專利名稱：一種gps的c/a碼信號(hào)的捕獲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于GPS通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種GPS的C/A碼信號(hào)的捕獲方法。
背景技術(shù)：
GPS ( Global Positioning System)全球定位系統(tǒng)作為新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，最初是由美國(guó)軍方開(kāi)發(fā)并供海陸空三軍使用的。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，當(dāng)前GPS系統(tǒng)已成為一種被廣泛采用的軍民兩用系統(tǒng)，它的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用前景遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)者當(dāng)初的設(shè)想，在航空、航天、軍事、交通、運(yùn)輸、資源勘探、通信、氣象等幾乎所有的領(lǐng)域中，都被作為一項(xiàng)非常重要的技術(shù)手段和方法，用來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航、定時(shí)、定位、地球物理參數(shù)測(cè)定和大氣物理參數(shù)測(cè)定等。
GPS全球定位系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)線電空間定位系統(tǒng)，它利用導(dǎo)航衛(wèi)星和地面站為全球提供全天候、高精度、連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維坐標(biāo)(緯度，經(jīng)度，海拔)、三維速度和定位信息，地球表面上任何地點(diǎn)均可以用于定位和導(dǎo)航。GPS系統(tǒng)包括三大部分空間部分一GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分一地面監(jiān)控系統(tǒng)，用戶設(shè)備部分一GPS信號(hào)接收機(jī)。GPS空間部分使用24顆高度約2. 02萬(wàn)千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座，其中由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座，衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方、任何時(shí)間都可觀測(cè)到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形，提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?。地面監(jiān)控部分包括四個(gè)監(jiān)控間、 一個(gè)上行注入站和一個(gè)主控站，用于監(jiān)測(cè)、控制、修正和注入各個(gè)GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。GPS接收機(jī)可接收到如下信息用于授時(shí)的準(zhǔn)確至納秒級(jí)的時(shí)間信息；用于預(yù)報(bào)未來(lái)幾個(gè)月內(nèi)衛(wèi)星所處概略位置的預(yù)報(bào)星歷；用于計(jì)算定位時(shí)所需衛(wèi)星坐標(biāo)的廣播星歷，精度為幾米至幾十米(各個(gè)衛(wèi)星不同，隨時(shí)變化)；以及GPS系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。
GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種頻率的載波信號(hào)，即頻率為1575. 42兆赫的Ll載波和頻率為1227.60兆赫的L2載波，分別調(diào)制多種信號(hào)。主要有
(1) C/A ( Coarse/Acquisition:粗/捕獲)碼
C/A碼被調(diào)制在Ll載波上，是lMHz的偽隨機(jī)噪聲碼(Pseudo-randomNumber, PRN)，其碼長(zhǎng)為1023位(周期為lms)。由于每顆衛(wèi)星的C/A碼都不一樣，因此，我們經(jīng)常用它們的PRN號(hào)來(lái)區(qū)分它們。C/A碼是普通用戶用以測(cè)定測(cè)站到衛(wèi)星間的距離的一種主要的信號(hào)。
