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专利名称：Gps信号捕获系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及GPS (Global Position System,全球定位系统)弱信号捕获领域，具体涉及ー种GPS信号捕获系统。
背景技术：
目前，GPS已经在全世界得到了广泛的应用，但大多是在信号条件较理想的环境中。当信号条件不理想时，例如在室内、森林和城市等环境中，遮挡、多径和干扰等现象较严重，GPS就得不到很好的应用。而这些环境恰是人类活动的主要场所，在这些环境中有很多重要的GPS应用需求，高性能GPS卫星导航接收机正是为满足这ー需求而产生的，成了导航 领域的主要研究方向。而GPS信号的高灵敏度捕获算法处在GPS接收机基带信号处理的最前端，是提高GPS接收机性能的关键。传统的快速傅里叶变换(FFT)的频域捕获技术具有运算效率高的特性，但积累时间不能过长。差分相干处理技术将相干积分结果进行差分处理，延长了积累时间，提高了弱GPS信号的捕获灵敏度。然而当接收机和GPS卫星相対速度较大时，接收机接收的GPS信号将产生较大的多普勒频移，在长时间积分下，大多普勒频移将对码片速率产生较大影响，造成码周期不准，用FFT做循环卷积时存在相关功率损失；差分相干捕获也会引起残余载波多普勒频率的相关功率损失。Ziedan N I，焦瑞祥等人利用DBZP技术减小了 FFT计算过程中由大多普勒频移引起码片速率变化造成的相关功率损失，然而捕获过程中，在每个预检测积分时间内都需要对最可靠的数据位组合进行估计，并利用它去掉先前的数据位，这样需要较大的运算开销。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供ー种GPS信号捕获系统，该系统能够有效降低在傅里叶变换过程中由大多普勒频移引起码片速率变化而造成的相关功率损失。为解决上述问题，本实用新型是通过以下方案实现的ー种GPS信号捕获系统,包括如下�？楸淦挡裳��？槎晕佬欠⑸銰PS模拟信号进行下变频并采样；本地伪码产生�？楦�据待搜索的卫星号及其多普勒频率偏移产生本地伪码信号;双块零拓展模块分别对变频采样�？槭涑龅腉PS信号和本地伪码产生�？槭涑龅奈甭胄藕沤�行双块零拓展；快速傅里叶变换循环卷积相关模块对双块零拓展�？槭涑龅男藕爬�用快速傅里叶变换循环卷积进行相关运算；有用信息保存�？槎钥焖俑道镆侗浠谎�环卷积相关�？槭涑龅南喙亟峁�进行处理，并保留第一个有用信息子块；累加�？槎杂杏眯畔⒈４婺？槟诒４娴挠杏眯畔⒆涌榻�行差分相干累加；[0013]最大相关值与相关均值的比值计算�？榧扑憷奂幽？槭涑龅牟罘窒喔山峁�的相关均值，并从累加�？槭涑龅牟罘窒喔山峁�中找出最大相关值，然后计算此时的最大相关值与相关均值的比值；最大相关值与相关均值的比值阈值检测模块将最大相关值与相关均值的比值计算�？槭涑龅淖畲笙喙刂涤胂喙鼐�值的比值与预先设定的检测阈值进行比较；若比较结果超过检测阈值，则最大相关值与相关均值的比值计算�？橹械淖畲笙喙刂邓�对应的码相位和多普勒频移值即为初次捕获的码相位和多普勒频移值；若比较结果未超过检测阈值，则返回至本地伪码产生�？樗阉魍�一颗卫星的下一多普勒频移，当该颗卫星所设频率点搜完后，则重复本地伪码产生�？樗阉飨漏`颗卫星，直到搜索完所有的卫星，则退出捕获，表示捕获不成功。作为上述方案的改进，在最大相关值与相关均值的比值阈值检测�？榈氖涑龆耍�还接有对初次捕获的多普勒频移进行修正的修正�？椋�该修正�？槭紫雀�据累加�？槭涑� 的差分相干结果，求出多普勒频移误差的估计值，并利用该多普勒频移误差的估计值对初次捕获的多普勒频移进行修正；然后利用修正后的多普勒频移值对码相位进行二次捜索，即利用修正后的多普勒频移值重复步骤ニ进行捕获，若在修正后的多普勒频移上捕获成功，则此时最大相关值所对应的码相位和修正后的多普勒频移值即为捕获結果。