专利名称：定位接收机载波频率预测方法
技术领域：
本发明涉及扩频通信中伪随机码的快速搜索方法，尤其涉及定位接收机载波频率预测技术。
背景技术：
在卫星定位技术中，卫星信号的捕获和跟踪通常分为搜索、确认、牵引、跟踪几个阶段。 图l为卫星信号的调制方式，卫星信号由载波经过伪随机码的调制产生。接收机通过本地
为随机码产生器产生与卫星信号同步的伪随机码和载波，从而实现卫星信号的跟踪和解调，
进而实现定位。
通常的卫星定位接收机中，状态迁移如图2所示，根据输入信号的处理结果，在搜索、确 认、牵引和跟踪四个状态之间变化。进入跟踪状态表示定位准备工作完成。
虽然卫星信号的中心频率已知，但是由于卫星信号多普勒频移的存在，接收机必须先确 定卫星信号的频率和码偏移。这意味着，接收机必须在频率和码偏移两个自由度上搜索卫星 信号。卫星信号的搜索通常耗时很长，是定位接收机定位时间的重要组成部分，严重制约了 定位接收机的性能。目前主要有两种搜索方法，串行相关和快速傅立叶变换。由于快速傅立 叶变换对的系统的运算资源需求较大，串行相关仍然是被广泛采用的一种方法。图2为定位接 收机典型状态迁移图，图3为传统串行相关搜索卫星信号的原理图，相关器需要对每一个卫星 信号、每一个频点上的每一个码偏移作相关积分，搜索相关峰值。 一个典型的搜索频率间隔 为200Hz，码偏移间隔为0.5码片，较为通用的做法是，利用多个相关器并行搜索来縮短搜索 时间。
在搜索过程中，对于比较强的卫星信号，在比较大的频率范围土700Hz内都能够检测到该 信号的相关峰值。但是，载波环路的牵引范围通常约为土300Hz，这会导致牵引失败。图4为 一个典型的牵引失败的相关值的星座图。
传统的系统结构在这种情况下有两个缺点， 一个是对牵引失败的检测，由于码元频率的 偏移非常小，码元环路的存在使相关峰值长期存在，牵引成功或者失败的判断依据不能只依 靠相关峰值大小，而要引入前后相位关系， 一方面增加的系统实现的复杂性，另一方面检测时间也有所延长。另一个缺点是检测到牵引失败以后，系统只能退回搜索阶段重新搜索，这 样做延长了捕获时间，降低了系统性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是由于载波搜索带宽大于锁相环牵引带宽，在距离目标频 率较远的频点上即搜索出卫星信号，但此时的频点尚不在锁相环牵引范围内，而导致锁相环 牵引失败，从而使系统性能下降，因此提出一种在确认和牵引之间增加一个频率预测，通过 对确认过程中所得到的相关值进行分析，预测载波频率的方法。
本发明实现的方法
定位接收机载波频率预测方法，包括如下步骤-
1) 在信号搜索阶段获取当前本地载波频率和射频前端中心频率差值的符号；当前本 地载波频率大于等于射频前端中心频率时，频率差值符号为+ l;当前本地载波频 率小于射频前端中心频率时，频率差值符号为-l;
2) 在信号确认过程中记录下每一个伪随机码所对应的相关峰值矢量；
3) 根据信号确认过程的相关峰值判断信号是否存在；
4) 在频率预测阶段，根据相关峰值矢量的差值计算出卫星信号载波频率和当前本地 载波频率的差值；
5) 滤除卫星信号数据跳变和偶然信号的影响；
6) 根据当前频率偏差计算本地载波频率的目标值，并改变系统本振。 在搜索阶段，根据系统已有信息，将卫星信号载波频率初始化为最可能频率，或者当没
有已知信息时，将卫星信号载波频率初始化为射频前端的中心频率；计算一个伪随机码周期 内的相关峰值；根据相关峰值判断
1) 如果该峰值大于或者等于系统预先设置的门限，则进入确认阶段；
2) 如果该峰值小于系统预先设置的门限，则改变伪随机码片偏移、本地载波频率或 者卫星编号，继续搜索。
在所述频率预测阶段
1) 记录三个伪随机码周期内的同相和正交信号的相关峰值，根据相位关系剔除卫 星信号数据符号跳变的影响，得到两个有效点，分别记录下这两点的同相/正交 累加和，设为I"Q,和WQ(),其中，下标l表示时间上后发生的点；
2) 根据上面记录的数据结合伪随机码周期T，计算出卫星信号载波频率"^和当前本地载波频率W。的差值；
3) 根据当前频率偏差和搜索阶段记录的频率差值符号计算本地载波频率的目标
值，并改变系统本振；
4) 转入牵引阶段。
当零频率点进入频率预测阶段时，当前本地载波频率等于射频前端中心频率，获取的当 前本地载波频率和射频前端中心频率差值符号恒为+1，如果相关峰值依然存在，则转入牵引 阶段；如果相关峰值消失，则表示频率差值符号相反，按反向频率偏移重新调整系统本振。
本发明的有益效果-
将该方法应用于全球定位接收机卫星信号捕获，可避免因锁相环牵引失败而再次重新搜 索，从而有效地縮短卫星信号捕获时间，提高定位接收机的性能，另外简化的对于牵引失败 的检测机制。图6为应用本发明后牵引成功的相关值星座图，从图中可以看出在十个点内锁相 环已经完成了对卫星信号频率的牵引；而未应用本发明的传统牵引方法则不能完成对信号的 牵引。利用本发明，可以将卫星定位接收机的定位时间在现有技术的基础上縮短1 2秒。
