北斗信号捕获

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我是靠谱客的博主大气柜子，这篇文章主要介绍北斗信号捕获，现在分享给大家，希望可以做个参考。

信号捕获：所有的CDMA系统都会存在信号捕获问题，
原因：1由于多个信号发射在共同的频率，只能通过不同的伪随机码(测距码)来区分。
2：卫星与接收机之间存在多普勒平移，会导致载波频率发生变化。
3：由于我们的数据都要与我们的伪随机码相乘，所以会导致信号的频谱展宽，功率下降，并且卫星与接收机的距离很远，接收到的信号往往是在噪声之中，所以我们都会进行信号的捕获，将信号从噪声中提取出来。
捕获过程：1是三维捕获PRN码方向，通过不同卫星发射的不同PRN码；2是载波频率方向，3是伪码相位的方向
PRN码搜索：穷举法，一颗颗的搜索
频率搜索：接收机内生成本地载波，然后与接收的信号相乘，若本地载波与接收的信号的频率相近，就会有一个接近零频的信号，与一个高频的分量。然后去除掉高频的分量就行了。由于不知道接收信号的频率，所以需要设置不同的本地载波去尝试，频率步进大小需要好好考虑，步进小，搜索时间就长，灵敏度高，反之时间长，灵敏度低
码片搜索：接收机内产生一段本地伪码，利用伪码的强自相关性，只有本地码和信号的伪码相位对齐的情况下进行相关才会出现很大的相关峰值。一般选择小于一个码片。
时域信号捕获的相关结构图：

s(t)为我们接收机接收到的信号，然后我们进行I/Q调制，就是与NCO相乘，然后进行PN码二次调制后再输出，就可以根据功率来判断了，或者利用相关来判断。

首先模拟接收到DAC接收到的信号，BD都是BPSK 调制，BD数据与PN码相乘，然后再与NH码相乘，再进行BPSK调制，BPSK 输出就是我们的射频前端接收到的信号，就是我们的S(t).

输入信号产生代码：

%载波 rom
Ac = 1024;
c = 0:1/1023:1;
c_rom = round(Ac*cos(2*pi*c));
s_rom = round(Ac*cos(2*pi*c));
CwFreq = CodeFreq;%载波频率；
NHCode = [0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0];%NH码
NHCode(NHCode == 0) = -1;%NH码 为0时，就变为-1，
NHCode = repelem(NHCode,1,DataLen); %按照数据长度进行数据扩展，为什么要扩展呢，原因是我们生成的BDData  1行DataLen列
%要与我们的NH码进行相乘，而BDData数据长度是10，所以要将NH码进行数据数据长度的扩展，
BDData = rand(1,DataLen);%随机产生10个帧数据，，需要转换到-1,1；
BDData(BDData < 0.5) = -1;%将小于0.5的数据都变为-1，
BDData(BDData > 0.5) = 1;%将大于0.5的数据都变为1，
BDData = repelem(BDData, NHLen);
%NH码调制过程
ModNH = NHCode.*BDData; %NHLen*DataLen
ModNH = repelem(ModNH, (SampleFreq/CodeFreq)*CodeLength); %升采样，与后Pn1长度相等
%产生扩频码，为什么是用那个函数产生
SignalLen = (SampleFreq/CodeFreq)*CodeLength*NHLen*DataLen;%总的数据长度，信号的中长度满找采样率产生
[pn1,pn1_freq] = pn_code_gen(PRN_num1,SignalLen,SampleFreq,CodeFreq,CodeLength); %PRN6
ModPN = ModNH.*pn1_freq; %把NH调制之后的数据进行PN调制
% S =  A*C*D*cos(2*pi*fc + )  C:PN码，伪随机码，乘以NH,D：导航数据，进行BPSK,调制
%频率控制字
CWFreq_word  = CwFreq * 2^32 /SampleFreq; %频率控制字
dac_o = zeros(1,SignalLen);
wr = 0;
romaddr = 1;
for i = 1:SignalLen
    if(ModPN(i) == 1)
        dac_o(i) = c_rom(romaddr); %BPSk调制
    elseif(ModPN(i) == -1)
        dac_o(i) = -c_rom(romaddr);
    end
    wr = wr + CWFreq_word;
    if(wr > 2^32)
        wr = wr - 2^32;
    end
    romaddr = round((wr/2^22));
    if(romaddr == 0)
        romaddr = 1; 
    end
end
%%%%%%%%读文件
file = fopen('TEST6.BIN','rb');
data = fread(file,'int16');
fclose(file);
dac_data = data';%%转置，1行N列，转为1列N行

调制结果如下图

码片搜索：利用本地产生的一段伪码然后与我们接收到的数据进行相关运算，这样我们就可以根据相关峰来判断了。只要设定一个值，相关封超过了其特定的值，就可以判定其码相位。

首先我们应该产生本地载波，然后分别与PNcode的码相位相乘，注意PNcode那里分为三个时间，分别是当前拍，前一拍，延后一拍，然后再进行积分(求和），算功率，最后判断其相关峰

码片搜索代码如下：

%数据偏移
dataoffset = 2046;
signal = dac_o(dataoffset:end);
%signal = dac_data;