(2) P碼
P碼又被稱為精碼，調(diào)制在L1和L2載波上，是10MHz的偽隨機(jī)噪聲碼，周期為七天。由于保密限制，普通用戶無(wú)法利用P碼來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航定位。
(3) 導(dǎo)航信息
導(dǎo)航信息即數(shù)據(jù)碼調(diào)制在Ll載波上，其信號(hào)頻率為50赫茲，包含GPS衛(wèi)星的軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘修正數(shù)和其它一些系統(tǒng)參數(shù)。用戶一般需要利用此導(dǎo)航信息來(lái)計(jì)算某一時(shí)刻GPS衛(wèi)星在地球軌道上的位置，導(dǎo)航信息也被稱為廣播星歷。
對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)，GPS系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(Standard PositioningService, SPS)，這一般通過(guò)解析調(diào)制在Ll載波上的不同衛(wèi)星的C/A碼信息來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于衛(wèi)星的位置是事先知道的，且根據(jù)GPS衛(wèi)星星座的分布，在地球 表面的任意時(shí)間任意地點(diǎn)， 一般能同時(shí)接收4到11顆衛(wèi)星的信號(hào)。而在三維
情況下，利用3顆衛(wèi)星即可組成3個(gè)方程，解析出當(dāng)前位置的坐標(biāo)(X， Y， Z)。 實(shí)際上考慮到衛(wèi)星和接收機(jī)之間的時(shí)鐘誤差，因此需要引入第4顆衛(wèi)星，組 成4個(gè)方程，求解當(dāng)前點(diǎn)的坐標(biāo)值和時(shí)鐘誤差，從而得到當(dāng)前位置的經(jīng)緯度 和高程。當(dāng)然，實(shí)際上接收機(jī)可以接收超過(guò)4顆以上的衛(wèi)星信號(hào)，因此可以 進(jìn)一步修正通過(guò)4顆衛(wèi)星的信號(hào)解析出的結(jié)果，以盡可能減小誤差。
由上面的介紹可知，GPS提供的標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)需要解調(diào)Ll載波上的C/A 碼上的信息。Ll的頻率上的信號(hào)可表示為
= V(/)竭cos(2;ry;, + + 4.C(/1 )W) sin(2;z^ + ( 1 )
式中&是載波L1上的信號(hào)，^是P碼的幅度，i^h士l表示P碼的相位，即
p碼偽隨機(jī)序列，"w-土i表示數(shù)據(jù)碼，即導(dǎo)航電文信息，y;是Li上的頻率，
即1575.42MHz， ^是初始相位，^是C/A碼的幅度，C(r) = ±1表示C/A碼的相 位，即C/A碼偽隨機(jī)序列。合成的GPS信號(hào)向全球發(fā)射，隨時(shí)隨地供接收機(jī)
解算導(dǎo)航定位信息使用。
圖1是GPS接收機(jī)的基本原理圖，GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)被天線接收，通 過(guò)射頻(Radio Frequency, RF)鏈將輸入信號(hào)放大到合適的幅度并將頻率轉(zhuǎn) 換到需要的輸出頻率上，再通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將輸出信號(hào)變成數(shù)字信 號(hào)，進(jìn)入數(shù)字域處理，經(jīng)過(guò)信號(hào)捕獲、跟蹤、子幀識(shí)別、星歷和偽距解析、 衛(wèi)星位置和用戶位置計(jì)算。其中，捕獲是指發(fā)現(xiàn)某一個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)；跟蹤是 得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)的相位變化；而根據(jù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)的相位跳變，可得到子幀和導(dǎo)航 數(shù)據(jù)，從導(dǎo)航數(shù)據(jù)里就可得到星歷和偽距；最后根據(jù)衛(wèi)星的位置和偽距計(jì)算出用戶的位置。
