基于不等长双块补零算法的弱信号捕获方法技术

本发明专利技术公开了一种基于不等长双块补零算法的弱信号捕获方法，主要解决现有双块补零方法在小频偏下检测性能较差的缺陷。其实现方案是：将发送端采用的本地扩频码经过成形偏移正交相移键控调制，得到原始本地信号；在接收端将接收到的射频信号依次进行滤波、下变频和数字采样，得到原始基带复信号；对原始基带复信号和本地信号分别进行分块组合，在保证子块总长度不变的前提下，增加数据子块长度，得到新的基带复信号数据块和新的本地信号数据块；对新的基带复信号数据块和新的本地信号数据块进行圆周相关，得到相关值数据；根据相关值数据中是否出现峰值，判定捕获是否成功。本发明专利技术能在小频偏下获得更好的捕获性能，可用于数据传输、卫星定位导航。卫星定位导航。卫星定位导航。

【技术实现步骤摘要】
基于不等长双块补零算法的弱信号捕获方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，特别涉及一种对弱信号的捕获方法，可用于数据传输、卫星定位导航和测距。

技术介绍

[0002]随着卫星导航技术的不断发展，全球导航卫星系统GNSS的应用越来越广泛，美国、俄罗斯、中国和欧盟都拥有了覆盖全球性的卫星定位导航系统。无盲区、高灵敏度的定位与导航成为目前最新的技术发展方向，这就要求实现高动态环境下对弱信号的快速捕获。
[0003]传统弱信号捕获算法包括有串行捕获算法和并行捕获算法，其中，串行捕获算法是通过不断地调整本地载波频率和本地码相位来实现信号捕获，它是一个二维搜索过程；并行频率搜索算法是利用一次FFT变换实现频率搜索，并对码相位进行一维搜索；且将在时域的相关运算变换为在频域的乘积运算，通过IFFT变换一次求出各个码相位的相关值，对频率进行一维搜索。这两种传统捕获算法均存在计算量大、耗时长和硬件资源消耗大的问题。
[0004]针对这一问题，Lin.D.M.在“Comparison of Acquisition Methods for Software GPS Receiver”(Proceedings of the Institute of Navigation
’
s ION GPS,2000:2385～2390)中讨论了GPS软件接收机捕获微弱信号的问题，其采用了20ms的相干积分时间，提出了双块补零算法DBZP，该算法的核心思想是将长的相关积分操作分割为多个短的相干积分操作，然后采用傅里叶变换进行圆周相关，以一次计算出所有多普勒频移的相干累积，大大减小运算量。在此基础上，Ziedan N.I.考虑了导航数据位跳变的影响，在“Unaided Acquisition of Weak GPS Signals Using Circular Correlation or Double Block Zero Padding”(Position Location and Navigation Symposium(PLANS),2004:461～470)中提出了通过引入多普勒补偿和频移减少技术，修正DBZP的MDBZP算法，解决了DBZP总积分时间受限制的问题。Heckler G.W.和Garrison J.L.在“Implementationand Testing of an Unaided Method for the Acquisition of Weak GPS C/A Code Signals”(Navigation,2009,56(4):241～259)中，通过去除MDBZP算法存在的FFT冗余计算，提出快速MDBZP算法FMDBZP，减小了计算量，提高了算法效率。张文在FMDBZP的基础上，重点讨论了导航数据位组合、码相位和多普勒频移的筛选机制，提出FMDBZP的改进算法IFMDBZP，进一步减小了计算量，节省了计算空间。2016年，孟骞等人将研究方向放到对基带信号和本地测距码进行重构上，提出一种改进双块补零北斗导航接收机弱信号捕获方法，该方法对参与块内相关运算的基带信号和本地测距码分别进行重构，解决了块内点数与快速傅里叶变换输入点数之间的矛盾，提高了北斗导航接收机弱信号捕获性能。
[0005]上述这些基于DBZP的改进算法主要考虑的是导航数据比特跳变引起检测性能下降的问题，集中对DBZP完成块内循环相关和移块操作后得到的相关值矩阵的频域变换和检测判决部分进行优化和简化。然而在DBZP和其改进算法中，双块的长度都是完全相等，在选取分块长度时，选取较短的分块长度可以保证较大的多普勒频偏搜索范围，但是，当在频偏
较小时，选取较短的分块长度会导致检测性能下降，DBZP和其改进算法都无法同时保证较大的多普勒频偏搜索范围和小频偏下较好的检测性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于不等长双块补零算法的弱信号捕获方法，以在频偏较小时，提高捕获性能。
[0007]本专利技术的技术关键是：优化子块的组合方式，在保证子块总长度不变的前提下，改变数据子块和补零子块各自所占比例，通过增加数据子块长度同时减少补零子块长度，增加相干积累长度和分块数来获得更高的捕获性能。其实现方案包括如下：
