一种基于均值法的P码自适应捕获方法.pdf

本发明提供了一种基于均值法的P码自适应捕获方法，是以循环相关的理论为基础而提出的一种快速P码直接捕获算法，将接收信号伪码序列中的每N点依次进行均值处理构成新的序列，本地伪码序列也进行同样的处理构成新的序列，进而两个新的序列进行循环相关处理，当出现高于判决门限的相关峰值时,就可以判断出接收信号中的码元所在的具体码区间，进而确定其确切位置，本发明在信号较强时相当于基本的均值法，具有节省计算量的优点。

权利要求书1.  一种基于均值法的P码自适应捕获方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：采用接收机接收来自卫星的信号，得到卫星信号的信噪比，若信 噪比小于40dB，则继续接收；若信噪比大于40dB，将接收到的信号进行下变频 和A/D转换，变成数字中频采样信号；步骤二：在数字中频采样信号中引入白噪音，并采用相关器和数字混频器 去除中频幅值后进行m长码解扩；步骤三：将解扩后的信号中的伪码序列按照每N点依次进行均值处理，构 成新的信号伪码序列，引入本地伪码序列同样按照每N点依次进行均值处理， 构成新的本地伪码序列；步骤四：将新的信号伪码序列和本地伪码序列进行循环相关处理，当出现 高于判决门限的相关峰值时，就能够将信号中的码元对应出本地伪码序列中具 体码区间，进而确定确切位置，完成捕获。2.  根据权利要求1所述的一种基于均值法的P码自适应捕获方法，其特征 在于：所述步骤一中，信噪比根据GPS系统的ICD文件，L1频段的P码信号的 发射等效全向辐射功率为EIRPL1-P，GPS信号是从距地面R的低轨道卫星上发送 到地面上来的，其自由空间衰减为其中λ为GPS信号的波长，实际 大气层的衰减约为A≈2dB，因此L1频段P码到达地面的信号强度为：PL1-P＝EIRPL1-P-F-A；影响GPS噪声的主要因素是环境温度和设备噪声，因此统一化GPS接收机 的噪声温度等效为513K，因此GPS接收机的噪声密度为N0＝kT，其中k为玻尔 兹曼常数，T为热力学温度；因此可知P码信号的噪声功率为其中B为GPS信号到地面的 距离；P码信号到达地面的信号强度，因此载噪比为信噪比为3.  根据权利要求1所述的一种基于均值法的P码自适应捕获方法，其特征 在于：所述步骤二中，解扩过程如下：设在时间段T，有数字化中频采样信号S1,S2...,Sm×n，去除中频后幅值为 VS(1),VS(2)...,VS(m×n)，则 | V S ( 1 ) | ≈ | V S ( 2 ) | ≈ . . . ≈ | V S ( m × n ) | ≈ | V ‾ S | , ]]>信号功率为:P SIN = V S ( 1 ) 2 + V S ( 2 ) 2 . . . + V S ( m × n ) 2 m × n = m × n V ‾ S 2 m × n = V ‾ S 2 ]]> 噪声N1,N2...,Nm×n功率为：P NIN = V n ( 1 ) 2 + V n ( 2 ) 2 . . . + V n ( m × n ) 2 m × n = E ( m × n · V n ( k ) 2 m × n ) = E ( V n ( k ) 2 ) = δ 2 ]]> 解扩前，信噪比为进行m长码元解扩，则信号功率为：P SOUT = Σ j = 1 n ( Σ i = 1 m V S ( i ) ) 2 n = m 2 × n V ‾ S 2 n = m 2 × V ‾ S 2 ]]> 进行m长码元解扩，则噪声功率为：P NOUT = Σ j = 1 n ( Σ i = 1 m V N ( i ) ) 2 n = n × E ( ( Σ i = 1 m V N ( i ) ) ) 2 n = m × δ 2 ]]> 解扩后，信噪比为因此扩频带来的增益是10log(m)。4.  根据权利要求1所述的一种基于均值法的P码自适应捕获方法，其特征 在于：所述步骤三中，经过下变频处理后的数字中频信号序为G1＝[S1,S2...,Sm×n]， 对其进行均值处理，进行L点平均后：G 2 = [ Σ i = 1 L S i L , Σ i = L + 1 2 × L S i L . . . , Σ i = ( K - 1 ) × L + 1 K × L S i L ] ]]> K×L＝m×n，K,L,m,n∈N本地产生的随机码序列为G3＝[P1,P2...,Pm×n]，进行L点平均后：G 4 = [ Σ i = 1 L P i L , Σ i = L + 1 2 × L P i L . . . , Σ i = ( K - 1 ) × L + 1 K × L P i L ] . ]]> 5.  根据权利要求1所述的一种基于均值法的P码自适应捕获方法，其特征 在于：所述步骤三中，对解扩后的信号中的伪码序列和本地伪码序列进行均值 处理后，对均值处理后的信噪比小于40dB的信号进行非相关累加，非相关累加 增益为相关累加增益减去非相关累加损失：Gi(n)＝Ge(n)-L(n)Ge＝10lg(n)L ( n ) = 10 lg [ 1 + 1 + 9.2 n [ erfc - 1 ( 2 P f ) - erfc - 1 ( 2 P d ) ] 2 1 + 1 + 9.2 [ erfc - 1 ( 2 P f ) - erfc - 1 ( 2 P d ) ] 2 ] ]]> 式中:n为累加次数，Pf为虚警概率，Pd为检验概 率。

