北斗软件接收机b1频点信号捕获算法研究

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1、北斗软件接收机B1频点信号捕获算法研究毛新凯1，2，李世光1，2，杨军1，2，3（1.北京无线电计量测试研究所，北京100039；2.中国航天科工二院，北京100039；3.计量与校准技术国防科技重点实验室，北京100039）摘要：北斗MEO/IGSO卫星信号调制速率为1Kb/s的NH码，在使用传统的并行码相位捕获算法时，并不一定能成功捕获到信号，这里使用一种改进的并行码相位捕获算法，并用基于曲线拟合的精捕获方法减小频率估计误差。仿真结果表明，改进的并行码相位捕获算法成功地捕获到了北斗MEO/I

2、GSO卫星信号，并通过基于曲线拟合的精捕获算法减小了频率估计误差。.jyqks的数据长度进行捕获，但是为了防止所取1ms数据中存在导航电文数据比特跳变，则取相邻的两个1ms长度数据分别进行捕获运算，然后对两次运算得到的相关幅值的最大值进行比较，选取幅值大的1ms数据作为捕获数据。这样就排除了数据跳变所带来的影响。对于北斗卫星导航系统，GEO卫星的B1频点信号调制的D2导航电文速率为500b/s，即每2ms可能产生1次跳变，可以使用相干积分时间为1ms的并行码相位捕获算法进行捕获。但是对于MEO/

3、IGSO卫星的B1信号所调制的D1导航电文，由于其调制有速率为1Kb/s的二次编码，即导航电文数据在相邻的两个1ms内都有可能产生跳变，所以不能采用取相邻两个1ms数据进行捕获并比较相关值大小的方法对MEO/IGSO卫星信号进行捕获。本文采用一种改进的并行码相位捕获算法对北斗MEO/IGSO卫星信号进行捕获，其基本原理如下：对于MEO/IGSO卫星信号，捕获数据长度取为2ms，相应的也要生成2ms的本地码进行相关运算，而2ms的本地码的前1ms数据为一个周期的相应卫星的伪随机码，而后1ms数据则

4、为全0序列，其原理如图2所示。一个伪随机码周期为1ms，因此2ms的数据中存在两个完整的伪随机码序列。假设在2ms数据内存在两次数据跳变。从时域分析，通过循环移动本地码相位并与接收数据伪码逐次进行相关，从而搜索一个伪码周期内所有的码相位，当本地伪码没有和数据中伪码对齐时，所得到的相关值较小，随着码相位的移动，当本地码中的伪码码沿与2ms数据中伪码1的码沿对齐时，将获得最大相关值。而由于本地码内0序列的存在，会使除了对齐伪码范围以外的其他相关值为0，从而排除了由于数据跳变对相关值的影响。同时也可以

5、发现，当本地伪码码沿与数据中伪码2的码沿对齐时，也可以得到最大相关值。这样在一次搜索过程中会出现两个自相关峰值，由于数据中伪随机码是周期重复出现的，因此只需要选取一个自相关峰值的信息就可以确定捕获结果。上述方法不仅适用于存在连续数据跳变的情况，在只存在一次或不存在数据跳变的情况下也适用，并且不需要判断是否存在数据跳变，因此不仅适用于北斗MEO/IGSO卫星信号的捕获，也适用于北斗GEO卫星信号以及GPS信号的捕获。当信号强度较大时，采用比较相关幅值最大值与次大值的方法检测信号是否被捕获到[8]。

6、在得到某个搜索频带的码相位相关值z(n)后，对z(n)取模得到相关幅值

7、z(n)

8、，首先找到相关幅值的最大值，然后将搜索范围设定在最大值所在码相位对应的前后两个码片长度范围外，在此范围搜索得到相关幅值的次大值，计算相关幅值最大值和次大值的比值，通过判断比值是否超过门限值来检测信号是否被捕获到，本文中门限值设为2.5。若比值超过捕获门限值，则接收机捕获到信号，当前搜索频带即为捕获的信号频率，

9、z(n)

10、峰值对应的码相位即为捕获的信号码相位。2.3信号的精捕获信号成功捕获后，对信号载波频率的估计误差

11、不大于半个频率搜索步长。本文中载波频率的搜索步长为500Hz，信号载波频率的估计误差为±250Hz，而载波跟踪环路的带宽一般为几十赫兹。因此需要对信号频率进行精捕获，使其频率误差能够在载波跟踪环路带宽范围内。通常情况下频率搜索步长表达式为[9?10]：式中Tcoh为相干积分时间。可以看出搜索步长和相干积分时间成反比，因此可以通过增加相干积分时间来减小频率搜索步长，从而减小频率估计误差。前提是在相干积分时间内捕获数据不存在数据跳变，对于北斗信号，D1导航电文调制有速率为1Kb/s的二次编码，D2导

12、航电文速率为500b/s。因此不能用增加相干积分时间的办法来减小频率估计误差。实际的载波频率值可以通过式（8）表示：freal=fP-ferr（8）式中：freal表示实际的载波频率值；fP表示粗略的频率估计值；ferr表示频率误差。在实际应用中，很难直接得到频率误差值，可以采用一种曲线拟合的方法得到频率误差的估计值[11?12]，使频率误差估计值尽可能接近频率误差值。图1中的数字中频B1I信号表达式如下：s(t)k=ACkDkcos[2π(fIF)]+fdtk+φ0（9）式中：tk为采样时间；