為了跟蹤GPS信號(hào)并進(jìn)行信息解碼，就必須先用捕獲處理來(lái)檢測(cè)信號(hào)的 存在。啟動(dòng)捕獲程序?qū)ふ蚁鄬?duì)于接收機(jī)的可視衛(wèi)星，如果已經(jīng)大致知道衛(wèi)星 的粗略位置和時(shí)間，或者通過(guò)最近記錄的廣播星歷可以計(jì)算出可用衛(wèi)星的信 號(hào)，此時(shí)，只需要搜索幾個(gè)衛(wèi)星。當(dāng)然，如果初始設(shè)置的衛(wèi)星是錯(cuò)誤的，則 衛(wèi)星定位的時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)，因?yàn)榇藭r(shí)捕獲程序一開(kāi)始搜索的是錯(cuò)誤的衛(wèi)星， 上述方法稱為熱啟動(dòng)。此外還有一種稱為冷啟動(dòng)的衛(wèi)星信號(hào)接收方法，即接 收機(jī)不知道衛(wèi)星的具體信息，必須對(duì)所有的衛(wèi)星進(jìn)行捕獲，這會(huì)非常耗時(shí)， 因此一般總是樂(lè)于選擇能夠快速捕獲的方法。
一旦捕獲程序檢測(cè)到信號(hào)，就必須提供給跟蹤模塊一些必要的參數(shù)，如
C/A碼周期的起始位置和輸入信號(hào)的載波頻率。 一般采集到的數(shù)據(jù)包含幾個(gè) 衛(wèi)星的信號(hào)，每個(gè)信號(hào)的C/A碼起始位置不同，開(kāi)始時(shí)間不同，多普勒頻移 也不同。捕獲模塊需要找到C/A碼的起始位置，并用此信息對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行 解擴(kuò)，輸出一個(gè)連續(xù)波信號(hào)，得到載波頻率。為了加快捕獲速度，接收機(jī)可 以對(duì)多個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行并行捕獲，即同時(shí)對(duì)N個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行捕獲。同時(shí)，GPS信號(hào) 的捕獲過(guò)程是一個(gè)二維搜索過(guò)程，如圖2所示，每一個(gè)方塊代表特定C/A碼 起始位置和特定載波偏移的信號(hào)，接收機(jī)產(chǎn)生每個(gè)方塊對(duì)應(yīng)的本地復(fù)現(xiàn)信號(hào)， 并與接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)，通過(guò)比較接收信號(hào)與本地復(fù)現(xiàn)信號(hào)的相關(guān)結(jié)果，來(lái) 判斷信號(hào)是否捕獲。
目前常用的捕獲方法有以下幾種
1.序貫搜索捕獲法
如圖3所示，經(jīng)過(guò)ADC以后的中頻輸入信號(hào)與本地產(chǎn)生的PRN碼相乘以后，再與本地載波的同相分量和正交分量相乘，形成同相I路信號(hào)和正交Q 路信號(hào)，然后分別經(jīng)過(guò)積分-清除，平方求和環(huán)節(jié)，最后與預(yù)設(shè)門(mén)限值相比較， 判斷信號(hào)是否捕獲，如果捕獲，則進(jìn)入后續(xù)處理環(huán)節(jié)；如果未捕獲，則通過(guò) 同步控制環(huán)節(jié)調(diào)整本地碼的相位和載波頻率，重新進(jìn)行上述過(guò)程。
由上述介紹可知，序貫搜索方法在碼相位和載波頻率二個(gè)方向上進(jìn)行掃 描搜索，以找到匹配的碼相位和載波頻率。因?yàn)橐疠d波變化的多普勒頻移 有正有負(fù)，因此在載波頻率方向， 一般從標(biāo)稱頻率開(kāi)始，向正負(fù)兩個(gè)方向依
次進(jìn)行掃描；而在碼相位方向，由于開(kāi)始時(shí)沒(méi)有任何有關(guān)相位的信息，因此 可以從任何相位開(kāi)始掃描，當(dāng)然一般選擇從起始相位開(kāi)始，依次遍歷所有相 位，直至捕獲到信號(hào)。這種方法的原理非常簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)也比較方便，但需要 掃描的碼相位和載波頻率的組合太多，導(dǎo)致耗時(shí)較長(zhǎng)。 2.載波頻率并行搜索捕獲法
