專利名稱：快速聯(lián)合捕獲裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星定位與導(dǎo)航通信領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及快速聯(lián)合捕獲裝置及其方法。
背景技術(shù)：
全球衛(wèi)星定位與導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)，例如GPS系統(tǒng)、Galileo系統(tǒng)、北斗系統(tǒng)，通常包括一組發(fā)送GNSS信號(hào)的一個(gè)衛(wèi)星星座，該GNSS信號(hào)能被接收機(jī)用來(lái)確定該接收機(jī)的位置。衛(wèi)星軌道被安排在多個(gè)平面內(nèi)，以便在地球上任何位置都能從至少四顆衛(wèi)星接收該種信號(hào)。每一顆GNSS衛(wèi)星所傳送的GNSS信號(hào)都是直接序列擴(kuò)頻信號(hào)。每一顆衛(wèi)星發(fā)射不同的PRN(Pseudo Random Noise,偽隨機(jī)噪聲)碼,使得信號(hào)能夠從幾顆衛(wèi)星同時(shí)發(fā)送,并由一接收機(jī)同時(shí)接收，相互間幾乎無(wú)干擾。術(shù)語(yǔ)“衛(wèi)星星號(hào)”和這個(gè)PRN碼相關(guān)，可以用以標(biāo)示 不同的GNSS衛(wèi)星。GNSS利用到達(dá)時(shí)間(TOA)測(cè)距原理來(lái)確定用戶的位置，這種原理需要測(cè)量信號(hào)從衛(wèi)星發(fā)出至到達(dá)用戶接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間。為此，GNSS接收機(jī)必須首先復(fù)現(xiàn)將被捕獲的衛(wèi)星所發(fā)射的PRN碼，然后移動(dòng)這個(gè)復(fù)現(xiàn)碼的相位，直到與衛(wèi)星的PRN碼發(fā)生相關(guān)為止。當(dāng)接收機(jī)復(fù)現(xiàn)碼的相位與輸入的衛(wèi)星碼相位相匹配時(shí)，有最大的相關(guān)。接收機(jī)首先搜索所希望衛(wèi)星的相位，然后調(diào)節(jié)其復(fù)現(xiàn)碼發(fā)生器的標(biāo)稱擴(kuò)頻碼碼片速率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星碼狀態(tài)的跟蹤。導(dǎo)航和定位服務(wù)的日益增長(zhǎng)，激發(fā)了對(duì)GNSS系統(tǒng)性能的要求，并催生了二代GNSS系統(tǒng)。在過(guò)去的十年間，美國(guó)GPS開(kāi)始了現(xiàn)代化進(jìn)程，俄國(guó)GL0NASS系統(tǒng)啟動(dòng)了重建工程，歐洲Galileo系統(tǒng)充分吸收了 GPS和GL0NASS在過(guò)去30年間的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，而中國(guó)北斗系統(tǒng)也加入了 GNSS系統(tǒng)的陣營(yíng)。GNSS現(xiàn)代化的一個(gè)重要特征是采用新民碼信號(hào)，其主要特點(diǎn)有數(shù)據(jù)通道和無(wú)數(shù)據(jù)通道的雙通道設(shè)計(jì)、電文糾錯(cuò)編碼、疊加二級(jí)碼和新調(diào)制方式等等。GPS、Galileo以及北斗系統(tǒng)都采用了二級(jí)同步碼，其中GPS采用了 NH碼和OC碼，Galileo采用了 CS碼，北斗采用了 NH碼。二級(jí)碼主要具有以下優(yōu)點(diǎn)1、使得信號(hào)功率譜線間隔下降，從而提高抗窄帶干擾的能力；2、改善了衛(wèi)星間的互相關(guān)特性；3、使得在導(dǎo)航電文一個(gè)比特的寬度內(nèi)增加了多次相位改變，從而可以通過(guò)二級(jí)碼同步的方法實(shí)現(xiàn)比特同步。GNSS新信號(hào)的設(shè)計(jì)給接收機(jī)提供性能提高的機(jī)會(huì)的同時(shí)，也為接收機(jī)的算法和架構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新要求。捕獲是GNSS接收機(jī)基帶處理的第一個(gè)環(huán)節(jié),是接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位的基礎(chǔ)，對(duì)含二級(jí)碼的GNSS信號(hào)來(lái)說(shuō)，偽碼加二級(jí)碼的捕獲就成為研究熱點(diǎn)。