GPS信號捕獲系統技術方案

本實用新型專利技術公開一種GPS信號捕獲系統，該系統將快速傅里葉變換(FFT)、雙塊零拓展(Double?Block?Zero?Padding，DBZP)、差分相干、頻差修正等技術有機地結合，使其既能實現高效快速的GPS信號捕獲，還能改善快速傅里葉變換計算過程中由大多普勒頻移引起碼片速率變化而造成的相關功率損失；此外，頻差修正技術還能夠削弱殘余多普勒頻移誤差造成的功率損失，并實現高效快速的捕獲。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及GPS (Global Position System,全球定位系統)弱信號捕獲領域，具體涉及ー種GPS信號捕獲系統。
技術介紹
目前，GPS已經在全世界得到了廣泛的應用，但大多是在信號條件較理想的環境中。當信號條件不理想時，例如在室內、森林和城市等環境中，遮擋、多徑和干擾等現象較嚴重，GPS就得不到很好的應用。而這些環境恰是人類活動的主要場所，在這些環境中有很多重要的GPS應用需求，高性能GPS衛星導航接收機正是為滿足這ー需求而產生的，成了導航 領域的主要研究方向。而GPS信號的高靈敏度捕獲算法處在GPS接收機基帶信號處理的最前端，是提高GPS接收機性能的關鍵。傳統的快速傅里葉變換(FFT)的頻域捕獲技術具有運算效率高的特性，但積累時間不能過長。差分相干處理技術將相干積分結果進行差分處理，延長了積累時間，提高了弱GPS信號的捕獲靈敏度。然而當接收機和GPS衛星相対速度較大時，接收機接收的GPS信號將產生較大的多普勒頻移，在長時間積分下，大多普勒頻移將對碼片速率產生較大影響，造成碼周期不準，用FFT做循環卷積時存在相關功率損失；差分相干捕獲也會引起殘余載波多普勒頻率的相關功率損失。Ziedan N I，焦瑞祥等人利用DBZP技術減小了 FFT計算過程中由大多普勒頻移引起碼片速率變化造成的相關功率損失，然而捕獲過程中，在每個預檢測積分時間內都需要對最可靠的數據位組合進行估計，并利用它去掉先前的數據位，這樣需要較大的運算開銷。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題是提供ー種GPS信號捕獲系統，該系統能夠有效降低在傅里葉變換過程中由大多普勒頻移引起碼片速率變化而造成的相關功率損失。為解決上述問題，本技術是通過以下方案實現的ー種GPS信號捕獲系統,包括如下模塊變頻采樣模塊對衛星發射GPS模擬信號進行下變頻并采樣；本地偽碼產生模塊根據待搜索的衛星號及其多普勒頻率偏移產生本地偽碼信號;雙塊零拓展模塊分別對變頻采樣模塊輸出的GPS信號和本地偽碼產生模塊輸出的偽碼信號進行雙塊零拓展；快速傅里葉變換循環卷積相關模塊對雙塊零拓展模塊輸出的信號利用快速傅里葉變換循環卷積進行相關運算；有用信息保存模塊對快速傅里葉變換循環卷積相關模塊輸出的相關結果進行處理，并保留第一個有用信息子塊；累加模塊對有用信息保存模塊內保存的有用信息子塊進行差分相干累加；最大相關值與相關均值的比值計算模塊計算累加模塊輸出的差分相干結果的相關均值，并從累加模塊輸出的差分相干結果中找出最大相關值，然后計算此時的最大相關值與相關均值的比值；最大相關值與相關均值的比值閾值檢測模塊將最大相關值與相關均值的比值計算模塊輸出的最大相關值與相關均值的比值與預先設定的檢測閾值進行比較；若比較結果超過檢測閾值，則最大相關值與相關均值的比值計算模塊中的最大相關值所對應的碼相位和多普勒頻移值即為初次捕獲的碼相位和多普勒頻移值；若比較結果未超過檢測閾值，則返回至本地偽碼產生模塊搜索同一顆衛星的下一多普勒頻移，當該顆衛星所設頻率點搜完后，則重復本地偽碼產生模塊搜索下ー顆衛星，直到搜索完所有的衛星，則退出捕獲，表示捕獲不成功。作為上述方案的改進，在最大相關值與相關均值的比值閾值檢測模塊的輸出端，還接有對初次捕獲的多普勒頻移進行修正的修正模塊，該修正模塊首先根據累加模塊輸出 的差分相干結果，求出多普勒頻移誤差的估計值，并利用該多普勒頻移誤差的估計值對初次捕獲的多普勒頻移進行修正；然后利用修正后的多普勒頻移值對碼相位進行二次捜索，即利用修正后的多普勒頻移值重復步驟ニ進行捕獲，若在修正后的多普勒頻移上捕獲成功，則此時最大相關值所對應的碼相位和修正后的多普勒頻移值即為捕獲結果。與現有技術相比，本技術將快速傅里葉變換(FFT)、雙塊零拓展(DoubleBlock Zero Padding, DBZP)、差分相干、頻差修正等技術有機地結合,這樣既能實現高效快速的GPS信號捕獲，還能改善快速傅里葉變換計算過程中由大多普勒頻移引起碼片速率變化而造成的相關功率損失；此外，本技術在捕獲過程中還引入了頻差修正技術，削弱了殘余多普勒頻移誤差造成的功率損失，并實現高效快速的捕獲。