移分别进行串行搜索。由于码相位搜索的步长通常为半个码片，而一个码元周期较长，所以串行搜索效率低。多普勒频率搜索步长是根据相干积分时间而定，通常为相干积分时间的倒数，传统的硬件接收机大多采用串行搜索算法。并行码相位搜索捕获方法是为了解决串行搜索速度慢的问题而提出的。该方法基于快速傅里叶变换(Fast FourierTransform，FFT)与快速傅立叶反变换(IFFT)将卫星信号在时域的相关运算转换到频域的乘法运算，降低了捕获所用时间，为实时处理的实现奠定了基础。

并行码相位捕获算法是一种并行处理方法，其原理图如图1所示。输入的数字中频信号分别与本地载波发生器的同相和正交分量相乘，进行载波剥离，分别得到I路、Q路信号。得到的复信号经过快速傅立叶变换后，再与本地测距码傅立叶变换的复共轭相乘，之后将得到的结果进行快速傅立叶反变换(IFFT)，取模得到相关值结果。当峰值超过预设门限时，则表明捕获成功。从中获得该输入信号粗略的测距码相位和多普勒频移两个参数值。若没有明显峰值，则需要调整频率使本地载波发生器产生下一个频点的正余弦信号，重复以上操作，直到搜索完所有可能的频率单元。通过仿真可以得出，采用并行码相位搜索算法在-15dB时能够捕获到积分时间为1ms的信号。但弱信号环境下就很难捕获到卫星信号的多普勒频率和测距码相位。

由于空间卫星的高速运动导致卫星信号载波频率发生多普勒频移，使得卫星信号的捕获变得复杂和困难。同时在北斗卫星B1频点信号存在NH(Neumann-Hoffman)码调制的影响，在不去除NH码相位跳变的影响下，相关积分时间不能超过1ms。因此在低信噪比下不能通过延长积分时间来提高信号的增益，捕获灵敏度较低。同时由于并行码相位算法中FFT运算次数过多导致相关运算量过大，因此在速度和灵敏度上仍需改善。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于圆周移位的北斗卫星信号捕获方法，具体采用如下步骤：

S1:对输入的每个积分时间内的数字中频信号分别与本地载波发生器的同相和正交分量相乘并进行载波剥离得到基带复信号序列x(n)，再对其进行快速傅里叶变换FFT得到其频谱序列X(k)；

S2：本地经NH码二次调制后得到测距码c(n)，经过快速傅立叶变换FFT并复共轭得到C^*(k)；

S3:每次对序列X(k)圆周移位一次，移位l位表示为序列X(k-l),将其与C^*(k)相乘；