[发明专利]一种基于SFT的INS辅助BDS信号快速捕获方法

摘要

本发明是一种基于稀疏傅里叶变换的INS辅助BDS信号快速捕获方法，属于卫星导航领域。本方法包括：通过天线接收北斗卫星信号，经过射频模块处理后得到中频信号；利用INS的惯性信息和卫星星历计算多普勒频率，并引入到本地载波NCO中，调整本地载波NCO的搜索频率范围，输出本地载波正余弦两路信号；将中频信号与本地载波混频，得到的同相I支路和正交Q支路信号构成复数序列，对复数序列和本地伪码求快速傅里叶变换，将结果进行复数相乘；将相乘结果进行稀疏傅里叶变换得到的信号峰值，判断是否成功捕获。本发明可以大幅缩小BDS信号的频率预估范围，简化IFFT运算的同时，保证了捕获性能，大幅降低运算量，减少硬件消耗。

主权项

一种基于稀疏傅里叶变换的INS辅助BDS信号快速捕获方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，天线接收北斗卫星信号，经过射频模块处理后得到中频信号S_IF(t)，如下：$S_{IF}\left(t\right)=\sqrt{2P_s}C(t-\mathrm{\τ})D(t-\mathrm{\τ})cos\[{\mathrm{\ω}}_{IF}t+\mathrm{\φ}\left(t\right)\]+n\left(t\right)$其中，t表示时间，P_s表示信号功率；C(t)表示测距码，其值为土1；τ表示在传输过程中的时间延时；D(t)表示导航电文，比特率是50bps；ω_IF表示中频载波频率；φ(t)表示初始载波相位；n(t)表示白噪声；步骤二：利用INS的惯性信息和卫星历书计算多普勒频率，将得到的多普勒频率引入到本地载波NCO中，调整本地载波NCO的搜索频率范围；NCO表示数字控制振荡器；输出本地载波正余弦两路信号分别表示为：$I_{ca}\left(t\right)=\sqrt{2}cos\[({\mathrm{\ω}}_{IF}+\mathrm{\Δ}\widehat{\mathrm{\ω}})t+{\widehat{\mathrm{\φ}}}_0\],Q_{ca}\left(t\right)=\sqrt{2}sin\[({\mathrm{\ω}}_{IF}+\mathrm{\Δ}\widehat{\mathrm{\ω}})t+{\widehat{\mathrm{\φ}}}_0\];$其中，I_ca(t)为正弦信号，Q_ca(t)为余弦信号，为本地复制码初始载波相位，为本地搜索频移，为本地载波频率；步骤三：将中频信号与本地载波混频，得到的同相I支路和正交Q支路信号构成复数序列，对其求FFT；对本地伪码求FFT，将两个FFT结果进行复数相乘；FFT表示快速傅里叶变换；将本地载波正弦信号、余弦信号分别与中频信号相乘，得到同相I支路信号I(t)和正交Q支路信号Q(t)，经过积分器低通滤波后，简化为：$I\left(t\right)=\sqrt{P_s}C(t-\mathrm{\τ})D(t-\mathrm{\τ})cos\[\mathrm{\φ}\left(t\right)-\mathrm{\Δ}\widehat{\mathrm{\ω}}t-{\widehat{\mathrm{\φ}}}_0\],$$Q\left(t\right)=\sqrt{P_s}C(t-\mathrm{\τ})D(t-\mathrm{\τ})sin\[\mathrm{\φ}\left(t\right)-\mathrm{\Δ}\widehat{\mathrm{\ω}}t-{\widehat{\mathrm{\φ}}}_0\];$得到的复数序列H(t)＝I(t)+jQ(t)，对H(t)进行FFT得到频域值H(k)；设本地伪码为为本地伪码相位，经FFT获得的频域值C(k)；将两个FFT结果进行复数相乘，得到信号Z(k)＝H(k)C(k)；步骤四：将信号Z(k)进行频域重排得到信号Z_p(k)，再进行SFT，获得Z(k)的信号峰值；SFT表示稀疏傅里叶变换；步骤五：将步骤四中得到的信号峰值，与已设定的捕获阈值进行比较，大于阈值则信号捕获成功，转入信号跟踪环路，小于阈值则转步骤二执行，调整本地载波频率和码频率重新捕获，直到信号捕获成功为止。