一种GNSS信号捕获性能分析方法技术

本发明专利技术公开了一种GNSS信号捕获性能分析方法，属于信号检测技术领域。其包括（1）计算检测变量在两种假设下的条件概率密度函数，（2）计算虚警概率和检测概率等步骤。该方法在传统检测理论的基础上，考虑了捕获码相位误差在搜索步长内服从均匀分布的特点，将信号相关函数的特性引入到了检测性能分析过程。基于该分析方法，可以对对BOC、MBOC和AltBOC等信号的匹配捕获、无模糊捕获算法的广义检测性能和主、边锋检测性能进行评估，给出定量的分析结果。

A Performance Analysis Method for GNSS Signal Acquisition

The invention discloses a method for analyzing the performance of GNSS signal acquisition, which belongs to the technical field of signal detection. It includes: (1) calculating the conditional probability density function of detection variables under two assumptions, (2) calculating the false alarm probability and detection probability. Based on the traditional detection theory, this method considers that the phase error of acquisition code obeys uniform distribution within the search step, and introduces the characteristics of signal correlation function into the detection performance analysis process. Based on this analysis method, we can evaluate the performance of matching acquisition, generalized detection and primary and edge detection of BOC, MBOC and AlterBOC signals, and give quantitative analysis results.

【技术实现步骤摘要】
一种GNSS信号捕获性能分析方法
本专利技术属于信号检测
，具体涉及一种GNSS信号捕获性能分析方法。
技术介绍
作为GNSS接收机工作过程中的第一步，捕获处理对卫星信号的基本参数进行粗略估计，如信号延迟和多普率频率。捕获过程被看作是对GNSS信号的初始同步处理，信号参数的精确估计由后续的跟踪处理实现。现代化的GNSS系统中普遍采用BOC调制技术及其扩展形式(如MBOC、AltBOC等)。目前还缺乏调制方式对捕获性能影响的深入分析。与传统的BPSK信号相比，BOC信号的自相关函数存在多个相关峰，这一点对导航信号捕获处理算法和性能分析提出了新的挑战。近年来有多种BOC信号的无模糊捕获技术被提出。根据捕获成功后同步范围的差异，可以将已有的BOC信号无模糊捕获技术分为两大类。第一类是确保捕获成功后伪码相位同步到正负一个伪码码片内，该类技术算法简单、便于实现、适应性强，但不能保证捕获到自相关函数的主峰范围内。第二类是确保捕获成功后伪码相位同步到自相关函数的主峰范围内，该类技术能够自动避免BOC信号的跟踪模糊问题，其缺点是捕获时间较长、实现复杂以及适应性差。传统的GNSS信号检测性能分析中较少考虑搜索步长的影响、而是建立在本地信号与接收信号的码相位误差为固定值的基础上，例如分析BPSK信号检测概率时通常假设码相位误差为0，而分析BOC信号的边锋检测概率时码相位延迟则是边锋到主峰的距离。这种分析方法有利于简化分析过程，但却不符合捕获处理的实际情况。特别是不利于分析调制方式(如BPSK和BOC)对捕获性能的影响，以及对比不同处理算法(如BOC的直接捕获和无模糊捕获算法)的性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种GNSS信号捕获性能分析方法，该方法可以全面衡量调制方式、搜索步长和捕获算法对信号捕获性能的影响。