上述序貫搜索需要搜索的碼相位和載波頻率的組合太多，耗時(shí)太長(zhǎng)，因 此如果可以將所有碼相位或者所有載波頻率通過(guò)一次搜索過(guò)程即可判斷是否 與輸入信號(hào)匹配，則可大大節(jié)約時(shí)間，改善性能。
頻率并行搜索捕獲通過(guò)快速傅里葉變換(FFT)，將處理過(guò)程由時(shí)域變?yōu)?頻域，如圖4所示。輸入信號(hào)與本地產(chǎn)生的P脂碼相乘后，通過(guò)FFT變換到 頻域，如果此時(shí)本地產(chǎn)生的碼相位與輸入信號(hào)相匹配，則在頻域上載波頻率 對(duì)應(yīng)的位置有個(gè)顯著的峰值，超過(guò)預(yù)設(shè)門(mén)限，如果此時(shí)碼相位與輸入信號(hào)不 匹配，則頻域上各頻率對(duì)應(yīng)的位置沒(méi)有顯著的峰值，因此進(jìn)入同步控制環(huán)節(jié) 調(diào)整本地產(chǎn)生的碼相位，重復(fù)上述過(guò)程。即通過(guò)FFT，可將所有頻率一次搜 索完畢，因此可減少搜索次數(shù)。3.碼相位并行搜索捕獲法
上述頻率并行搜索是將所有頻率一次搜索完畢，同樣也可以將所有碼相 位一次搜索完成，而且由于碼相位搜索次數(shù)遠(yuǎn)大于頻率的搜索次數(shù)，因此如 果可以將碼相位一次搜索完成，則搜索效率要遠(yuǎn)大于頻率并行搜索。
在序貫搜索中，輸入信號(hào)與不同碼相位的本地碼相乘，而實(shí)際上可以計(jì) 算輸入信號(hào)與沒(méi)有相位移動(dòng)的PRN碼的循環(huán)相關(guān)，通過(guò)相關(guān)與巻積操作在時(shí) 域、頻域之間的聯(lián)系來(lái)得到所有碼相位的相關(guān)結(jié)果。圖5是碼相位并行搜索 的示意圖。輸入信號(hào)與本地載波的同相分量和正交分量分別相乘，得到I路
和Q路信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)FFT，與經(jīng)過(guò)FFT的PRN碼相乘，然后將結(jié)果通過(guò)IFFT (傅里葉反變換)轉(zhuǎn)換到時(shí)域，其結(jié)果的絕對(duì)值表示輸入信號(hào)與PRN碼的相 關(guān)性。如果相關(guān)結(jié)果中有一個(gè)明顯的峰值，即峰值超過(guò)預(yù)設(shè)門(mén)限，則對(duì)應(yīng)的 碼相位就是輸入信號(hào)的碼相位。
以上三種方法中，序貫搜索法需要在碼相位和載波頻率二維圖樣上依次 搜索；而載波頻率并行搜索只需在碼相位一維圖樣上依次搜索；碼相位并行 搜索只需在載波頻率一維圖樣上依次搜索；且碼相位步進(jìn)數(shù)比載波頻率步進(jìn) 數(shù)大得多，因此，第三種方法所需的搜索次數(shù)最少，第二種次之，第一種最 多。
GPS信號(hào)的捕獲過(guò)程除了需要捕獲時(shí)間短以外，還需要捕獲精度盡可能 高，即使得誤捕概率低，這與具體的捕獲算法有關(guān)，尤其與上述方法中的門(mén) 限預(yù)設(shè)值相關(guān)。當(dāng)前，為了降低誤捕概率，通常需要對(duì)初始捕獲進(jìn)行確認(rèn)，
比如對(duì)初始捕獲得到的碼相位和載波頻率連續(xù)進(jìn)行N次捕獲確認(rèn)，如果其
中超過(guò)M次的相關(guān)結(jié)果大于預(yù)設(shè)門(mén)限，則表示初始捕獲有效，否則，當(dāng)前始捕獲無(wú)效，重新開(kāi)始捕獲過(guò)程。又比如，預(yù)設(shè)值A(chǔ)和K，如果相關(guān)值大于預(yù)
設(shè)門(mén)限，則K加1，判斷K是否等于A，如果是，則表示信號(hào)捕獲，否則不調(diào) 整碼相位和載波頻率，繼續(xù)捕獲；如果相關(guān)值不大于預(yù)設(shè)門(mén)限，則K減1，判 斷K是否等于零或者相關(guān)時(shí)間是否超過(guò)最大相關(guān)時(shí)間，如果不是，則不調(diào)整 碼相位和載波頻率，繼續(xù)捕獲，否則表示信號(hào)未捕獲，調(diào)整碼相位和載波頻 率，并重新設(shè)置K，繼續(xù)捕獲。
需要說(shuō)明的是，各個(gè)衛(wèi)星使用的粗/捕獲碼之間幾乎不相關(guān)，即不同C/A 碼之間的相關(guān)值很小；C/A的自相關(guān)特性很好，即同一 C/A碼如果沒(méi)有碼相 位偏移，則相關(guān)值很大，如果存在碼相位偏移，則相關(guān)值很小。
