衛星信號的捕獲方法及接收的制造方法
【專利摘要】本發明涉及導航定位系統，公開了一種衛星信號的捕獲方法及接收機。本發明中，接收機嘗試捕獲待跟蹤衛星的衛星信號，在捕獲到所述待跟蹤衛星的衛星信號后，檢測所述衛星信號是否存在互相關特征，如果檢測到所述衛星信號存在互相關特征，則判定捕獲不成功，繼續嘗試捕獲所述待跟蹤衛星的衛星信號；如果檢測到所述衛星信號不存在互相關特征，則判定捕獲成功，進行衛星的跟蹤與衛星信號的解碼。通過檢測捕獲到的衛星信號是否存在互相關特征，判斷衛星信號是否捕獲成功，使得接收機能及時分辨出衛星信號之間是否出現強干擾的情況，從而保證了信號捕獲的可靠性。
【專利說明】衛星信號的捕獲方法及接收機
【技術領域】
[0001] 本發明涉及導航定位系統，特別涉及衛星信號的捕獲技術。
【背景技術】
[0002] 基于衛星信號的定位導航技術在近二十年來發展迅速，且逐漸從專有應用領域走 入人們日常生活。目前世界上有數套全球衛星定位系統：我國的北斗系統，美國的全球定位 系統GPS系統，俄羅斯的格洛納斯GLONASS系統，中歐合作的伽利略系統等。無論是GPS定 位、GLONASS定位、北斗星定位或伽利略定位的工作原理均是由地面主控站收集各監測站的 觀測資料和氣象信息，計算各衛星的星歷表及衛星鐘改正數，按規定的格式編輯導航電文， 通過地面上的注入站向衛星注入這些信息。衛星將衛星瞬間坐標與時間數據以廣播方式發 布，接收機在需要定位時，根據這些數據來計算本地坐標。
[0003] 具體地說，接收機需要從至少4顆衛星中獲得信號傳播時間和衛星位置信息，根 據這些信息得到接收機的位置等，具體地，接收機需要先與接收到的衛星信號完成粗同步， 即擴頻信號的捕獲過程，得到偽隨機碼的相位偏移和信號載波多普勒偏移，再由跟蹤過程 得到偽碼相位、載波頻率和相位的精確估計值，對衛星信號進行實時跟蹤。
[0004] 然而，由于不同衛星信號之間可能會存在干擾，比如接收機接收到的一段信號中 同時包含了衛星1與衛星2的信號，但衛星2的信號特別強時，衛星2的信號將會對衛星1 的信號產生干擾，此時，如果接收機按常規方式操作，很可能會將解碼后實際得到的衛星2 的信號誤認為是衛星1的信號。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種衛星信號的捕獲方法及接收機，使得接收機能及時分 辨出衛星信號之間是否出現強干擾的情況，從而保證了信號捕獲的可靠性。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明的實施方式提供了一種衛星信號的捕獲方法，包含 以下步驟：
[0007] 接收機嘗試捕獲待跟蹤衛星的衛星信號；
[0008] 所述接收機在捕獲到所述待跟蹤衛星的衛星信號后，檢測所述衛星信號是否存在 互相關特征；
[0009] 如果檢測到所述衛星信號存在互相關特征，則判定捕獲不成功，繼續嘗試捕獲所 述待跟蹤衛星的衛星信號；如果檢測到所述衛星信號不存在互相關特征，則判定捕獲成功， 進行衛星的跟蹤與衛星信號的解碼。
[0010] 本發明的實施方式還提供了一種接收機，包含：
[0011] 捕獲模塊，用于嘗試捕獲待跟蹤衛星的衛星信號；
[0012] 檢測模塊，用于在所述捕獲模塊捕獲到所述待跟蹤衛星的衛星信號后，檢測所述 衛星信號是否存在互相關特征；
[0013] 判斷模塊，用于在所述檢測模塊檢測到所述衛星信號存在互相關特征時，判定捕 獲不成功；在所述檢測模塊檢測到所述衛星信號不存在互相關特征，則判定捕獲成功；