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种GNSS信号捕获性能分析方法，其包括以下步骤：(1)计算信号捕获的检测变量Z在H0假设下的条件概率密度函数fZ(z|τ,μ,H0)，以及信号捕获的检测变量Z在H1假设下的条件概率密度函数fZ(z|τ,μ,H1)；其中，τ为伪码捕获的码相位误差，μ为捕获处理的码相位搜索步长，H0和H1为二元假设检验的假设条件，H0假设有用信号不存在，H1假设有用信号存在；(2)应用全概率公式，计算搜索步长为μ条件下的虚警概率PFA|μ和检测概率PD|μ：式中，Tc为伪码的码片宽度，γ为检测门限，f(τ|μ)为搜索步长为μ条件下τ的概率密度函数；虚警概率PFA|μ和检测概率PD|μ即为衡量GNSS信号捕获性能的指标。本专利技术相对于现有技术的有益效果在于：本专利技术方法简单易行，可以全面衡量调制方式、搜索步长和捕获算法对信号捕获性能的影响，有利于分析调制方式(如BPSK和BOC)对捕获性能的影响，并有助于对比不同处理算法(如BOC的直接捕获和无模糊捕获算法)的性能，从而为GNSS系统的设计提供重要的参考依据。附图说明图1是BOCs(1,1)的fR(r)结果图；图2是BOCs(1,1)信号的捕获性能分析结果；图3是BOCs(2,1)信号的捕获性能分析结果；图4是BOCs(3,1)信号的捕获性能分析结果。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作详细说明。本专利技术的范围不受这些实施例的限制，本专利技术的范围在权利要求书中提出。一种GNSS信号捕获性能分析方法，其包括以下步骤：(1)令信号捕获的检测变量为Z,伪码捕获的码相位误差为τ,捕获处理的码相位搜索步长为μ，则Z在H0和H1假设下的条件概率密度函数分别为fZ(z|τ,μ,H0)和fZ(z|τ,μ,H1)。其中，H0和H1为二元假设检验的假设条件，即，H0假设有用信号不存在，H1假设有用信号存在。(2)应用全概率公式，可得搜索步长为μ条件下的虚警概率PFA|μ和检测概率PD|μ分别为：其中，Tc为伪码码片宽度，γ为检测门限，f(τ|μ)为搜索步长为μ条件下τ的概率密度函数。利用式(1)和式(2)便可以全面衡量调制方式、搜索步长和捕获算法对信号捕获性能的影响。下面以μ＝2Tc为例进行说明。当μ＝2Tc时，PFA|μ和PD|μ分别简化为其中，υ是卡方分布的自由度，此处υ＝2，σ2代表噪声功率，是广义MarcumQ函数，fR(r)为信号自相关函数R的概率密度函数，P为信号功率。和分别代表μ＝2Tc情况下的虚警概率和捕获概率。对于GNSS系统中的BOCs(m,n)信号来说，当2p＝2m/n为偶数时fR(r)可表示为：当2p＝2m/n为奇数时，fR(r)可表示为：其中，图1给出了BOCs(1,1)的fR(r)结果。图2给出了BOCs(1,1)的捕获性能分析结果，图3给出了BOCs(2,1)的捕获性能分析结果，图4给出了BOCs(3,1)的捕获性能分析结果，图中横坐标为虚警概率纵坐标为捕获概率由图可见，随着副载波速率m的提高，BOC信号的检测性能逐渐下降，但性能下降的程度是递减的。总之，本专利技术方法综合考虑了调制方式、搜索步长和捕获算法，该方法在传统检测理论的基础上，考虑了捕获码相位误差在搜索步长内服从均匀分布的特点，将信号相关函数的特性引入到了检测性能分析过程。基于该分析方法，可以对BOC(Binaryoffsetcarrier)、MBOC(Multiplexedbinaryoffsetcarrier)和AltBOC(AlternativeBOC)等信号的匹配捕获、无模糊捕获算法的广义检测性能和主、边锋检测性能进行评估，给出定量的分析结果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GNSS信号捕获性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)计算信号捕获的检测变量Z在H0假设下的条件概率密度函数fZ(z|τ,μ,H0)，以及信号捕获的检测变量Z在H1假设下的条件概率密度函数fZ(z|τ,μ,H1)；其中，τ为伪码捕获的码相位误差，μ为捕获处理的码相位搜索步长，H0和H1为二元假设检验的假设条件，H0假设有用信号不存在，H1假设有用信号存在；(2)应用全概率公式，计算搜索步长为μ条件下的虚警概率PFA|μ和检测概率PD|μ：

【技术特征摘要】
1.一种GNSS信号捕获性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)计算信号捕获的检测变量Z在H0假设下的条件概率密度函数fZ(z|τ,μ,H0)，以及信号捕获的检测变量Z在H1假设下的条件概率密度函数fZ(z|τ,μ,H1)；其中，τ为伪码捕获的码相位误差，μ为捕获处理的码相位搜索步长，H0和H1为二元假...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨再秀，李洪力，郑晓冬，叶红军，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13