目前，偽碼加二級(jí)碼的捕獲有多種方案，但可以分為兩大類分級(jí)捕獲和聯(lián)合捕獲。分級(jí)捕獲指將捕獲分為粗捕獲和精捕獲兩步，粗捕獲時(shí)不考慮二級(jí)碼的影響，只捕獲偽碼相位和粗略載波頻率，之后進(jìn)行精捕獲，對(duì)載波頻率進(jìn)行精細(xì)估計(jì)并獲取二級(jí)碼同步。分級(jí)捕獲最大的問(wèn)題是粗捕獲階段由于二級(jí)碼符號(hào)的限制，只能采取非相干累加方式，接收機(jī)靈敏度受限。聯(lián)合捕獲是捕獲時(shí)考慮二級(jí)碼的影響，將偽碼加二級(jí)碼視為整體統(tǒng)一進(jìn)行捕獲。聯(lián)合捕獲能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行相干積分，具有靈敏度高的特點(diǎn)，且能同時(shí)獲得偽碼和二級(jí)碼的同步，但其最大的問(wèn)題是由于二級(jí)碼的頻偏敏感性，頻率搜索的步長(zhǎng)很小，導(dǎo)致運(yùn)算量大、捕獲速度慢。如何提高含二級(jí)碼GNSS信號(hào)的捕獲靈敏度和捕獲速度是GNSS基帶處理需要研究的一個(gè)重要問(wèn)題，因此，有必要提出一種有效的技術(shù)方案解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)問(wèn)題之一，本發(fā)明實(shí)施例一方面提出了一種快速聯(lián)合捕獲裝置，包括中頻去載波模塊、碼發(fā)生器、采樣模塊、寄存器模塊、匹配濾波器、相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器、二級(jí)碼剝離模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和信號(hào)檢測(cè)單元，所述中頻去載波模塊用于對(duì)接收的中頻采樣數(shù)據(jù)去除載波及多普勒頻移；所述碼發(fā)生器用于產(chǎn)生待搜索衛(wèi)星的偽碼序列；所述采用模塊用于將去除多普勒頻移后的信號(hào)降采樣，將所述偽碼序列上采樣， 其后將采樣結(jié)果輸入到所述寄存器模塊；所述匹配濾波器用于接收來(lái)自寄存器模塊的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)操作，I個(gè)偽碼周期后得到所有偽碼相位對(duì)應(yīng)的相關(guān)值；所述相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)來(lái)自所述匹配濾波器的相關(guān)結(jié)果；所述二級(jí)碼剝離模塊用于對(duì)所述匹配濾波器得到的相關(guān)值進(jìn)行二級(jí)碼剝離；所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對(duì)二級(jí)碼剝離后的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算，其后取模方，迭代累加K次，將結(jié)果存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器中；所述信號(hào)檢測(cè)單元用于挑選所述數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器中的最大值，并與預(yù)定門(mén)限值比較，超過(guò)所述門(mén)限值則實(shí)現(xiàn)信號(hào)捕獲。本發(fā)明實(shí)施例另一方面提出了一種快速聯(lián)合捕獲方法，包括以下步驟對(duì)基帶中頻采樣信號(hào)進(jìn)行去載波處理，將接收的中頻采樣數(shù)據(jù)去除載波及多普勒頻移；將去除多普勒頻移后的信號(hào)降采樣，將碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽碼序列上采樣，其后將采樣結(jié)果輸入到寄存器模塊；通過(guò)匹配濾波器對(duì)來(lái)自寄存器模塊的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)操作，I個(gè)偽碼周期后得到所有偽碼相位對(duì)應(yīng)的相關(guān)值，并將所述相關(guān)值存儲(chǔ)于相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器中；對(duì)相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器中的所述相關(guān)值進(jìn)行二級(jí)碼剝離，對(duì)二級(jí)碼剝離后的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算，其后取模方，迭代累加K次模方值，將結(jié)果存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器中； 