一種gps l2c cm碼快速捕獲方法
【專利摘要】本發明提供了一種GPS?L2C?CM碼快速捕獲方法，其包括以下步驟：對本地碼序列進行整周期的分段折疊，對于接收到的信號數據，截取與本地信號等長的數據段，再利用FFT算法循環相關進行相位的搜索，同時還包含了熱噪聲和折疊互噪聲的理論分析和公式推導，并且結合實驗數據，得到了準確的噪聲的經驗公式，根據對信號信噪比的分析，給出合理的閾值設置方案初步確定碼相位，捕獲成功后對初步確定的碼相位進行時域相關處理得到最終的碼相位。本發明能夠使L2C信號CM碼的相位的搜索速度得到很大的提高，迅速確定CM碼相位，并且很大程度上降低FFT的運算量。
【專利說明】 —種GPS L2C CM碼快速捕獲方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種衛星導航領域，特別是在一紅GPS L2C CM碼快速捕獲方法。
【背景技術】
[0002]美國的全球定位系統(GPS)自從問世以來，一直在進行改進工作。這是因為民用用戶要求GPS具有更好的抗干擾性能、較高的安全性和完整性；而軍方則要求衛星發射得軍用信號具有較大功率，并且同民用信號分離開。
[0003]為了能使GPS更好地滿足軍事、民間和商業用戶不斷增長的應用需求，1999年，美國政府啟動了 GPS的現代化計劃。該計劃的一個重要內容就是在L2頻點(1227.60MHz)上增加一個新的民用信號，即L2C(the L2civil)信號。
[0004]迄今為止，已有8顆現代化的GPS Block IIR-M衛星發射L2C信號。有效處理L2C
信號具有非常重要的意義:
[0005]一、可以有效滿足民用用戶對精密定位的需要。在目前的條件下，民用用戶可用的信號只有L1C/A碼信號。要想通過接收雙頻信號校正電離層傳輸延遲從而得到更加精確的定位解算結果，只能采用所謂的無碼或者半無碼技術處理信號，不但有信噪比的損失，而且實現起來有較大的難度。
[0006]二、可以有效提高用戶接收機抗干擾的能力。當LI頻點的信號遇到干擾時，接收機可以切換到L2C信號上，從而增強用戶接收機在干擾下的魯棒性。
[0007]三、L2C采用了前向糾錯編碼和時分復用等若干技術，因而具有更低的載波門限和數據解調門限，同時，碼長的增加提高了 L2C的互相關性能，使得L2C更適合在叢林、室內等遮蔽較多、信號較弱的場合應用。
[0008]四、L2C信號包含兩個不同長度的碼，中等長度碼(CM)和長碼(CL)。由于CL上沒有調制導航數據，載波跟蹤環可以用PLL鑒相器取代Costas鑒相器對CL進行跟蹤，帶來6dB的門限增益。
[0009]隨著新碼L2C的到來，我們自然就需要研究L2C的接收處理方案。由于L2C信號具有特殊的信號結構，與L1C/A比起來做了很多的革新，因此適用于L1C/A碼的信號處理技術并不能直接應用在L2C信號上，我們需要針對L2C的特性設計新的處理算法。捕獲是GPS信號接收的重要環節，信號的捕獲實際上是一個利用2維(碼和載波)的搜索過程，實現偽碼和載波的粗同步。由于L2C信號結構的特殊性，我們必須設計全新的捕獲算法才能獲得性能上的優勢。
【發明內容】
[0010]本發明提供了一種GPS L2C CM碼快速捕獲方法，其包括以下步驟:
[0011]I)選取CM碼作為本地碼，對所述本地碼進行與輸入信號同頻率的采樣，對采樣后的本地碼進行分段折疊；
[0012]2)對所述輸入信號進行本地下變頻后得到輸入信號的基帶數據，對所述輸入信號的基帶數據進行截取，所述截取的輸入信號與所述采樣的本地碼長度一致；
[0013]3)分別對所述截取的輸入信號與采用的本地碼進行快速傅里葉變換完成從時域到頻域的變換，并對截取的輸入信號與本地碼的碼相位進行搜索，得到若干相干值；
[0014]4)設置一閥值，選取所述若干相干值中的最大相干值與所述閥值比較，如果所述最大相干值大于所述閥值則捕獲成功，初步確定碼相位；如所述最大相干值小于所述閥值則捕獲失敗，則重新進行步驟2)至4)，直至捕獲成功；
[0015]5)捕獲成功后對初步確定的碼相位進行時域相關處理得到最終的碼相位。
[0016]較佳地，所述CM碼為歸零碼。
[0017]較佳地，所述閥值通過分析噪聲得到的。
[0018]較佳地,所述噪聲包括互相關噪聲、高斯熱噪聲以及聯合噪聲。