%码片搜索 %%采样频率使我们的码片速率的4倍，所以我们的半个码片采样2点  一个码片2046个码元，一个码元采集4次，
samplespercode = round(SampleFreq/(CodeFreq/CodeLength));%每一个PN码循环周期的采样点数，8.184M/(2.046M/2046)
codewithhalf = round((SampleFreq/CodeFreq)/2); %半个码片采样点的数量
codeSerchRange = (samplespercode/codewithhalf);%按照0.5个码片进行搜索，搜索范围 =2
%产生pncode
%%%%前码：pn_code_re 相当于就是我们总的8184个码元，然后如果0到8184，码是0到8183，由于是0.5个码片搜索。所以
%0到4091，个码元，最后一个
%PN码是2046个，就相当于是0到2045，然后前一个码，就是相当于0码元这个位置跑到了2045这码元的位置，他是循环的
%由于我们的码元
%前一个码元就是2045跑到了0码元的位置，然后拼接上后面的码元
%
[pn_code,pn_code_freq] = pn_code_gen(PRN_num1,samplespercode,SampleFreq,CodeFreq,CodeLength); %PRN6
pn_pre = [pn_code_freq((samplespercode - codewithhalf + 1): samplespercode),pn_code_freq(1:(samplespercode - codewithhalf))];
%pn_pre = [pn_code_freq((samplesPerCodecodewidthhalf+1):samplesPerCode),pn_code_freq(1:(samplesPerCodecodewidthhalf))];
pn_cr = pn_code_freq;%当前时刻的pn码相位
%pn_post = [pn_code_freq((codewithhalf + 1):end),pn_code_freq(1,codewithhalf)];
pn_post = [pn_code_freq((codewithhalf+1):end),pn_code_freq(1:codewithhalf)]; %晚码


squ_sum_pre = zeros(1,codeSerchRange); %
squ_sum_cr = zeros(1,codeSerchRange);%
squ_sum_post = zeros(1,codeSerchRange);

sinCarr = zeros(1,samplespercode); %%8184
cosCarr = zeros(1,samplespercode);

temp_offset = zeros(1,samplespercode);
%产生8184点载波
wr_1 = 0;
romaddr_1 = 0;

for dataIndex = 1:samplespercode
 
    wr_1 = wr_1 + CWFreq_word;
    if(wr_1 > 2^32)
        wr_1 = wr_1 - 2^32;
    end
    romaddr_1 = round((wr_1/2^22));
    if(romaddr_1 == 0)
        romaddr_1 = 1; 
    end
   sinCarr(dataIndex) = s_rom(romaddr_1);%%%生成了载波Q路
   cosCarr(dataIndex) = c_rom(romaddr_1);%%生成了载波I路
end

s_t = signal(1:samplespercode); % 取得的第一次8184个数据
signaloffset = 0;

for codeindex  = 1: codeSerchRange
    %1ms的积分
    i_data = s_t.*cosCarr;%i路的数据
    q_data = s_t.*sinCarr;%q路的数据
    temp_pre_i = sum(i_data .* pn_pre);
    temp_cr_i = sum(i_data .* pn_cr);
    temp_post_i = sum(i_data .* pn_post);

    temp_pre_q = sum(q_data .* pn_pre);
    temp_cr_q = sum(q_data .* pn_cr);
    temp_post_q = sum(q_data .* pn_post);

    %功率,I/Q;路
    squ_sum_pre(codeindex) = temp_pre_i^2 + temp_pre_q^2; 
    squ_sum_cr(codeindex) = temp_cr_i^2 + temp_cr_q^2; 
    squ_sum_post(codeindex) = temp_post_i^2 + temp_post_q^2; 

    %%%%数据偏移代替码片偏移，更新源数据，我们1:8184，为什么还要加codewithhalf？每次都是一个码片啊
    signaloffset = signaloffset + samplespercode + codewithhalf  ; %不懂
   % temp_offset(dataIndex) = signaloffset;
    s_t = signal(signaloffset + 1:signaloffset + samplespercode);

end
figure(1);
plot(squ_sum_pre,'r');
hold on;
plot(squ_sum_cr,'b');
hold on ;
plot(squ_sum_post,'g');

放大后的图片：

频率搜索：就是通过本地产生的本地载波的频率控制字来进行频率搜索，以中心频频率为中心搜索范围，每次步进一定的频率进行搜索。当捕获的相关结果中最大值为第二大值的2.5倍就判定出现相关峰。

频率搜索只需要再在外面加一次for循环就行了

代码：

for freqSearchIndex = 1: FreqSearchRange
        freqBin = IF -FreqSearchBand/2 + freqSearchIndex*500;
        freqWord = freqBin*2^32/SampleFreq;
    %产生8184点的载波
        wr=0;
        romaddr=0;
        for dataIndex=1:samplesPerCode
            wr = wr + freqWord;

PRN搜索：不同的PRN好对应不同的PN码，PRN搜索是在频率-码片基础上再套一次循环，来搜索卫星号，在一个PRN下，找到最大值，然后再在这些最大值中找到最大封，进过比较，如果最大值是第二大封的2.5倍，就代表，捕获到了该卫星

这个也只需要最外面加一次for循环，进行PRN搜索

代码如下：