挑選所述數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器中的最大值，并與預(yù)定門(mén)限值比較，超過(guò)所述門(mén)限值則實(shí)現(xiàn)信號(hào)捕獲。本發(fā)明提出的上述方案，利用匹配濾波器技術(shù)和FFT技術(shù)提供了對(duì)含二級(jí)碼GNSS信號(hào)的快速聯(lián)合捕獲，達(dá)到衛(wèi)星偽碼初始位置和二級(jí)碼初始位置聯(lián)合捕獲的目的，且能對(duì)載波頻率進(jìn)行并行搜索，解決了偽碼、二級(jí)碼聯(lián)合捕獲時(shí)，二級(jí)碼的頻偏敏感性對(duì)搜索步長(zhǎng)的限制，大幅降低了計(jì)算量，提高了捕獲速度，不僅適用于有先驗(yàn)信息的弱信號(hào)重捕，也適用于冷啟高靈敏度捕獲。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I為傳統(tǒng)的GNSS接收機(jī)結(jié)構(gòu)框圖；圖2為含二級(jí)碼GNSS信號(hào)的示意圖；圖3為傳統(tǒng)的分級(jí)捕獲的信號(hào)處理流程圖；圖4為傳統(tǒng)的聯(lián)合捕獲的信號(hào)處理流程圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例捕獲裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例快速聯(lián)合捕獲方法流程圖。圖7為本發(fā)明又一實(shí)施例快速聯(lián)合捕獲方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。GNSS基帶芯片是GNSS接收機(jī)中處理基帶信號(hào)的芯片，是整個(gè)GNSS接收機(jī)的核心。本發(fā)明的裝置和方法均在GNSS基帶芯片中實(shí)現(xiàn)。為方便起見(jiàn)，本發(fā)明中“接收機(jī)”均指“GNSS基帶芯片”。圖I描述了一個(gè)典型的GNSS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。這是一個(gè)完整的GNSS接收機(jī)，包括了天線101、射頻前端芯片102、基帶處理芯片103。基帶處理部分由若干個(gè)相關(guān)通道104、捕獲處理105、跟蹤處理106和定位解算處理107組成?；鶐幚聿糠?03從射頻前端芯片102接收數(shù)字中頻采樣數(shù)據(jù)，其信號(hào)處理分為捕獲處理105和跟蹤處理106兩個(gè)階段。捕獲處理105進(jìn)行載波頻率域和碼域二維搜索，獲得關(guān)于接收信號(hào)載波頻率(含多普勒頻偏)和偽碼相位的粗略估計(jì)。跟蹤處理106用于跟蹤捕獲到的衛(wèi)星，并與之同步，以便計(jì)算初PRN碼的發(fā)射時(shí)間，同時(shí)解調(diào)出導(dǎo)航電文用以定位。所述的同步包括載波同步、碼同步、比特同步和幀同步。定位解算處理107根據(jù)跟蹤處理106所復(fù)現(xiàn)的偽碼相位計(jì)算偽距，或者根據(jù)復(fù)現(xiàn)的載波多普勒相位或頻率計(jì)算△偽距，或者根據(jù)載波多普勒相位計(jì)算積分多普勒相位，進(jìn)而利用這些測(cè)量得到對(duì)用戶位置、速度、用戶時(shí)鐘偏差和時(shí)鐘漂移的估計(jì)。該GNSS接收機(jī)實(shí)例使用了射頻前端和基帶處理獨(dú)立封裝成芯片的形式。實(shí)際中還有其他形式，如將兩部分封裝在一起形成SIP系統(tǒng)，以及將兩部分合二為一形成單SOC芯片。本發(fā)明對(duì)于以上形式的GNSS接收機(jī)芯片都是適用的。圖2描述了含二級(jí)碼GNSS信號(hào)的示意圖。