[0014] 控制模塊，用于在所述判斷模塊判定捕獲不成功時，控制所述捕獲模塊繼續嘗試 捕獲所述待跟蹤衛星的衛星信號；在所述判斷模塊判定捕獲成功時，進行衛星的跟蹤與衛 星信號的解碼。
[0015] 本發明實施方式相對于現有技術而言，在捕獲到待跟蹤衛星的衛星信號后，先檢 測捕獲到的衛星信號是否存在互相關特征，如果檢測到衛星信號不存在互相關特征，則再 判定捕獲成功，進行衛星的跟蹤與衛星信號的解碼。通過對互相關特征的檢測，判斷衛星信 號是否捕獲成功，可使得接收機能及時分辨出衛星信號之間是否出現強干擾的情況，從而 保證了信號捕獲的可靠性。
[0016] 進一步地，互相關特征包含：捕獲的衛星信號的載噪比大于預設門限；捕獲到的 衛星信號強度比指定的一顆已捕獲衛星的信號強度低17?26dB ;將所述待跟蹤衛星的擴 頻碼與所述衛星信號進行相關運算后，出現的最大值、次大值、第三大值、第四大值的擴頻 碼碼片偏移量為隨機值，且不連續；捕獲到的衛星信號的多普勒頻偏與所述指定的一顆已 捕獲衛星的多普勒頻偏呈整K倍關系，K為正整數或負整數；所捕獲到的衛星信號中解調出 來的導航電文與所述指定的一顆已捕獲并正確解調出導航電文的衛星的導航電文相同。由 于當不同衛星信號之間產生干擾時，會出現信號強度低、相關運算后，出現的最大值、次大 值、第三大值、第四大值的擴頻碼碼片偏移量為隨機值，且不連續等特性，因此以上述條件 作為互相關特征檢測衛星信號，進一步保證了信號捕獲的可靠性。
[0017] 進一步地，如果接收機檢測到衛星信號不滿足上述互相關特征中的任意一種，則 判定衛星信號不存在互相關特征。由于只要一個互相關條件不滿足，就判定不存在互相關 特征，無需對每一個條件都逐一判斷，在保證了信號捕獲可靠性的同時，也簡化了接收機的 計算量，從而減輕了接收機的負荷。
[0018] 進一步地，接收機優先檢測捕獲的衛星信號的載噪比是否大于預設門限，以及所 述待跟蹤衛星的擴頻碼與所述衛星信號進行相關運算后，出現的最大值、次大值、第三大 值、第四大值的擴頻碼碼片偏移量是否為隨機值，且不連續。如果捕獲的衛星信號的載噪比 大于預設門限，并且相關運算后，出現的最大值、次大值、第三大值、第四大值的擴頻碼碼片 偏移量為不連續的隨機值，則再判斷是否滿足互相關特征包含的其他互相關條件。經試驗 證明，當產生干擾時，最容易出現的載噪比大于預設門限或相關運算后，出現的最大值、次 大值、第三大值、第四大值的擴頻碼碼片偏移量為隨機值，且不連續的情況，因此，優先檢測 捕獲的衛星信號是否滿足這兩種情況，可以進一步減少接收機不必要的計算量，提高接收 機的運行效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1是根據本發明第一實施方式的衛星信號的捕獲方法流程圖；
[0020] 圖2是根據本發明第三實施方式的接收機結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的各實 施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可以理解，在本發明各實施方式中， 為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節。但是，即使沒有這些技術細節和基 于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現本申請各權利要求所要求保護的技術方 案。