[0019]較佳地，所述步驟I)的具體過程包括:
[0020]設定所述CM碼的周期為T，對整個周期采樣后的數據為N = fsT，其中fs為采樣頻率，將一個整周期劃分為互不重疊的K段，記為:
[0021]Hi1, m2,...，mK,
[0022]其中Hii表示每個子向量，長度為L = N/K，對應的時間長度為T。= T/K，
[0023]將分段的序列全部累加得到折疊的本地碼碼序列:
【權利要求】
1.一種GPS L2C CM碼快速捕獲方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)選取CM碼作為本地碼，對所述本地碼進行與輸入信號同頻率的采樣，對采樣后的本地碼進行分段折疊； 2)對所述輸入信號進行本地下變頻后得到輸入信號的基帶數據，對所述輸入信號的基帶數據進行截取，所述截取的輸入信號與所述采樣的本地碼長度一致: 3)分別對所述截取的輸入信號與采用的本地碼進行快速傅里葉變換完成從時域到頻域的變換，并對截取的輸入信號與本地碼的碼相位進行搜索，得到若干相干值； 4)設置一閥值，選取所述若干相干值中的最大相干值與所述閥值比較，如果所述最大相干值大于所述閥值則捕獲成功，初步確定碼相位；如所述最大相干值小于所述閥值則捕獲失敗，則重新進行步驟2)至4)，直至捕獲成功； 5)捕獲成功后對初步確定的碼相位進行時域相關處理得到最終的碼相位。
2.如權利要求1所述的GPSL2C CM碼快速捕獲方法，其特征在于，所述CM碼為歸零碼。
3.如權利要求1所述的GPSL2C CM碼快速捕獲方法，其特征在于，所述閥值通過分析噪聲得到的。
4.如權利要求3所述的GPSL2C CM碼快速捕獲方法，其特征在于，所述噪聲包括互相關噪聲、高斯熱噪聲以及聯合噪聲。
5.如權利要求 1所述的GPSL2C CM碼快速捕獲方法，其特征在于，所述步驟I)的具體過程包括:
設定所述CM碼的周期為T，對整個周期采樣后的數據為N = fsT，其中fs為采樣頻率，將一個整周期劃分為互不重疊的K段，記為:
In1, m2,...，!％, 其中Hii表示每個子向量，長度為L = N/K，對應的時間長度為T。= T/K， 將分段的序列全部累加得到折疊的本地碼碼序列:
6.如權利要求5所述的GPSL2C CM碼快速捕獲方法，其特征在于，所述步驟2)的具體過程包括: 接收機接收到的衛星信號經過中頻采樣后構成原始的輸入數據r(k)，經過本地下變頻后得到基帶數據y(k):
y (k) = r (k).exp (-j (ω IF+ ω d) kTs) a ω IF是本地中頻信號，ω d是本地估計的多普勒頻移，Ts表示相干時間，從輸入信號y (k)中截取一段與本地折疊碼等長度L的數據組成輸入信號矢量I。
7.如權利要求6所述的GPSL2C CM碼快速捕獲方法，其特征在于，所述步驟3)的具體過程為: 對折疊的本地碼序列做L點的FFT運算得到本地折疊碼的傅里葉變換結果LS: LS = FFT (mfold)，對輸入信號矢量y做FFT運算:Y = FFT (y)； 將輸入信號Y和本地信號LS的共軛做點積運算之后再做IFFT變換即得到相關運算的結果:Z = IFFT (Y.LS*)， z是長度為L的向量，*表示取共軛，.表示兩個向量點積運算，z的每個元素的模值對應一個所述相干值。
8.如權利要求7所述的GPSL2C CM碼快速捕獲方法，其特征在于，所述步驟4)具體包括: 對z的每個元素的模值求最大值，并找到最大值對應的相位η:
9.如權利要求8所述的GPSL2C CM碼快速捕獲方法，其特征在于，所述步驟5)具體包括: 首先從本地碼序列 中第n+k*L個元素開始向后去L長數據，然后和輸入信號I做相關運算:
Uk = Σ y.uk,其中 k=0,1,..., (K-1), 其中uk是從第n+k*L開始長度為L的本地碼序列，重復以上操作可以得到K個結果[Utl,U1,…，UK_J，假設其中的最大值的序號為i，則最終的碼相位為:c = n+i 氺 L0
【文檔編號】G01S19/30GK103454651SQ201310390559
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】陳新, 陸華 申請人:上海交通大學, 航天恒星科技有限公司