這種GNSS信號(hào)除了 PRN碼和導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)調(diào)制之外，還疊加了二級(jí)碼調(diào)制。其中，三者時(shí)間同步，一個(gè)PRN碼周期對(duì)應(yīng)一個(gè)二級(jí)碼符號(hào)，而一個(gè)二級(jí)碼周期對(duì)應(yīng)一個(gè)導(dǎo)航電文比特。圖3描述了傳統(tǒng)的分級(jí)捕獲的信號(hào)處理流程圖。分級(jí)捕獲方案，指先不考慮二級(jí)碼對(duì)捕獲的影響，采用非相干累加的方法得到對(duì)載波頻率的粗略估計(jì)和PRN碼的相位，然后再采用細(xì)頻率搜索或者鎖頻環(huán)牽引的方法減小載波頻率模糊度，再進(jìn)行二級(jí)碼同步。這種方案，雖然搜索步長(zhǎng)大，對(duì)PRN碼的捕獲速度快，但由于非相干損失的影響，靈敏度有限，只適合中高信噪比的信號(hào)。
圖4描述了傳統(tǒng)的聯(lián)合捕獲的信號(hào)處理流程圖。聯(lián)合捕獲方案，在捕獲PRN碼時(shí)就考慮二級(jí)碼調(diào)制的影響，將PRN碼加二級(jí)碼視為一個(gè)整體擴(kuò)頻碼對(duì)其進(jìn)行捕獲。這樣，可以使用比分級(jí)捕獲方案長(zhǎng)的多的相干積分時(shí)間，從而避免非相干損失，提高捕獲的靈敏度，而且能同時(shí)得到二級(jí)碼同步。但其存在的主要問(wèn)題是由于二級(jí)碼的頻偏敏感性，需要采用比分級(jí)捕獲小很多的搜索步長(zhǎng)(與二級(jí)碼周期倒數(shù)相當(dāng)，而非PRN碼周期的倒數(shù))，從而帶來(lái)計(jì)算量的增加和搜索速度的降低，不適合沒(méi)有頻率先驗(yàn)信息的冷啟情況下使用。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種快速聯(lián)合捕獲裝置，包括中頻去載波模塊、碼發(fā)生器、采樣模塊、寄存器模塊、匹配濾波器、相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器、二級(jí)碼剝離模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和信號(hào)檢測(cè)單元。具體而言，中頻去載波模塊用于對(duì)接收的中頻采樣數(shù)據(jù)去除載波及多普勒頻移，中頻去載波模塊對(duì)接收的中頻采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行粗略多普勒剝離，在后續(xù)的處理中，通過(guò)FFT 變換，會(huì)進(jìn)一步消除多普勒頻移效應(yīng)。碼發(fā)生器用于產(chǎn)生待搜索衛(wèi)星的偽碼序列。采樣模塊用于將去除多普勒頻移后的信號(hào)降采樣，將偽碼序列上采樣，其后將采樣結(jié)果輸入到寄存器模塊。采樣模塊包括接收信號(hào)降采樣模塊、本地偽碼上采樣模塊，降采樣模塊用于將去除多普勒頻移后的信號(hào)降采樣到偽碼頻率的P倍，P大于等于2 ;本地偽碼上采樣模塊用于將產(chǎn)生的偽碼序列上采樣到P倍頻序列，P對(duì)應(yīng)接收降采樣速率。接收移位寄存器用于以P倍偽碼速率的時(shí)鐘存儲(chǔ)降采樣后的信號(hào)，輸入到匹配濾波器；本地偽碼寄存器用于存儲(chǔ)P倍頻偽碼序列，輸入到匹配濾波器；匹配濾波器用于接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)操作，I個(gè)偽碼周期后得到所有偽碼相位對(duì)應(yīng)的相關(guān)值。相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)來(lái)自匹配濾波器的相關(guān)結(jié)果。進(jìn)一步而言，相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器以FIFO的形式存儲(chǔ)來(lái)自所述匹配濾波器的相關(guān)結(jié)果。二級(jí)碼剝離模塊用于對(duì)匹配濾波器得到的相關(guān)值進(jìn)行二級(jí)碼剝離。進(jìn)一步而言，在I個(gè)偽碼周期結(jié)束，匹配濾波器輸出的相關(guān)結(jié)果以FIFO形式進(jìn)入相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器后，將本地產(chǎn)生的二級(jí)碼序列與存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行相乘操作，以實(shí)現(xiàn)二級(jí)碼去除。