[发明专利]一种自适应可变搜索范围的GNSS信号快速捕获方法

说明书

本发明提出了一种自适应可变搜索范围的GNSS信号快速捕获方法，基于FPGA实现包括以下步骤：S1.将待捕获卫星划分为失锁重捕、曾捕获、未捕获三种状态，并实时估算多普勒频移；S2优先展开失锁重捕状态卫星的捕获；S3.其次展开对曾捕获状态卫星的捕获；S4.最后展开对未捕获状态卫星的捕获；S5.按照给定的卫星号与多普勒频移，结合预设的低频搜索范围/高频搜索范围捕获模式，选择先低后高或者先高后低的策略进行。与传统的频率并行捕获方法不同，本发明突破框架限制，扩展了多普勒频移搜索范围，节省了逻辑资源与搜索时间，实现了在导弹不同速度情况下对GNSS信号的自适应捕获目的。

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，特别涉及的是最高速度极大的弹载接收机对GNSS信号的自适应变搜索范围的快速捕获方法。

背景技术

GNSS(Global Navigation Satellite System)是全球导航卫星系统的简称，其定位原理是接收多颗卫星的信号，经过载波解调、伪码解扩、电文解码后获取导航电文，从中提取出星历信息，计算出卫星的发射时间、位置、速度、伪距等观测量，进而计算接收机所处位置与速度。与惯性导航相比，卫星导航具有不随时间发散的优点，因而，随着飞行时间及射程的不断增长，定位精度要求的不断提高，导弹越来越依赖于卫星/惯性的组合导航方式。

实现GNSS定位的首要条件是完成对卫星信号的捕获，即获取该卫星信号的伪码相位、多普勒频移等信息，以此初始化跟踪环路，实现信号的稳定跟踪及后续解算步骤。多个通道的并行捕获，涉及较多并行运算，因而通常采用FPGA实现。而对于功能高度集成化的弹载信息处理平台，FPGA除了实现卫星导航相关功能外，还要完成信息解算、信号收发、通讯接口控制等功能，为捕获模块分配的逻辑资源有限。在此情况下，基于分段累加+DFT的快捕方法是一种合适的频域并行搜索方法，DFT运算时涉及的加法，乘法运算则通过分时复用加法器，乘法器实现，可以节省大量FPGA资源，同时，相比传统的时域串行搜索法，该方法耗时极短，兼顾了导弹加速度的影响。

导弹的最大飞行速度极高，由此带来的多普勒频移很大，因此，相比于普通的低速接收机，弹载接收机在GNSS信号捕获设计时面临以下几个难点：

(1)若搜索范围设置不当，未覆盖导弹运动产生的最大多普勒频移，由于频谱混叠效应，捕获模块将给出错误的频率信息，导致环路无法工作；

(2)在采用分段累加+DFT的快捕方法时，频率分辨率被限制有上限，以免超出锁频环牵引能力，暗含了对数据存储长度的约束；DFT运算时采用分时复用法，每累加出一个点，就要进行与该点相关的DFT加/乘运算，且必须在下个点计算完成之前释放所占用的加/乘法器，由此暗含了对数据存储长度与累加点数的约束；两个约束条件决定了最大频率搜索范围，然而，导弹的高速性使得最大多普勒超出了该范围，需采用合理的设计方法解决；

(3)导弹在飞行时会由于滚转及俯仰造成天线指向的改变，引起对某些卫星的暂时失锁，需设计合理的捕获策略，优先对这些卫星进行捕获。

自适应可变搜索范围的GNSS信号快捕技术，主要是针对弹载信息处理高度集成化造成的FPGA资源相对有限、导弹动态大造成的捕获时间裕度小、导弹最大速度极高造成的多普勒频移超出现有框架下的最大搜索范围条件下GNSS信号的快捕进行的。目前国内大多数研究均在单纯的卫星接收机上进行，与本发明搭载的弹载综合信息处理平台不同，不受FPGA资源的限制，且研究方向大都集中于引入各种辅助信息来缩短捕获时间，避免重复搜索等，不适用本发明所处的使用场景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有框架限制，提供一种自适应可变搜索范围的GNSS信号快速捕获方法，具有兼顾FPGA资源消耗少、捕获范围宽、捕获时间短的特点。

为解决上述问题，本发明提出了一种自适应可变搜索范围的GNSS信号快速捕获方法，包括以下步骤：