[0008](1)在发送端，将一段导航数据经过扩频调制，形成一组扩频调制后的序列，对该序列依次进行成形偏移正交相移键控SOQPSK调制和上变频，得到射频信号并发送出去；
[0009](2)接收端接收经过远距离传输、路径损耗较大，信噪比较低的射频信号即弱信号；
[0010](3)根据发送端的本地扩频码获得原始本地信号，根据接收端接收的弱信号获得原始基带复信号：
[0011](3a)将本地扩频码经过成形偏移正交相移键控SOQPSK调制，得到长度为N
t
的原始本地信号s(nT
s
)，其中T
s
为采样间隔，nT
s
表示第n个采样时刻，n＝1,2,...,N
t
；
[0012](3b)将接收到的弱信号经过滤波、下变频、数字采样后，得到长度为N
t
的原始基带复信号r(nT
s
)；
[0013](4)根据已知的频率分辨率f
res
和已知的频率搜索范围确定原始基带复信号和原始本地信号的分块数：得到基本数据长度：L
s
＝N
t
/N
s
，设置判决门限T0；
[0014](5)由原始的基带复信号r(nT
s
)的第(k
‑
1)S+1～2L
s
+(k
‑
1)S样点组成第k块基带复信号数据块B
k
，其中S是补零子块的长度，0＜S≤L
s
，k＝1,2,3,...,N
t
/S；
[0015](6)由原始本地信号s(nT
s
)的第(k
‑
1)S+1～2L
s
‑
S+(k
‑
1)S样点和S个0组成第k块本地信号数据块E
k
；
[0016](7)对基带复信号数据块B
k
和本地信号数据块E
k
进行圆周相关：
[0017](7a)对基带复信号数据块B
k
和本地数据块E
k
分别做2L
s
点的离散傅里叶变换；
[0018](7b)对本地数据块E
k
的2L
s
点离散傅里叶变换结果取共轭，并与基带复信号数据块B
k
的2L
s
点离散傅里叶变换结果对应相乘，并对相乘结果做2L
s
点逆傅里叶变换，得到相关值数据C
k
；
[0019](7c本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于不等长双块补零算法的弱信号捕获方法，其特征在于，包括：(1)在发送端，将一段导航数据经过扩频调制，形成一组扩频调制后的序列，对该序列依次进行成形偏移正交相移键控SOQPSK调制和上变频，得到射频信号并发送出去；(2)接收端接收经过远距离传输、路径损耗较大，信噪比较低的射频信号即弱信号；(3)根据发送端的本地扩频码获得原始本地信号，根据接收端接收的弱信号获得原始基带复信号：(3a)将本地扩频码经过成形偏移正交相移键控SOQPSK调制，得到长度为N
t
的原始本地信号s(nT
s
)，其中T
s
为采样间隔，nT
s
表示第n个采样时刻，n＝1,2,...,N
t
；(3b)将接收到的弱信号经过滤波、下变频、数字采样后，得到长度为N
t
的原始基带复信号r(nT
s
)；(4)根据已知的频率分辨率f
res
和已知的频率搜索范围B
fd
确定原始基带复信号和原始本地信号的分块数：得到基本数据长度：L
s
＝N
t
/N
s
，设置判决门限T0；(5)由原始的基带复信号r(nT
s
)的第(k
‑
1)S+1～2L
s
+(k
‑
1)S样点组成第k块基带复信号数据块B
k
，其中S是补零子块的长度，0＜S≤L
s
，k＝1,2,3,...,N
t
/S；(6)由原始本地信号s(nT
s
)的第(k
‑
1)S+1～2L
s
‑
S+(k
‑
1)S样点和S个0组成第k块本地信号数据块E
k
；(7)对基带复信号数据块B
k
和本地信号数据块E
k
进行圆周相关：(7a)对基带复信号数据块B
k
和本地数据块E
k
分别做2L
s
点的离散傅里叶变换；(7b)对本地数据块E
k
的2L
s
点离散傅里叶变换结果取共轭，并与基带复信号数据块B
k
的2L
s
点离散傅里叶变换结果对应相乘，并对相乘结果做2L
s
点逆傅里叶变换，得到相关值数据C
k
；(7c)保留相关值数据C
k
中的前S个数据，舍弃后边2L
s
‑
S个数据，得到相关值数据C'
k
；(8)保持本地数据块不动，将基带复信号数据块依次左移一块，即第1块基带复信号数据块B1变为第N
t
/S块B
Nt/S
，使第k+1块基带复信号数据块B
k+1
变为第k块基带复信号数据块B
k
，k＝2,3,...,N
t
/S，再将左移后的基带复信号数据块和本地数据块返回(7)，直到移块次数完成一个扩频码周期后，得到全部相关值数据C'；(9)根据相关值数据C'是否存在高于门限值T0的峰值判断是否捕获成功：将相关值数据C'映...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙锦华，许名岳，赵伊倩，孙靖翔，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：