说明书一种基于均值法的P码自适应捕获方法
技术领域
本发明属于信号捕捉领域，具体涉及一种基于均值法的P码自适应捕获方 法。
背景技术
全球定位系统(GPS)能为用户提供标准定位服务(SPS)和精密定位服务 (PPS)。PPS能提供更为精确的定位精度和授时精度。SPS的提供是以C/A码为 基础，而PPS的提供是以P码为基础。一般P码的捕获是以C/A码的捕获为基 础，根据C/A码提供的信息对P码信号进行捕获，但是C/A码容易受到干扰， 因此对于P码的直接捕获就变得非常重要。P码是一种周期长、速率高的伪随机 码，直接捕获的难度较大，需要很长的捕获时间和巨大的运算量。
目前，国外对P码直接捕获的算法进行了很多研究。1997年，J.B.Lozow 对非相干检测时采用串行和并行搜索的P码捕获进行了分析，给出了平均捕获 时间。对于P码的直接捕获方法可以大致分为两类：①时域捕获算法，Robert Wolfert和Steve Chen在1998年提出了用Y-EXPRESS处理器实现P码直接捕获 的方法，该方法主要基于大规模并行相关器实现。②频域捕获算法，Jing Pang 在2003年提出了直接平均和重叠平均算法。这种平均直接捕获技术使得用FFT 进行P码的捕获成为可能，但在降低直接捕获复杂度的同时却引入了较大的多 址干扰。国内近年来，对P码直接捕获方法研究也比较多，用小波变换代替FFT 进行时域到频域计算，可以降低数据量，大致估算出多普勒频率；还有大量研 究集中在对现有算法的具体实现。
国内外出现很多的P码直接捕获的方法，其中具有一定应用价值的是均值 法，但在实现和应用过程中很少考虑算法本身造成的信噪比损失，使得在信号 较弱时，无法满足捕获条件。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于均值法的P码自适应捕获 方法，在信号较强时具均值法计算量较小；而在信号较弱时，通过非相关累加 的方式，增加检测信噪比，在均值法无法满足捕获要求的情况下依然可以进行 信号的捕获。
为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
步骤一：采用接收机接收来自卫星的信号，得到卫星信号的信噪比，若信 噪比小于40dB，则继续接收；若信噪比大于40dB，将接收到的信号进行下变频 和A/D转换，变成数字中频采样信号；
步骤二：在数字中频采样信号中引入白噪音，并采用相关器和数字混频器 去除中频幅值后进行m长码解扩；
步骤三：将解扩后的信号中的伪码序列按照每N点依次进行均值处理，构 成新的信号伪码序列，引入本地伪码序列同样按照每N点依次进行均值处理， 构成新的本地伪码序列；
步骤四：将新的信号伪码序列和本地伪码序列进行循环相关处理，当出现 高于判决门限的相关峰值时，就能够将信号中的码元对应出本地伪码序列中具 体码区间，进而确定确切位置，完成捕获。
所述步骤一中，信噪比根据GPS系统的ICD文件，L1频段的P码信号的发 射等效全向辐射功率为EIRPL1-P，GPS信号是从距地面R的低轨道卫星上发送到 地面上来的，其自由空间衰减为其中λ为GPS信号的波长，实际大 气层的衰减约为A≈2dB，因此L1频段P码到达地面的信号强度为：
PL1-P＝EIRPL1-P-F-A；
影响GPS噪声的主要因素是环境温度和设备噪声，因此统一化GPS接收机 的噪声温度等效为513K，因此GPS接收机的噪声密度为N0＝kT，其中k为玻尔 兹曼常数，T为热力学温度；
因此可知P码信号的噪声功率为其中B为GPS信号到地面的 距离；
P码信号到达地面的信号强度，因此载噪比为信噪比为
所述步骤二中，解扩过程如下：
设在时间段T，有数字化中频采样信号S1,S2…,Sm×n，去除中频后幅值为 VS(1),VS(2)...,VS(m×n)，则