[0022] 本發明的第一實施方式涉及一種衛星信號的捕獲方法。具體流程如圖1所示。
[0023] 在步驟101中，接收機嘗試捕獲待跟蹤衛星的衛星信號。具體地說，接收機需要預 先確定一顆衛星為待跟蹤衛星，如將衛星1設置為待跟蹤衛星。在本步驟中，接收機將搜索 到的信號，以待跟蹤衛星（如衛星1)的擴頻碼碼偏與多普勒頻偏對接收到的信號進行相關 運算。
[0024] 值得注意的是，衛星所發送的衛星信號是擴頻信號，只有利用擴頻碼的相關特性 才能從噪聲中提取出衛星信號。在實際運用中，由于衛星和接收機之間的相對運動會造成 多普勒頻偏，擴頻碼的相關過程將因接收機的頻率響應的滾降特性而受到影響導致無法捕 獲到衛星信號。因此，在捕獲衛星信號時通常需要補償載波頻率加多普勒頻偏，通過在本地 復現衛星所發射的擴頻碼，才能實現對衛星信號的順利捕獲。
[0025] 接著，在步驟102中，接收機判斷是否捕獲到待跟蹤衛星的衛星信號。具體地說， 首先確定一個預設閥值，以待跟蹤衛星的擴頻碼碼偏與多普勒頻偏對接收到的信號進行相 關運算得到的峰值與預設閥值進行比較，如果所得峰值大于預設閥值，則判定接收機捕獲 到待跟蹤衛星的衛星信號，進入步驟103,否則判定接收機未捕獲到待跟蹤衛星的衛星信 號，回到步驟101，繼續嘗試捕獲待跟蹤衛星的衛星信號。
[0026] 在步驟103中，接收機檢測捕獲到的衛星信號是否存在互相關特征。如果存在互 相關特征，則判定捕獲不成功，進入步驟104,采用待跟蹤衛星的其他擴頻碼碼偏與多普勒 頻偏，嘗試捕獲待跟蹤衛星的衛星信號，并在捕獲到待跟蹤衛星的衛星信號之后重新進入 步驟103。如果在步驟103中，檢測到衛星信號不存在互相關特征，則判定捕獲成功，進入步 驟105,接收機進行衛星的跟蹤與衛星信號的解碼。
[0027] 具體地說，本實施方式中的互相關特征包含：捕獲的衛星信號的載噪比大于預設 門限；指定一顆已捕獲的衛星（如衛星2)作為參照，當前捕獲到的衛星信號的多普勒頻偏 與指定的一顆已捕獲衛星（衛星2)的多普勒頻偏為整K倍關系，K為正整數或負整數。另 夕卜，互相關特征還可以包含：捕獲到的衛星信號強度比指定的一顆已捕獲衛星（衛星2)的 信號強度低17?26dB ;將待跟蹤衛星的擴頻碼與捕獲的衛星信號進行相關運算后，出現的 最大值、次大值、第三大值、第四大值的擴頻碼碼片偏移量為隨機值，且不連續；所捕獲到的 衛星信號中解調出來的導航電文與指定的一顆已捕獲并正確解調出導航電文的衛星（衛 星2)的導航電文相同。
[0028] 在本實施方式中，如果接收機檢測到衛星信號不滿足上述互相關特征中的任意一 種，則判定衛星信號不存在互相關特征。舉例來說，一旦檢測到捕獲的衛星信號載噪小于預 設門限，就不再需要檢測其他的互相關特征條件，直接判定捕獲的衛星信號不存在互相關 特征。
[0029] 由于只要一個互相關條件不滿足，就判定不存在互相關特征，無需對每一個條件 都逐一判斷，在保證了信號捕獲可靠性的同時，也簡化了接收機的計算量，從而減輕了接收 機的負荷。
[0030] 值得注意的是，在信號處理領域中，互相關是用來表示兩個信號之間相似性的一 個度量，通常通過與已知信號比較用于尋找未知信號中的特性。它是兩個信號之間相對于 時間的一個函數，有時也稱為滑動點積，在模式識別以及密碼分析學領域都有應用。本實施 方式通過設置上述這些體現互相關特征的互相關條件，檢測當前捕獲的信號是否已收到其 他強信號的影響，確保了在強弱信號共存的情況下，接收機將避免受限于強弱衛星間的互 相關效應，導致無法正常跟蹤和捕獲弱衛星信號，從而實現對衛星信號的順利捕獲，確保捕 獲的準確性。
