新型的衛星信號FFT并行捕獲算法的制作方法

本發明涉及了一種新型的衛星信號FFT并行捕獲算法，廣泛適用于不同的衛星接收機中。

背景技術：

美國的全球定位系統GPS、俄羅斯的全球衛星導航系統GLONASS、歐洲的Galileo衛星導航系統和中國的北斗衛星導航系統被稱為全球四大主要導航系統。在GNSS接收機定位導航的過程中，接收機天線接收到衛星信號后，經過射頻前端的一系列處理，下變頻為數字中頻信號，進入到信號的捕獲過程。捕獲是為了監測所有可見衛星的數目，同時估計它們所對應的多普勒頻率和碼相位。常用的衛星信號捕獲算法是并行捕獲算法，利用快速傅里葉變換(FFT)實現相關運算，但是在運用并行算法的過程中，定位導航數據位或者二次編碼引起的位翻轉導致相關峰值降低，限制積分時間，造成錯誤的多普勒頻偏和碼相位估計值，從而減低了GNSS接收機的捕獲性能。

目前，解決位翻轉帶來影響的方法有半比特算法、全比特算法和補零算法等，半比特算法是將相干積分時間延長至10ms，數據碼分成10ms的若干數據塊并標號，分別將奇偶數據塊進行相關運算，較大的相干值即為最終的相關結果，但是半比特算法的信噪比提高的程度有限。全比特算法的相干積分時間為20ms，對可能造成位翻轉的跳變邊沿的數據進行相關運算，較大的相關值為最終相關結果，但是要進行20次運算，計算量會增加，影響捕獲效率。補零算法是對本地復現C/A碼進行一周期的補零操作，即將一周期的C/A碼加一周期的零碼和兩周期的接收信號進行相關運算，該方法能有效地解決位翻轉的問題，但計算量明顯增加，計算復雜度提高，且對弱信號的捕獲能力有限。

技術實現要素：

本發明針對微弱GNSS信號捕獲過程中存在位翻轉限制積分時間和相關運算復雜度高的問題，提供了新型的衛星信號FFT并行捕獲算法。

本發明是采用如下的技術方案實現的：新型的衛星信號FFT并行捕獲算法，包括以下步驟：

衛星信號經接收機接收并在射頻前端處理后，數字下變頻為數字中頻信號；

數字中頻信號與本地I支路載波和Q支路載波相乘進行去載波過程，得到I支路信號和Q支路信號；

I支路信號和Q支路信號組成復數形式的去載波結果I+jQ，對復數形式的去載波結果I+jQ進行傅里葉變換，然后將變換結果與本地復現信號傅里葉變換的共軛值相乘，將所得的乘積經傅里葉反變換得到在時域內的相關結果，在變換過程中，將傅里葉變換分為兩部分的和，以減少傅里葉變換的點數；

假設無位翻轉時，對上一步得到的相關結果進行檢測來判斷衛星信號是否存在；

若存在位翻轉，對數字中頻信號和本地復現信號進行奇偶塊的相關，得到相關結果；

將上述兩步中得到的相干結果進行相干合成，得到較大的相關峰值，即可得到峰值處對應的頻率和碼相位。

本發明設計的新型并行捕獲算法，能夠有效克服位翻轉的問題，延長相干積分時間；與傳統的捕獲算法相比，提出的新型捕獲算法計算量減小，整個過程處理效率較高，算法性能較好。

附圖說明

圖1為本發明的算法流程圖。

具體實施方式

新型的衛星信號FFT并行捕獲算法，包括以下步驟：

衛星信號經接收機接收并在射頻前端處理后，數字下變頻為數字中頻信號；

數字中頻信號與本地I支路載波和Q支路載波相乘進行去載波過程，得到I支路信號和Q支路信號；

I支路信號和Q支路信號組成復數形式的去載波結果I+jQ，對復數形式的去載波結果I+jQ進行傅里葉變換，然后將變換結果與本地復現信號傅里葉變換的共軛值相乘，將所得的乘積經傅里葉反變換得到在時域內的相關結果，在此過程中，將傅里葉變換分為兩部分的和，以減少傅里葉變換的點數；

假設無位翻轉時，對上一步得到的相關結果進行檢測來判斷衛星信號是否存在；

若存在位翻轉，對數字中頻信號和本地復現信號進行奇偶塊的相關，得到相關結果；

將上述兩步中得到的相干結果進行相干合成，得到較大的相關峰值，即可得到峰值處對應的頻率和碼相位。

該算法將快速傅里葉變換(FFT)運算分成兩部分點數較少的FFT之和，同時通過分析位翻轉出現的情況，對接收信號和本地信號進行奇偶分塊并進行相關運算，從而能消除位翻轉帶來的影響。

設數字中頻信號r(n)和本地復現信號h(n)分別為：

對數字中頻信號r(n)和本地復現信號h(n)進行循環相關運算，得到

當N≤k≤2N-1時，h(k)＝0，所以式(3)可寫為

將式(4)分為兩部分的和，則為

式(5)中，第一部分接收信號的后個采樣點沒有用，第二部分中，最前邊個采樣點沒有用，綜合以上采樣點的情況，可采樣個點，可得

則(6)式表示為3N/2-1點的FFT運算如(7)式：y(n)＝IFFT[FFT(h₀)*FFT(r₀)+FFT(h₁)*FFT(r₁)](7)，上式中，

這樣，通過對FFT運算分段，減少一次FFT運算的點數，大大的提高計算的速度，減小計算的復雜度。

存在位翻轉消除位翻轉時：由于位翻轉發生在兩個連續周期的PRN碼之間，本申請提出的方法通過對數字中頻信號r(n)和本地復現信號h(n)進行奇偶分塊，做如下FFT運算，得到：

對以上的R_2N(k)和H_2N(k)的奇偶兩部分分別進行相關運算，相關運算得到相關結果y(m)為：

根據上述對FFT分段的分析，可將(10)式改寫為：

通過對數字中頻信號r(n)和本地復現信號h(n)進行奇偶分塊并進行相關運算，其中必有一塊不包含位翻轉，因此可以消除位翻轉對捕獲的影響。

總結來說，本申請首先假設不存在位翻轉的情況，對數字中頻信號和本地復現信號進行循環相關運算，得到相關結果，在運算過程中，將FFT運算分為兩部分的和，以減少FFT運算的點數，降低計算量，其次，假設存在位翻轉，對數字中頻信號和本地復現信號進行奇偶分塊并做相關運算，得到相關結果，同時在運算的過程中，對FFT運算進行分段，最后將兩次得到的相關結果進行比較，最大的即為捕獲的最大峰值。