与现有技术相比，本实用新型将快速傅里叶变换(FFT)、双块零拓展(DoubleBlock Zero Padding, DBZP)、差分相干、频差修正等技术有机地结合,这样既能实现高效快速的GPS信号捕获，还能改善快速傅里叶变换计算过程中由大多普勒频移引起码片速率变化而造成的相关功率损失；此外，本实用新型在捕获过程中还引入了频差修正技术，削弱了残余多普勒频移误差造成的功率损失，并实现高效快速的捕获。

图I为ー种GPS信号捕获系统的原理图。
具体实施方式
—种GPS信号捕获系统,如图I所不,包括如下�？楸淦挡裳�模块对卫星发射GPS模拟信号进行下变频并采样；本地伪码产生�？楦�据待搜索的卫星号及其多普勒频率偏移产生本地伪码信号;双块零拓展�？榉直鸲员淦挡裳��？槭涑龅牟裳�后的GPS信号和本地伪码产生�？槭涑龅奈甭胄藕沤�行双块零拓展；快速傅里叶变换循环卷积相关模块对双块零拓展�？槭涑龅男藕爬�用快速傅里叶变换循环卷积进行相关运算；有用信息保存�？槎钥焖俑道镆侗浠谎�环卷积相关�？槭涑龅南喙亟峁�进行处理，并保留第一个有用信息子块；累加模块对有用信息保存�？槟诒４娴挠杏眯畔⒆涌榻�行差分相干累加；最大相关值与相关均值的比值计算�？榧扑憷奂幽？槭涑龅牟罘窒喔山峁�的相关均值，并从累加�？槭涑龅牟罘窒喔山峁�中找出最大相关值，然后计算此时的最大相关值与相关均值的比值；最大相关值与相关均值的比值阈值检测�？榻�最大相关值与相关均值的比值计算模块输出的最大相关值与相关均值的比值与预先设定的检测阈值进行比较；若比较结果超过检测阈值，则最大相关值与相关均值的比值计算�？橹凶畲笙喙刂邓�对应的码相位和多普勒频移值即为初次捕获的码相位和多普勒频移值；若比较结果未超过检测阈值，则返回至本地伪码产生�？樗阉飨乱欢嗥绽掌狄疲�当该颗卫星所设频率点搜完后，则重复本地伪码产生�？樗阉飨漏`颗卫星，直到搜索完所有的卫星，则退出捕获，表示捕获不成功。为了削弱了残余多普勒频率误差造成的功率损失，本实用新型在最大相关值与相关均值的比值阈值检测�？榈氖涑龆耍�还接有对初次捕获的多普勒频移进行修正的修正�？椋�该修正�？槭紫雀�据累加�？槭涑龅牟罘窒喔山峁�，求出多普勒频移误差的估计值，并利用该多普勒频移误差的估计值对初次捕获的多普勒频移值进行修正；然后利用修正后的多普勒频移值对码相位进行二次捜索，即利用修正后的多普勒频移值重复步骤ニ进行捕 获，若在修正后的多普勒频移上捕获成功，则此时最大差分相干值所对应的码相位和修正后的多普勒频率值即为捕获結果。上述系统所实现的ー种GPS信号捕获方法，包括有如下步骤步骤ー对卫星发射的GPS模拟信号进行下变频及采样，并设定合适的多普勒频移变量初值及最大值即设定多普勒频移捜索范围，同时设定多普勒频移捜索间隔、检测阈值、卫星号变量初值及卫星号最大值。在本实用新型中，所述多普勒频移搜索范围为-IOKHz IOKHz。所述多普勒频移的搜索间隔为250Hz 500Hz。所述检测阈值是指MTM检测阈值，其中MTM表示最大相关值与相关均值的比值，若计算所得MTM超过检测阈值Bt即认为信号被准确捕获，在本实用新型中，所述检测阈值Bt设定为3 7之间。根据目前GPS卫星的数目，在本实用新型中，所述卫星号变量的初值设定为1，最大值设定为30。从卫星发射的LI频段GPS模拟信号下变频和采样后的数字中频信号为rQj) = Ad(t}.)C(( }· -τ)(1+^f-))cos(27t·(fIF + fd) ; +φ)+Tiitj)( I)
