[发明专利]一种GPS接收机的信号捕获方法

摘要

本发明公开了一种GPS接收机的信号捕获方法，包括以下几个步骤，步骤一：设定多普勒频移的搜索次序；步骤二：GPS接收机接收中频数字信号，对信号进行粗捕获，得到粗多普勒频移和C/A码相位；步骤三：对粗捕获后的信号进行精细捕获，得到精细多普勒频移；本发明中对中频数字信号的粗捕获，根据载体的运动特性，首先搜索多普勒频移出现可能性较大的那些频率，这种多普勒频移的跳序搜索减少多普勒频移搜索次数，减少搜索运算量，提高捕获速度；本发明中对中频数字信号的精细捕获，缩短多普勒频移搜索步长，采用二次曲线拟合的方式获得精细多普勒频移，速度快，精度高，捕获结果准确，易于操作，而且对导航数据位的跳变不敏感。

主权项

1.一种GPS接收机的信号捕获方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一：设定多普勒频移的搜索次序；根据卫星及载体的运动情况，设定多普勒频移的搜索次序，搜索次序中包括n个多普勒频移，搜索步长为q，单位为kHz；步骤二：GPS接收机接收中频数字信号，对信号进行粗捕获，得到粗多普勒频移和C/A码相位；具体包括以下几个步骤：(1)根据设定的多普勒频移搜索次序，本地载波振荡器与C/A码发生器产生当前多普勒频移下的中频信号，中频信号与接收到的中频数字信号进行相关运算，得到第一个多普勒频移处各个C/A码相位的相关值，相关值中最大值为峰值P₀，峰值P₀对应的C/A码相位为N₀；(2)获取第i个多普勒频移处的各个码相位的相关值，得到峰值P_i和峰值P_i对应的C/A码相位N_i；其中，i＝2、3…n；(3)如果P_i/P₀≥S，则停止进行第i+1个至第n个多普勒频移的搜索，捕获到与C/A码发生器产生的C/A码对应的卫星信号，得到粗多普勒频移f_dop在第i个多普勒频移处，对应的C/A码相位是N_i，转到步骤三，其中S为门限设置，根据信号信噪比确定，f_dop单位为kHz；否则转到步骤(4)；(4)如果S＞P_i/P₀≥1，返回步骤(2)，计算i+1个多普勒频移处的峰值和峰值对应的C/A码相位；否则转到步骤(5)；(5)如果P_i/P₀＜1，则另P₀＝P_i，返回步骤(2)，计算i+1个多普勒频移处的峰值和峰值对应的C/A码相位；(6)当所有多普勒频移搜索完毕，没有得到满足P_i/P₀≥S的P_i值，则表明信号中没有与C/A码发生器产生的C/A码对应的卫星信号，C/A码发生器产生的下一颗卫星的C/A码序列，返回步骤(1)，继续搜索卫星信号；步骤三：对粗捕获后的信号进行精细捕获，得到精细多普勒频移；具体包括以下几个步骤：I：本地C/A码产生器以步骤二中得到的C/A码相位为起始位，产生T时间长度的本地C/A码序列，将C/A码序列与接收到的中频数字信号相乘，剥离中频数字信号的C/A码，则中频数字信号变为连续载波信号；II：在kHz范围内，设步长依次得到七个多普勒频移x₁至x₇，分别将七个多普勒频移下本地振荡器产生的中频信号与连续载波进行相关运算，得到七个相关值y₁至y₇，在七个相关值中选取d个相关值，依次记为h₁至h_d，h₁至h_d对应的多普勒频移为e₁至e_d，3≤d≤7；选取方法具体为：i：当d＝3时，设七个相关值中最大的相关值为y_m，对应的多普勒频移为x_m，取x_m-1和x_m+1及其对应的相关值为y_m-1和y_m+1，其中，2≤m≤6；ii：当d＝4时，设七个相关值中最大的相关值为y_m，y_m对应的多普勒频移为x_m；①当m＝2时，选取相关值y₁至y₄及其对应的多普勒频移x₁至x₄；②当m＝6时，选取相关值y₄至y₇及其对应的多普勒频移x₄至x₇；③当3≤m≤5时，取x_m-1和x_m+1及其对应的相关值为y_m-1和y_m+1，选取y_m-2与y_m+2之中较大值及其对应的多普勒频移；iii：当d＝5时，设七个相关值中最大的相关值为y_m，对应的多普勒频移为x_m，①当m＝2时，选取相关值y₁至y₅及其对应的多普勒频移x₁至x₅；②当m＝6时，选取相关值y₃至y₇及其对应的多普勒频移x₃至x₇；③当3≤m≤5时，取x_m-2、x_m-1、x_m+1、x_m+2及其对应的相关值为y_m-2、y_m-1、y_m+1、y_m+2；iv：当d＝6时，将y₁与y₇中较小值及其对应的多普勒频移去掉，选取其余六个相关值及其对应的多普勒频移；v：当d＝7时，选取七个相关值及其对应的多普勒频移；建立二次曲线的模型方程：hi=aei2+bei+c---(1)]]>其中a，b，c为待求系数，e_i为多普勒频移，h_i为e_i对应的相关值，i＝1、2、…d，则建立方程组：Ax＝B    (2)其中：A=e12e11e22e21.........ed2ed1,B=h1h2...hd,x=abc---(3)]]>采用二次曲线拟合方法，解线性方程组得：x＝(A^TA)^-1A^TB    (4)通过式(4)得到a，b，c，带入式(1)，根据二次曲线的性质得到最大值对应的位置为：X=-b2a---(5)]]>X为精细多普勒频移；则精细多普勒频移X、步骤二中得到的C/A码相位是N_i，完成卫星信号捕获，停止本颗卫星多普勒频移的搜索，返回步骤二，进入下一颗卫星的捕获。