綜上所述，GPS信號(hào)的捕獲過(guò)程要求捕獲的速度快、捕獲精度高。而現(xiàn) 有的方法各有各的優(yōu)缺點(diǎn)。為了提高GPS信號(hào)的捕獲性能，加快捕獲速度， 需要對(duì)上述方法進(jìn)行改進(jìn)。利用FFT的方法雖然可以減少搜索的次數(shù)，但FFT 操作的運(yùn)算量比較大，因此需要設(shè)法降低FFT操作的次數(shù)；而由于C/A碼良 好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，可以通過(guò)一次搜索多個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)，降低FFT 的使用數(shù)目；另外，門(mén)限的設(shè)置與捕獲性能密切相關(guān)，因此設(shè)計(jì)合理的門(mén)限 設(shè)置方法以及相關(guān)的參數(shù)是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種GPS的C/A碼信號(hào)的捕獲方法，解決目前使 用的GPS信號(hào)捕獲方法無(wú)法做到快速且精準(zhǔn)兼?zhèn)涞膯?wèn)題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是， 一種GPS的C/A碼信號(hào)的捕獲方法，包括粗捕獲 過(guò)程和精捕獲過(guò)程，其特征是所述粗捕獲過(guò)程包括下列步驟步驟11:本地產(chǎn)生L個(gè)衛(wèi)星信號(hào)對(duì)應(yīng)的PRN碼，并進(jìn)行模2加和，然后 對(duì)結(jié)果進(jìn)行FFT及取共軛操作，得到信號(hào)C(k);
步驟12:本地產(chǎn)生在載波頻率搜索范圍內(nèi)的載波頻率信號(hào)s(n)，并與一 段輸入信號(hào)相乘，然后經(jīng)過(guò)FFT運(yùn)算，得到信號(hào)X(k);
步驟13:將C(k)與X(k)相乘，得到R(k)，然后進(jìn)行IFFT運(yùn)算，得到r(n)， 并取模lr(n)l;
步驟14:找出lr(n)l中最大的L個(gè)值，并與預(yù)設(shè)門(mén)限值相比較，確定大于 預(yù)設(shè)門(mén)限值的lr(n)l對(duì)應(yīng)的碼相位和載波頻率；
步驟15:將每對(duì)碼相位和載波頻率對(duì)應(yīng)的每個(gè)衛(wèi)星的本地信號(hào)與輸入信 號(hào)做相關(guān)，結(jié)果與預(yù)設(shè)門(mén)限值相比較，如果大于預(yù)設(shè)門(mén)限值，則表示該對(duì)碼 相位和載波頻率對(duì)應(yīng)的該衛(wèi)星信號(hào)存在，粗捕獲完成；否則跳到步驟ll重新 進(jìn)行粗捕獲；
所述精捕獲過(guò)程包括下列步驟
步驟21:根據(jù)粗捕獲獲得的碼相位和載波頻率，設(shè)置精捕獲載波頻率步
進(jìn)；
步驟22:根據(jù)精捕獲載波頻率的步進(jìn)，確定精捕獲的搜索范圍； 步驟23:根據(jù)粗捕獲得到的碼相位，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，去除碼相位 的影響；
步驟24:在搜索范圍內(nèi)，將去除碼相位影響的輸入信號(hào)與本地載波信號(hào) 相關(guān)，并將相關(guān)值與預(yù)設(shè)門(mén)限值相比較，以確定是否真正捕獲到衛(wèi)星信號(hào)；
步驟25:如果在搜索范圍內(nèi)沒(méi)有捕獲衛(wèi)星信號(hào)，則跳到步驟ll，繼續(xù)前 述各步驟的捕獲過(guò)程；如果捕獲到衛(wèi)星信號(hào)，則將該衛(wèi)星對(duì)應(yīng)的碼相位和載波頻率i^.出，該衛(wèi)星的捕獲結(jié)束，繼續(xù)其他衛(wèi)星的捕獲過(guò)程。
所述本地產(chǎn)生L個(gè)衛(wèi)星信號(hào)對(duì)應(yīng)的PRN碼，L是預(yù)先設(shè)定的值。 所述步驟14和步驟15中，預(yù)設(shè)門(mén)限值為固定經(jīng)驗(yàn)值或根據(jù)噪聲大小設(shè) 置的值。
所述根據(jù)粗捕獲獲得的碼相位和載波頻率，設(shè)置精捕獲載波頻率步進(jìn)的 方法是，將搜索空間的碼相位定義為粗捕獲獲得的碼相位，載波頻率定義為 粗捕獲獲得的載波頻率兩邊各F赫茲，F(xiàn)為粗捕獲載波頻率的步進(jìn)；精捕獲載 波頻率步進(jìn)設(shè)置為G赫茲，G=F/J， J為正整數(shù)。