[0031] 在步驟104中，由于因存在互相關特征而判定捕獲不成功，因此在本步驟中，需要 采用待跟蹤衛星的其他擴頻碼碼偏與多普勒頻偏，繼續嘗試捕獲待跟蹤衛星的衛星信號， 并在捕獲到衛星信號后回到步驟103。
[0032] 值得一提的是，在實際應用中，如果接收機已嘗試過以待跟蹤衛星的所有擴頻碼 碼偏與多普勒頻偏，都未成功捕獲所述待跟蹤衛星的衛星信號，則接收機將待跟蹤衛星更 新為其他衛星，繼續嘗試捕獲更新后的待跟蹤衛星的衛星信號。
[0033] 在步驟105中，由于因檢測到衛星信號不存在互相關特征而判定捕獲成功，因此 在本步驟中，接收機進行衛星的跟蹤與衛星信號的解碼，衛星信號具體的跟蹤與解碼與現 有技術相同，在此不再贅述。
[0034] 不難發現，在本實施方式中，在捕獲到待跟蹤衛星的衛星信號后，先檢測捕獲到的 衛星信號是否存在互相關特征，如果檢測到衛星信號不存在互相關特征，則再判定捕獲成 功，進行衛星的跟蹤與衛星信號的解碼。通過對互相關特征的檢測，判斷衛星信號是否捕獲 成功，可使得接收機能及時分辨出衛星信號之間是否出現強干擾的情況，從而保證了信號 捕獲的可靠性。
[0035] 本發明的第二實施方式涉及一種衛星信號的捕獲方法。本實施方式在第一實施方 式的基礎上作了進一步改進，主要改進之處在于：在本實施方式的步驟103中，接收機優先 檢測捕獲的衛星信號的載噪比是否大于預設門限，以及待跟蹤衛星的擴頻碼與捕獲的衛星 信號進行相關運算后，出現的最大值、次大值、第三大值、第四大值的擴頻碼碼片偏移量是 否為隨機值，且不連續。也就是說，接收機先檢測衛星信號的載噪比，以及相關運算后，出現 的最大值、次大值、第三大值、第四大值的擴頻碼碼片偏移量，如果檢測到衛星信號的載噪 比小于預設門限，或出現的最大值、次大值、第三大值、第四大值的擴頻碼碼片偏移量不是 隨機值，即捕獲的衛星信號不滿足預設的互相關特征中的條件，則直接判定捕獲成功，不需 要再檢測其他的互相關特征中的條件。
[0036] 經試驗證明，當產生干擾時，最容易出現的載噪比大于預設門限或相關運算后，出 現的最大值、次大值、第三大值、第四大值的擴頻碼碼片偏移量為隨機值，且不連續的情況， 因此，優先檢測捕獲的衛星信號是否滿足這兩種情況，可以進一步減少接收機不必要的計 算量，提高接收機的運行效率。
[0037] 由此可見，本實施方式為第二實施方式的優化實施例，操作方法靈活，過程簡便， 能夠進一步提1?接收機的運行效率。
[0038] 上面各種方法的步驟劃分，只是為了描述清楚，實現時可以合并為一個步驟或者 對某些步驟進行拆分，分解為多個步驟，只要包含相同的邏輯關系，都在本專利的保護范圍 內；對算法中或者流程中添加無關緊要的修改或者引入無關緊要的設計，但不改變其算法 和流程的核心設計都在該專利的保護范圍內。
[0039] 本發明第三實施方式涉及一種接收機，如圖2所示，包含：
[0040] 捕獲模塊，用于嘗試捕獲待跟蹤衛星的衛星信號；
[0041] 檢測模塊，用于在捕獲模塊捕獲到待跟蹤衛星的衛星信號后，檢測所述衛星信號 是否存在互相關特征；
[0042] 判斷模塊，用于在檢測模塊檢測到衛星信號存在互相關特征時，判定捕獲不成功； 在檢測模塊檢測到衛星信號不存在互相關特征時，判定捕獲成功；
[0043] 控制模塊，用于在判斷模塊判定捕獲不成功時，控制捕獲模塊繼續嘗試捕獲待跟 蹤衛星的衛星信號；在判斷模塊判定捕獲成功時，進行衛星的跟蹤與衛星信號的解碼。