附圖說明圖I為ー種GPS信號捕獲系統的原理圖。具體實施方式—種GPS信號捕獲系統,如圖I所不,包括如下模塊變頻采樣模塊對衛星發射GPS模擬信號進行下變頻并采樣；本地偽碼產生模塊根據待搜索的衛星號及其多普勒頻率偏移產生本地偽碼信號;雙塊零拓展模塊分別對變頻采樣模塊輸出的采樣后的GPS信號和本地偽碼產生模塊輸出的偽碼信號進行雙塊零拓展；快速傅里葉變換循環卷積相關模塊對雙塊零拓展模塊輸出的信號利用快速傅里葉變換循環卷積進行相關運算；有用信息保存模塊對快速傅里葉變換循環卷積相關模塊輸出的相關結果進行處理，并保留第一個有用信息子塊；累加模塊對有用信息保存模塊內保存的有用信息子塊進行差分相干累加；最大相關值與相關均值的比值計算模塊計算累加模塊輸出的差分相干結果的相關均值，并從累加模塊輸出的差分相干結果中找出最大相關值，然后計算此時的最大相關值與相關均值的比值；最大相關值與相關均值的比值閾值檢測模塊將最大相關值與相關均值的比值計算模塊輸出的最大相關值與相關均值的比值與預先設定的檢測閾值進行比較；若比較結果超過檢測閾值，則最大相關值與相關均值的比值計算模塊中最大相關值所對應的碼相位和多普勒頻移值即為初次捕獲的碼相位和多普勒頻移值；若比較結果未超過檢測閾值，則返回至本地偽碼產生模塊搜索下一多普勒頻移，當該顆衛星所設頻率點搜完后，則重復本地偽碼產生模塊搜索下ー顆衛星，直到搜索完所有的衛星，則退出捕獲，表示捕獲不成功。為了削弱了殘余多普勒頻率誤差造成的功率損失，本技術在最大相關值與相關均值的比值閾值檢測模塊的輸出端，還接有對初次捕獲的多普勒頻移進行修正的修正模塊，該修正模塊首先根據累加模塊輸出的差分相干結果，求出多普勒頻移誤差的估計值，并利用該多普勒頻移誤差的估計值對初次捕獲的多普勒頻移值進行修正；然后利用修正后的多普勒頻移值對碼相位進行二次捜索，即利用修正后的多普勒頻移值重復步驟ニ進行捕 獲，若在修正后的多普勒頻移上捕獲成功，則此時最大差分相干值所對應的碼相位和修正后的多普勒頻率值即為捕獲結果。上述系統所實現的ー種GPS信號捕獲方法，包括有如下步驟步驟ー對衛星發射的GPS模擬信號進行下變頻及采樣，并設定合適的多普勒頻移變量初值及最大值即設定多普勒頻移捜索范圍，同時設定多普勒頻移捜索間隔、檢測閾值、衛星號變量初值及衛星號最大值。在本技術中，所述多普勒頻移搜索范圍為-IOKHz IOKHz。所述多普勒頻移的搜索間隔為250Hz 500Hz。所述檢測閾值是指MTM檢測閾值，其中MTM表示最大相關值與相關均值的比值，若計算所得MTM超過檢測閾值Bt即認為信號被準確捕獲，在本技術中，所述檢測閾值Bt設定為3 7之間。根據目前GPS衛星的數目，在本技術中，所述衛星號變量的初值設定為1，最大值設定為30。從衛星發射的LI頻段GPS模擬信號下變頻和采樣后的數字中頻信號為rQj) = Ad(t}.)C(( }· -τ)(1+^f-))cos(27t·(fIF + fd) ; +φ)+Tiitj)( I) 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
GPS信號捕獲系統，其特征是包括如下模塊：變頻采樣模塊：對衛星發射的GPS模擬信號進行下變頻并采樣；本地偽碼產生模塊：根據待搜索的衛星號及其多普勒頻率偏移產生本地偽碼信號；雙塊零拓展模塊：分別對變頻采樣模塊輸出的采樣后的信號和本地偽碼產生模塊輸出的偽碼信號進行雙塊零拓展；快速傅里葉變換循環卷積相關模塊：對雙塊零拓展模塊輸出的信號利用快速傅里葉變換循環卷積進行相關運算；有用信息保存模塊：對快速傅里葉變換循環卷積相關模塊輸出的相關結果進行處理，并保留第一個有用信息子塊；累加模塊：對有用信息保存模塊內保存的有用信息子塊進行差分相干累加；最大相關值與相關均值的比值計算模塊：計算累加模塊輸出的差分相干結果的相關值均值，并從累加模塊輸出的差分相干結果中找出最大值、并計算此時的最大相關值，然后計算此時的最大相關值與相關均值的比值；最大相關值與相關均值的比值閾值檢測模塊：將最大相關值與相關均值的比值計算模塊輸出的最大相關值與相關均值的比值與預先設定的檢測閾值進行比較；若比較結果超過檢測閾值，則最大相關值與相關均值的比值計算模塊中最大差分相干值所對應的碼相位和多普勒頻移值即為初次捕獲的碼相位和多普勒頻移值；若比較結果未超過檢測閾值，則返回至本地偽碼產生模塊搜索下一多普勒頻移，當該顆衛星所設頻率點搜完后，則重復本地偽碼產生模塊搜索下一顆衛星，直到搜索完所有的衛星，則退出捕獲，表示捕獲不成功。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張順嵐，莫建文，歐陽寧，張彤，首照宇，袁華，陳利霞，林樂平，
申請(專利權)人：桂林電子科技大學，
類型：實用新型
國別省市：