所述步驟24中，預(yù)設(shè)門(mén)限值為固定經(jīng)驗(yàn)值或根據(jù)噪聲大小設(shè)置的值。
所述將去除碼相位影響的輸入信號(hào)與本地載波信號(hào)相關(guān)，并將相關(guān)值與 預(yù)設(shè)門(mén)限相比較，以確定是否真正捕獲到衛(wèi)星信號(hào)的方法是，本地載波信號(hào) 與去除碼相位影響的輸入信號(hào)相關(guān)值第一次大于預(yù)設(shè)門(mén)限值開(kāi)始的連續(xù)N次 相關(guān)值中，如果有M個(gè)大于預(yù)設(shè)門(mén)限值，則表示衛(wèi)星信號(hào)捕獲；其中M、 N 為正整數(shù)，N大于等于M。
本發(fā)明提供的一種GPS的C/A碼信號(hào)的捕獲方法，與現(xiàn)有的GPS捕獲方 法相比，提高了 GPS信號(hào)的捕獲性能，在保證GPS快速捕獲的同時(shí)，實(shí)現(xiàn) GPS捕獲高精度的要求。


圖1是GPS接收機(jī)基本原理圖。
圖2是GPS接收機(jī)中的二維捕獲樣圖。 圖3是序貫搜索捕獲法示意圖。圖4是載波頻率并行捕獲法示意圖。 圖5是碼相位捕獲法示意圖。
圖6是本發(fā)明的GPS的C/A碼信號(hào)的粗捕獲方法流程圖。 圖7是本發(fā)明中GPS的C/A碼信號(hào)的粗捕獲方法示意圖。 圖8是本發(fā)明的GPS的C/A碼信號(hào)的精捕獲方法流程圖。 圖9是本發(fā)明的GPS的C/A碼信號(hào)的精捕獲方法示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅 僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
本發(fā)明提供一種GPS的C/A碼信號(hào)的捕獲方法，包括粗捕獲過(guò)程和精 捕獲過(guò)程。本發(fā)明的思路是首先，對(duì)L顆衛(wèi)星并行進(jìn)行搜索，L由系統(tǒng)設(shè) 定；使用基于FFT的碼相位搜索，得到粗略的碼相位和載波頻率；判斷是否 捕獲成功所使用的預(yù)設(shè)門(mén)限值設(shè)置為固定的經(jīng)驗(yàn)值，或者根據(jù)噪聲大小設(shè)置 的值；如果基于FFT的碼相位搜索輸出的相關(guān)值大于預(yù)設(shè)門(mén)限值，則需要
對(duì)每個(gè)大于預(yù)設(shè)門(mén)限值的相關(guān)值對(duì)應(yīng)的碼相位和載波頻率進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證， 以確定捕獲的是哪個(gè)衛(wèi)星。根據(jù)上述得到的粗略的碼相位和載波頻率進(jìn)行精 捕獲；搜索空間的碼相位定義為粗捕獲已得到的粗略碼相位，載波頻率定義 為粗捕獲已得到的粗略載波頻率兩邊各F赫茲，F(xiàn)為的粗捕獲載波頻率的步 進(jìn)；精捕獲載波頻率步進(jìn)設(shè)置為G赫茲，滿足G-F/J， J為正整數(shù)；判斷是否捕獲成功所使用的預(yù)設(shè)門(mén)限值設(shè)置為固定的經(jīng)驗(yàn)值，或者根據(jù)噪聲大小設(shè) 置的值；確認(rèn)是否真正捕獲采用以下方法連續(xù)N次輸入信號(hào)與本地信號(hào)
相關(guān)中，相關(guān)和值大于預(yù)設(shè)門(mén)限值的次數(shù)不低于M，其中M、 N為正整數(shù) 且N大于等于M。
在實(shí)施例中，不失一般性，取L:2， F=200， G=20， J=10， N=10， M=8。
圖6是本發(fā)明的GPS的C/A碼信號(hào)的粗捕獲方法流程圖。圖6中，步驟 601:本地產(chǎn)生2個(gè)衛(wèi)星信號(hào)對(duì)應(yīng)的PRN碼，并進(jìn)行模2加和，然后對(duì)結(jié)果 進(jìn)行FFT及取共軛操作，得到信號(hào)C(k)。
步驟602:本地產(chǎn)生在載波頻率搜索范圍內(nèi)的載波頻率信號(hào)s(n)，并與 一段輸入信號(hào)相乘，然后經(jīng)過(guò)FFT運(yùn)算，得到信號(hào)X(k)。
步驟603:將C(k)與X(k)相乘，得到R(k)，然后進(jìn)行IFFT運(yùn)算，得到 r(n)，并取銜r(shí)(n)l。
步驟604:找出ir(n)l中最大的2個(gè)值，并與預(yù)設(shè)門(mén)限相比較，確定大于 門(mén)限的lr(n)l對(duì)應(yīng)的碼相位和載波頻率；