[0044] 具體地說，互相關特征包含：捕獲的衛星信號的載噪比大于預設門限；捕獲到的 衛星信號強度比指定的一顆已捕獲衛星的信號強度低17?26dB ;將待跟蹤衛星的擴頻碼 與所述衛星信號進行相關運算后，出現的最大值、次大值、第三大值、第四大值的擴頻碼碼 片偏移量為隨機值，且不連續；捕獲到的衛星信號的多普勒頻偏與所述指定的一顆已捕獲 衛星的多普勒頻偏呈整K倍關系，K為正整數或負整數；所捕獲到的衛星信號中解調出來的 導航電文與所述指定的一顆已捕獲并正確解調出導航電文的衛星的導航電文相同。判斷模 塊在檢測到所述衛星信號不滿足所述互相關特征中的任意一種時，判定所述衛星信號不存 在互相關特征。
[0045] 另外，在本實施方式中，捕獲模塊采用待跟蹤衛星的擴頻碼碼偏與多普勒頻偏對 接收到的信號進行相關運算，如果相關運算后得到的峰值大于預設閥值，則判定捕獲到所 述待跟蹤衛星的衛星信號。捕獲模塊在繼續嘗試捕獲待跟蹤衛星的衛星信號時，采用待跟 蹤衛星的其他擴頻碼碼偏與多普勒頻偏對接收到的信號進行相關運算，如果相關運算后得 到的峰值大于預設閥值，則判定捕獲到所述待跟蹤衛星的衛星信號。
[0046] 不難發現，本實施方式為與第一實施方式相對應的系統實施例，本實施方式可與 第一實施方式互相配合實施。第一實施方式中提到的相關技術細節在本實施方式中依然有 效，為了減少重復，這里不再贅述。相應地，本實施方式中提到的相關技術細節也可應用在 第一實施方式中。
[0047] 值得一提的是，本實施方式中所涉及到的各模塊均為邏輯模塊，在實際應用中，一 個邏輯單元可以是一個物理單元，也可以是一個物理單元的一部分，還可以以多個物理單 元的組合實現。此外，為了突出本發明的創新部分，本實施方式中并沒有將與解決本發明 所提出的技術問題關系不太密切的單元引入，但這并不表明本實施方式中不存在其它的單 J Li 〇
[0048] 本領域的普通技術人員可以理解，上述各實施方式是實現本發明的具體實施例， 而在實際應用中，可以在形式上和細節上對其作各種改變，而不偏離本發明的精神和范圍。
【權利要求】
1. 一種衛星信號的捕獲方法，其特征在于，包含以下步驟： 接收機嘗試捕獲待跟蹤衛星的衛星信號； 所述接收機在捕獲到所述待跟蹤衛星的衛星信號后，檢測所述衛星信號是否存在互相 關特征； 如果檢測到所述衛星信號存在互相關特征，則判定捕獲不成功，繼續嘗試捕獲所述待 跟蹤衛星的衛星信號；如果檢測到所述衛星信號不存在互相關特征，則判定捕獲成功，進行 衛星的跟蹤與衛星信號的解碼。
2. 根據權利要求1所述的衛星信號的捕獲方法，其特征在于，所述互相關特征包含： 捕獲的衛星信號的載噪比大于預設門限； 捕獲到的衛星信號強度比指定的一顆已捕獲衛星的信號強度低17?26dB ; 將所述待跟蹤衛星的擴頻碼與所述衛星信號進行相關運算后，出現的最大值、次大值、 第三大值、第四大值的擴頻碼碼片偏移量為隨機值，且不連續； 所述捕獲到的衛星信號的多普勒頻偏與所述指定的一顆已捕獲衛星的多普勒頻偏呈 整K倍關系，K為正整數或負整數； 所捕獲到的衛星信號中解調出來的導航電文與所述指定的一顆已捕獲并正確解調出 導航電文的衛星的導航電文相同。
3. 根據權利要求2所述的衛星信號的捕獲方法，其特征在于，所述檢測衛星信號是否 存在互相關特征的步驟中，包含以下子步驟： 如果所述接收機檢測到所述衛星信號不滿足所述互相關特征中的任意一種，則判定所 述衛星信號不存在互相關特征。