JLl式中，A为信号幅度，d(t)为导航数据信息，C(t)为C/A码,fd为多普勒频移，fL1为高频载波频率，fIF为中频载波频率，Φ为初始相位，n(t)为加性高斯白噪声，为第j个采样时刻，τ为信号到达接收机的时延。步骤ニ 根据待搜索的卫星号及其多普勒频率偏移产生本地伪码信号。第k个时间段本地产生的伪码信号模型为sk(0 = Ciiti -τ){\+Μ)^2π{/ΙΕ +1%)(2)
Jli式中，sk(i)第k个时间段本地产生的伪码信号，C(t)为C/A码，Λ为多普勒频移估计值，fL1为高频载波频率，fIF为中频载波频率，h = (k · N+i)Ts为i个采样时刻，f为时延的估计值。步骤三对采样后的GPS信号和本地产生的伪码信号进行双块零拓展。由于多普勒频移对码相位的影响因子为l + f，当多普勒频移较大且积累时间较
^ LI长时，造成码片速率发生较大变化，从而对码周期产生较大影响，直接利用FFT对数字中频信号与本地信号做相关并进行差分累加，会造成相关峰值衰减较大，从而影响捕获灵敏度，DBZP技术可以改善在FFT计算过程中由大多普勒频移引起码片速率变化造成的相关功率损失。拓展后的中频采样GPS信号和本地产生的伪码GPS信号分别表示为
权利要求1.GPS信号捕获系统，其特征是包括如下�？� 变频采样�？槎晕佬欠⑸涞腉PS模拟信号进行下变频并采样； 本地伪码产生�？楦�据待搜索的卫星号及其多普勒频率偏移产生本地伪码信号； 双块零拓展模块分别对变频采样�？槭涑龅牟裳�后的信号和本地伪码产生�？槭涑龅奈甭胄藕沤�行双块零拓展； 快速傅里叶变换循环卷积相关�？槎运�块零拓展�？槭涑龅男藕爬�用快速傅里叶变换循环卷积进行相关运算； 有用信息保存�？槎钥焖俑道镆侗浠谎�环卷积相关模块输出的相关结果进行处理，并保留第一个有用信息子块； 累加�？槎杂杏眯畔⒈４婺？槟诒４娴挠杏眯畔⒆涌榻�行差分相干累加； 最大相关值与相关均值的比值计算�？榧扑憷奂幽？槭涑龅牟罘窒喔山峁�的相关值均值，并从累加模块输出的差分相干结果中找出最大值、并计算此时的最大相关值，然后计算此时的最大相关值与相关均值的比值； 最大相关值与相关均值的比值阈值检测�？榻�最大相关值与相关均值的比值计算模块输出的最大相关值与相关均值的比值与预先设定的检测阈值进行比较；若比较结果超过检测阈值，则最大相关值与相关均值的比值计算�？橹凶畲蟛罘窒喔芍邓�对应的码相位和多普勒频移值即为初次捕获的码相位和多普勒频移值；若比较结果未超过检测阈值，则返回至本地伪码产生�？樗阉飨乱欢嗥绽掌狄疲�当该颗卫星所设频率点搜完后，则重复本地伪码产生�？樗阉飨漏`颗卫星，直到搜索完所有的卫星，则退出捕获，表示捕获不成功。
2.根据权利要求I所述的GPS信号捕获系统，其特征是在MTM阈值检测�？榈氖涑龆耍�还接有对初次捕获多普勒频移进行修正的修正�？椋�该修正�？槭紫雀�据累加�？槭涑龅牟罘窒喔山峁�，求出多普勒频移误差的估计值，并利用该多普勒频移误差的估计值对初次捕获的多普勒频移值进行修正；然后，利用修正后的多普勒频移值对码相位进行二次捜索，即利用修正后的多普勒频移值重复步骤ニ进行捕获，若在修正后的多普勒频移上捕获成功，则此时最大相关值所对应的码相位和修正后的多普勒频移值即为捕获結果。
专利摘要本实用新型公开一种GPS信号捕获系统，该系统将快速傅里叶变换(FFT)、双块零拓展(Double Block Zero Padding，DBZP)、差分相干、频差修正等技术有机地结合，使其既能实现高效快速的GPS信号捕获，还能改善快速傅里叶变换计算过程中由大多普勒频移引起码片速率变化而造成的相关功率损失；此外，频差修正技术还能够削弱残余多普勒频移误差造成的功率损失，并实现高效快速的捕获。
文档编号G01S19/24GK202631737SQ20122018657
公开日2012年12月26日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者张顺岚, 莫建文, 欧阳宁, 张彤, 首照宇, 袁华, 陈利霞, 林乐平 申请人:桂林电子科技大学