一种改进双块补零北斗导航接收机弱信号捕获方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaAug252017Vol38No8SSN1000—6893ON11．1929／Vhttp：#hkxbbuaa．edu．cnhkxb@buaaedu．cnDOI：10．7527／S1000—6893．2016．0297一种改进双块补零北斗导航接收机弱信号捕获方法盂骞1’2，刘建业1’2一，曾庆化1’2，冯绍军3，李荣冰1’21．南京航空航天大学导航研究中心，南京2100162．卫星通信与导航协同创新中心，南京2100163．帝国理工学院交通研究中心，伦敦SW

2、72AZ摘要：利用卫星导航系统对高轨航天器进行自主导航与高精度定轨，对接收机的捕获灵敏度要求极高，双块补零(DBZP)算法是无辅助下卫星导航弱信号捕获的理想方案，然而受限于数据处理量大，DBZP实际应用难度大。在深入分析双块补零机理的基础上，结合矩阵重构的思想，提出了一种改进双块补零北斗导航接收机弱信号捕获方法。该方法对参与块内相关运算的基带信号和本地测距码分别进行重构，解决了块内点数与快速傅里叶变换输入点数之间的矛盾，提高了北斗导航接收机弱信号捕获性能。仿真实验结果分析表明，改进双块补零算法对信噪比没有损失，可以保证对低至15dB

3、·Hz的弱信号进行有效捕获，能够满足高轨航天器定轨、室内外无缝导航等对接收机高灵敏度的需求。本方法是在块内运算层面对DBZP进行优化，具备良好的通用性和可移植性，与优化相干积分策略的各种改进DBZP算法可以无缝对接，进一步提高北斗导航接收机信号处理的效能。同时，重构的思想也适用于其他采用码分多址信号的卫星导航系统的弱信号检测和捕获，对提升多星座卫星导航系统的基带信号处理性能具有参考意义。关键词：全球导航卫星系统；自主导航；信号捕获；快速傅里叶变换；块内重构中图分类号：V249．32+4文献标识码：A文章编号：1000—6893(20

4、17)08—320833～11全球导航卫星系统(GlobalNavigationSat—ellitesSystem，GNSS)在各个领域已经展现出巨大的应用价值。同时对于GNSS在高于自身轨道的导航应用，在过去十年已经得到了探索性的研究口屯]，使用GNSS对航天器进行定轨和导航不仅可以简化地面操作，提高航天器的自主性，同时还能提高导航性能，降低任务成本，并促进新兴科学的发展。利用GNSS实现航天飞行器、高轨卫星等的高精度自主导航与定轨，以及辅助探月飞行器、空间探测器等进行导航，是未来航天器自主性发展的重要方向之一[3‘]。高轨太空也

5、是导航卫星系统重要的应用拓展方向。中国北斗导航系统采用混合星座阳I，GE0(GEostationaryOrbit)卫星和IGSO(InclinedGeoSynchronous0rbit)卫星分别位于地球静止轨道和地球同步轨道，覆盖范围广且相对地球的运转速度较小，导航接收机的多普勒频移也相应较小且方便预测，相比星座全部运行在中高轨道的美国的GPS(G10balPositioningSystem)、俄罗斯的GI。ONASS(GI。ObalNAvigationSatelliteSystem)、欧洲的Galileo等系统，混合星座布局使得北

6、斗系统在航天器自主导航方面的应用优势更加明显。高轨航天器自主导航与高精度定轨需求对北斗导航卫星系统的接收机捕获灵敏度要求收稿日期：2016—10—10；退修日期：2016—10—28；录用日期：2016—11—14；网络出版时间：2016—11．2114：39网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／111929．V201611211439．004html基金项目：国家自然科学基金(61533008，61374115，61328301)；中央高校基本科研业务费专项资金(NS2015037)；江苏省普通高校学术学位

7、研究生科研创新计划(KYLXl6-0379)；国家留学基金；英国帝国理工学院交通研究中心资助*通讯作者E-mail：Ijyac@nuaaedu．ca引用格武；孟骞，姻建韭．曾庚化，等．一种改进双块补零北斗导航接收机弱信号捕获方法!Jj÷航空学撮，2017．38(8)：320833MENG0，LIUJy，ZENG0H，etatBeiDounavigationreceiverweaksignalacquisitionaidedbyblockimprovedDBZPEJ9．ActaAeronaut／caetAstronaut／caSin／

8、ca．2017。38(8)：320833。航空学报极高。相比地球表面用户，航天器利用北斗系统进行导航需要进一步解决由于传播路径远和复杂太空环境导致的信号衰弱问题，北斗星载导航接收机需要快速、自主、无辅助地对载噪比小或等于20dB·Hz