4. 根據權利要求3所述的衛星信號的捕獲方法，其特征在于，所述接收機優先檢測捕 獲的衛星信號的載噪比是否大于預設門限，以及所述待跟蹤衛星的擴頻碼與所述衛星信號 進行相關運算后，出現的最大值、次大值、第三大值、第四大值的擴頻碼碼片偏移量是否為 隨機值，且不連續。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的衛星信號的捕獲方法，其特征在于，所述接收機 嘗試捕獲待跟蹤衛星的衛星信號的步驟中，包含以下子步驟： 所述接收機采用待跟蹤衛星的擴頻碼碼偏與多普勒頻偏對接收到的信號進行相關 運算，如果相關運算后得到的峰值大于預設閥值，則判定捕獲到所述待跟蹤衛星的衛星信 號； 所述繼續嘗試捕獲所述待跟蹤衛星的衛星信號的步驟中，包含以下子步驟： 所述接收機采用所述待跟蹤衛星的其他擴頻碼碼偏與多普勒頻偏對接收到的信號進 行相關運算，如果相關運算后得到的峰值大于預設閥值，則判定捕獲到所述待跟蹤衛星的 衛星信號。
6. 根據權利要求5所述的衛星信號的捕獲方法，其特征在于，還包含以下步驟： 如果所述接收機已嘗試所述待跟蹤衛星的所有擴頻碼碼偏與多普勒頻偏，都未成功捕 獲所述待跟蹤衛星的衛星信號，則所述接收機將所述待跟蹤衛星更新為其他衛星，繼續嘗 試捕獲待跟蹤衛星的衛星信號。
7. -種接收機，其特征在于，包含： 捕獲模塊，用于嘗試捕獲待跟蹤衛星的衛星信號； 檢測模塊，用于在所述捕獲模塊捕獲到所述待跟蹤衛星的衛星信號后，檢測所述衛星 信號是否存在互相關特征； 判斷模塊，用于在所述檢測模塊檢測到所述衛星信號存在互相關特征時，判定捕獲不 成功；在所述檢測模塊檢測到所述衛星信號不存在互相關特征時，判定捕獲成功； 控制模塊，用于在所述判斷模塊判定捕獲不成功時，控制所述捕獲模塊繼續嘗試捕獲 所述待跟蹤衛星的衛星信號；在所述判斷模塊判定捕獲成功時，進行衛星的跟蹤與衛星信 號的解碼。
8. 根據權利要求7所述的接收機，其特征在于，所述互相關特征包含： 捕獲的衛星信號的載噪比大于預設門限； 捕獲到的衛星信號強度比指定的一顆已捕獲衛星的信號強度低17?26dB ; 將所述待跟蹤衛星的擴頻碼與所述衛星信號進行相關運算后，出現的最大值、次大值、 第三大值、第四大值的擴頻碼碼片偏移量為隨機值，且不連續； 所述捕獲到的衛星信號的多普勒頻偏與所述指定的一顆已捕獲衛星的多普勒頻偏呈 整K倍關系，K為正整數或負整數； 所捕獲到的衛星信號中解調出來的導航電文與所述指定的一顆已捕獲并正確解調出 導航電文的衛星的導航電文相同。
9. 根據權利要求8所述的接收機，其特征在于，所述判斷模塊在檢測到所述衛星信號 不滿足所述互相關特征中的任意一種時，判定所述衛星信號不存在互相關特征。
10. 根據權利要求7至9中任一項所述的接收機，其特征在于， 所述捕獲模塊采用待跟蹤衛星的擴頻碼碼偏與多普勒頻偏對接收到的信號進行相關 運算，如果相關運算后得到的峰值大于預設閥值，則判定捕獲到所述待跟蹤衛星的衛星信 號； 所述捕獲模塊在繼續嘗試捕獲所述待跟蹤衛星的衛星信號時，采用所述待跟蹤衛星的 其他擴頻碼碼偏與多普勒頻偏對接收到的信號進行相關運算，如果相關運算后得到的峰值 大于預設閥值，則判定捕獲到所述待跟蹤衛星的衛星信號。
【文檔編號】G01S19/24GK104101884SQ201410374267
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】吳駿, 李瑞寒, 文力, 王永平, 馮衛鋒, 宋志豪, 遲朋, 段桂平, 劉精軼, 孫楓葉, 劉寶, 舒志萍, 李義梅, 蔡之君 申請人:豪芯微電子科技（上海）有限公司