步驟605:將每對(duì)碼相位和載波頻率對(duì)應(yīng)的每個(gè)衛(wèi)星的本地信號(hào)與輸入 信號(hào)做相關(guān)，結(jié)果與預(yù)設(shè)門(mén)限相比較，如果大于門(mén)限，則表示該對(duì)碼相位和 載波頻率對(duì)應(yīng)的該衛(wèi)星信號(hào)存在，粗捕獲完成；否則需要回到步驟601重新 進(jìn)行搜索。
圖7是本發(fā)明中GPS的C/A碼信號(hào)的粗捕獲方法示意圖。圖7從另一 個(gè)方面說(shuō)明了 GPS的C/A碼信號(hào)的粗捕獲方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。
圖8是本發(fā)明的GPS的C/A碼信號(hào)的精捕獲方法流程圖。圖8中，步 驟801:根據(jù)粗捕獲獲得的碼相位和載波頻率，設(shè)置精捕獲載波頻率步進(jìn)。步驟802:根據(jù)精捕獲載波頻率的步進(jìn)，確定精捕獲的搜索范圍。 步驟803:根據(jù)粗捕獲得到的碼相位，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，去除碼相 位的影響。
步驟804:在搜索范圍內(nèi)，將去除碼相位影響的輸入信號(hào)與本地載波信 號(hào)相關(guān)，并將相關(guān)值與預(yù)設(shè)門(mén)限值相比較，以確定是否真正捕獲到衛(wèi)星信號(hào)。
步驟805:如果在搜索范圍內(nèi)沒(méi)有捕獲衛(wèi)星信號(hào)，則跳到步驟601，繼 續(xù)前述各步驟的捕獲過(guò)程；如果捕獲到衛(wèi)星信號(hào)，則將該衛(wèi)星對(duì)應(yīng)的碼相位
和載波頻率輸出，該衛(wèi)星的捕獲結(jié)束，繼續(xù)其他衛(wèi)星的捕獲過(guò)程。確定是否
真正捕獲到衛(wèi)星信號(hào)，采取的方法是從該本地信號(hào)與輸入信號(hào)相關(guān)值第一
次大于預(yù)設(shè)門(mén)限開(kāi)始的連續(xù)10次相關(guān)值中，如果有8個(gè)大于門(mén)限值，則表
示衛(wèi)星信號(hào)捕獲，否則繼續(xù)搜索。
圖9是本發(fā)明的GPS的C/A碼信號(hào)的精捕獲方法示意圖。圖9從另一 個(gè)方面說(shuō)明了 GPS的C/A碼信號(hào)的精捕獲方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限 于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易 想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保 護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
1權(quán)利要求
1、一種GPS的C/A碼信號(hào)的捕獲方法，包括粗捕獲過(guò)程和精捕獲過(guò)程，其特征是所述粗捕獲過(guò)程包括下列步驟步驟11本地產(chǎn)生L個(gè)衛(wèi)星信號(hào)對(duì)應(yīng)的PRN碼，并進(jìn)行模2加和，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行FFT及取共軛操作，得到信號(hào)C(k)；步驟12本地產(chǎn)生在載波頻率搜索范圍內(nèi)的載波頻率信號(hào)s(n)，并與一段輸入信號(hào)相乘，然后經(jīng)過(guò)FFT運(yùn)算，得到信號(hào)X(k)；步驟13將C(k)與X(k)相乘，得到R(k)，然后進(jìn)行IFFT運(yùn)算，得到r(n)，并取模|r(n)|；步驟14找出|r(n)|中最大的L個(gè)值，并與預(yù)設(shè)門(mén)限值相比較，確定大于預(yù)設(shè)門(mén)限值的|r(n)|對(duì)應(yīng)的碼相位和載波頻率；步驟15將每對(duì)碼相位和載波頻率對(duì)應(yīng)的每個(gè)衛(wèi)星的本地信號(hào)與輸入信號(hào)做相關(guān)，結(jié)果與預(yù)設(shè)門(mén)限值相比較，如果大于預(yù)設(shè)門(mén)限值，則表示該對(duì)碼相位和載波頻率對(duì)應(yīng)的該衛(wèi)星信號(hào)存在，粗捕獲完成；否則跳到步驟11重新進(jìn)行粗捕獲；所述精捕獲過(guò)程包括下列步驟步驟21根據(jù)粗捕獲獲得的碼相位和載波頻率，設(shè)置精捕獲載波頻率步進(jìn)；步驟22根據(jù)精捕獲載波頻率的步進(jìn)，確定精捕獲的搜索范圍；步驟23根據(jù)粗捕獲得到的碼相位，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，去除碼相位的影響；步驟24在搜索范圍內(nèi)，將去除碼相位影響的輸入信號(hào)與本地載波信號(hào)相關(guān)，并將相關(guān)值與預(yù)設(shè)門(mén)限值相比較，以確定是否真正捕獲到衛(wèi)星信號(hào)；步驟25如果在搜索范圍內(nèi)沒(méi)有捕獲衛(wèi)星信號(hào)，則跳到步驟11，繼續(xù)前述各步驟的捕獲過(guò)程；如果捕獲到衛(wèi)星信號(hào)，則將該衛(wèi)星對(duì)應(yīng)的碼相位和載波頻率輸出，該衛(wèi)星的捕獲結(jié)束，繼續(xù)其他衛(wèi)星的捕獲過(guò)程。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GPS的C/A碼信號(hào)的捕獲方法，其特征 是所述本地產(chǎn)生L個(gè)衛(wèi)星信號(hào)對(duì)應(yīng)的PRN碼，L是預(yù)先設(shè)定的值。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GPS的C/A碼信號(hào)的捕獲方法，其特征 是所述步驟14和步驟15中，預(yù)設(shè)門(mén)限值為固定經(jīng)驗(yàn)值或根據(jù)噪聲大小設(shè)置 的值。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GPS的C/A碼信號(hào)的捕獲方法，其特征 是所述根據(jù)粗捕獲獲得的碼相位和載波頻率，設(shè)置精捕獲載波頻率步進(jìn)的方 法是，將搜索空間的碼相位定義為粗捕獲獲得的碼相位，載波頻率定義為粗 捕獲獲得的載波頻率兩邊各F赫茲，F(xiàn)為粗捕獲載波頻率的步進(jìn)；精捕獲載波 頻率步進(jìn)設(shè)置為G赫茲，G=F/J， J為正整數(shù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GPS的C/A碼信號(hào)的捕獲方法，其特征 是所述步驟24中，預(yù)設(shè)門(mén)限值為固定經(jīng)驗(yàn)值或根據(jù)噪聲大小設(shè)置的值。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GPS的C/A碼信號(hào)的捕獲方法，其特征 是所述將去除碼相位影響的輸入信號(hào)與本地載波信號(hào)相關(guān)，并將相關(guān)值與預(yù) 設(shè)門(mén)限相比較，以確定是否真正捕獲到衛(wèi)星信號(hào)的方法是，本地載波信號(hào)與 去除碼相位影響的輸入信號(hào)相關(guān)值第一次大于預(yù)設(shè)門(mén)限值開(kāi)始的連續(xù)N次相 關(guān)值中，如果有M個(gè)大于預(yù)設(shè)門(mén)限值，則表示衛(wèi)星信號(hào)捕獲；其中M、 N為 正整數(shù)，N大于等于M。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了GPS通信技術(shù)領(lǐng)域中的一種GPS的C/A碼信號(hào)的捕獲方法。該方法包括粗捕獲過(guò)程和精捕獲過(guò)程；其中，粗捕獲過(guò)程包括對(duì)系統(tǒng)設(shè)定的L顆衛(wèi)星并行進(jìn)行搜索；使用基于FFT的碼相位搜索，得到粗略的碼相位和載波頻率；精捕獲過(guò)程包括根據(jù)粗捕獲得到的碼相位和載波頻率設(shè)置精捕獲載波頻率步進(jìn)，確定精捕獲的搜索范圍；將去除碼相位影響的輸入信號(hào)與本地載波信號(hào)相關(guān)，并將相關(guān)值與預(yù)設(shè)門(mén)限值相比較，以確定是否真正捕獲到衛(wèi)星信號(hào)。本發(fā)明與現(xiàn)有的GPS捕獲方法相比，提高了GPS信號(hào)的捕獲性能，在保證GPS快速捕獲的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)GPS捕獲高精度的要求。
文檔編號(hào)G01S5/02GK101464508SQ20081018822
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者賴建文 申請(qǐng)人:蘇州萊迪斯特電子有限公司