本发明还可应用于其他扩频通信系统中，用以提高信号搜索的速度。
图l卫星信号的调制方式原理图。
图2定位接收机典型状态迁移图。
图3传统卫星信号接收过程示意图。
图4牵引失败时相关值的星座图。
图5应用本发明的卫星信号接收过程示意图。
图6应用本发明后牵引成功的相关值星座图。
具体实施例方式
参见图5，定位接收机载波频率预测方法的具体实现步骤如下 1.在搜索阶段
1) 根据系统己有信息，初始化卫星信号载波频率为最可能频率，在无已知信息的情 况下，初始化卫星信号载波频率为射频前端的中心频率；
2) 计算一个伪随机码周期内的相关峰值。
3) 根据相关峰值判断
a)如果该峰值大于或者等于系统预先设置的门限，则进入确认阶段。为频率
6预测阶段做准备，此时系统需要记录当前本地载波频率和射频前端中心频 率差值的符号+1 (当前本地载波频率大于等于射频前端中心频率)或者-l (当前本地载波频率小于射频前端中心频率)； b)如果该峰值小于系统预先设置的门限，则改变伪随机码片偏移、本地载波 频率或者卫星编号，继续搜索。
2. 确认阶段
1) 在信号确认过程中记录下每一个伪随机码所对应的相关峰值矢量；
2) 根据信号确认过程的相关峰值判断信号是否存在；
3) 如果连续若干伪随机码周期，相关峰值一直存在，则转入频率预测阶段，否则为 虚警，调整参数回到搜索阶段重行搜索；
3. 频率预测阶段-
1) 记录三个伪随机码周期内的同相和正交信号的相关峰值，根据相位关系剔除卫星 信号数据符号跳变的影响，得到两个有效点，分别记录下这两点的同相/正交累加 和，记为VQi和WQo，其中，下标l表示时间上后发生的点；
2) 根据上面记录的数据结合伪随机码周期T，利用下列公式，计算出卫星信号载波 频率"e^和当前本地载波频率",。的差值，
"/。 - =会[atan2(A ， Q) - atan2(/。,込)];
3) 根据当前频率偏差和捕获阶段记录的频率差值符号计算本地载波频率的目标值， 并改变系统本振；
4) 由于捕获阶段有可能在零频率点进入频率预测阶段，这种情况下的频率差值符号 恒为+1，有可能与实际符号相反；此时需要判断峰值，如果峰值依然存在，则可 以正式转入牵引阶段；如果峰值消失，则表示符号相反，按反向频率偏移重新调 整系统本振；
5) 转入牵引阶段。
权利要求
1、定位接收机载波频率预测方法，包括如下步骤1)在信号搜索阶段获取当前本地载波频率和射频前端中心频率差值的符号；当前本地载波频率大于等于射频前端中心频率时，频率差值符号为+1；当前本地载波频率小于射频前端中心频率时，频率差值符号为-1；2)在信号确认过程中记录下每一个伪随机码所对应的相关峰值矢量；3)根据信号确认过程的相关峰值判断信号是否存在；4)在频率预测阶段，根据相关峰值矢量的差值计算出卫星信号载波频率和当前本地载波频率的差值；5)滤除卫星信号数据跳变和偶然信号的影响；6)根据当前频率偏差计算本地载波频率的目标值，并改变系统本振。
2、 根据权利要求l所述定位接收机载波频率预测方法，其特征在于在搜索阶段，根据系统 已有信息，将卫星信号载波频率初始化为最可能频率，或者当没有已知信息时，将卫星 信号载波频率初始化为射频前端的中心频率；计算一个伪随机码周期内的相关峰值；根 据相关峰值判断1) 如果该峰值大于或者等于系统预先设置的门限，则进入确认阶段；2) 如果该峰值小于系统预先设置的门限，则改变伪随机码片偏移、本地载波频率 或者卫星编号，继续搜索。
3、 根据权利要求l所述定位接收机载波频率预测方法，其特征在于在所述频率预测阶段1) 记录三个伪随机码周期内的同相和正交信号的相关峰值，根据相位关系剔除卫 星信号数据符号跳变的影响，得到两个有效点，分别记录下这两点的同相/正交 累加和，设为VCh和Io/Qo，其中，下标l表示时间上后发生的点；2) 根据上面记录的数据结合伪随机码周期T,计算出卫星信号载波频率"oarr和当前本地载波频率A。的差值；3) 根据当前频率偏差和搜索阶段记录的频率差值符号计算本地载波频率的目标 值，并改变系统本振；4) 转入牵引阶段。
4、根据权利要求3所述定位接收机载波频率预测方法，其特征在于当零频率点进入频率预 测阶段时，当前本地载波频率等于射频前端中心频率，获取的当前本地载波频率和射频前 端中心频率差值符号恒为+1，如果相关峰值依然存在，则转入牵引阶段；如果相关峰值消 失，则表示频率差值符号相反，按反向频率偏移重新调整系统本振。
全文摘要
本发明涉及定位接收机载波频率预测方法。在扩频通信中，在确认和牵引之间增加一个频率预测，通过对确认过程中所得到的相关值进行分析，预测载波频率值。本发明解决了由于载波搜索带宽大于锁相环牵引带宽，在距离目标频率较远的频点上即搜索出卫星信号，但此时的频点尚不在锁相环牵引范围内，而导致锁相环牵引失败，从而使系统性能下降的问题。
文档编号G01S5/14GK101515819SQ200810043148
公开日2009年8月26日 申请日期2008年2月22日 优先权日2008年2月22日
发明者健 陈, 立 鲍 申请人:上海思谋微电子技术有限公司