數(shù)據(jù)處理模塊用于對(duì)二級(jí)碼剝離后的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算，其后取模方，迭代累加K次，將結(jié)果存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器中。進(jìn)一步而言，數(shù)據(jù)處理模塊包括快速傅立葉變換FFT模塊，能量累加模塊和數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器快速傅立葉變換FFT模塊用于對(duì)二級(jí)碼剝離后的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算；能量累加模塊用于將FFT結(jié)果取模方后，迭代累加K次，將結(jié)果存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器中。快速傅立葉變換(FFT)模塊對(duì)二級(jí)碼剝離后的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算，F(xiàn)FT運(yùn)算前可以補(bǔ)零到2卜@]+1，也可以不補(bǔ)零。
信號(hào)檢測(cè)單元用于挑選數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器中的最大值，并與預(yù)定門(mén)限值比較，超過(guò)門(mén)限值則實(shí)現(xiàn)信號(hào)捕獲。即，信號(hào)檢測(cè)單元挑選出K個(gè)二級(jí)碼周期積分時(shí)間內(nèi)能量的最大值，并與門(mén)限比較，超出門(mén)限視為捕獲到信號(hào)，反之視為無(wú)信號(hào)。進(jìn)一步而言，K的選取與接收信號(hào)的強(qiáng)度有關(guān)，信號(hào)強(qiáng)度越弱，K的取值需要越大。圖5描述了本發(fā)明的一個(gè)較優(yōu)實(shí)施例的捕獲裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖。捕獲裝置由中頻去載波模塊501、降采樣模塊502、接收移位寄存器503、碼發(fā)生器504、本地偽碼上采樣模塊505、本地偽碼寄存器506、匹配濾波器507、相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器508、二級(jí)碼剝離模塊509、快速傅立葉變換(FFT)模塊510、能量累加模塊511和信號(hào)檢測(cè)單元512組成。去載波模塊501對(duì)接收的中頻信號(hào)去除粗略多普勒之后，與降采樣模塊502相連，被降至P倍偽碼速率的采樣點(diǎn)存儲(chǔ)在接收移位寄存器503中。碼發(fā)生器504產(chǎn)生本地偽碼序列，并與上采樣模塊505相連，上采樣至P倍頻的偽碼存儲(chǔ)在本地偽碼寄存器506中。P可以是2，也可以是其他參數(shù)。匹配濾波器507基于接收移位寄存器503和本地偽碼寄存器506進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器508中。二級(jí)碼剝離模塊509對(duì)存儲(chǔ)在508中的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行二級(jí)碼剝離，并與FFT模塊510相連，得到精細(xì)頻點(diǎn)上的相關(guān)值。能量累加模塊511與FFT模塊510 相連，完成相關(guān)值的非相干累加。信號(hào)檢測(cè)單元512在非相干累加結(jié)果中找到最大值，并與門(mén)限比較，完成判決。如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例還提出了一種快速聯(lián)合捕獲方法，包括以下步驟SllO :對(duì)基帶中頻采樣信號(hào)進(jìn)行去載波處理，將接收的中頻采樣數(shù)據(jù)去除多普勒頻移。在步驟SllO中，首先對(duì)基帶中頻采樣信號(hào)進(jìn)行去載波處理，將接收的中頻采樣數(shù)據(jù)去除載波及多普勒頻移。可實(shí)現(xiàn)對(duì)接收中頻采樣數(shù)據(jù)的粗略多普勒去除，在后續(xù)的處理中，通過(guò)FFT變換，會(huì)進(jìn)一步消除多普勒頻移效應(yīng)。對(duì)基帶中頻采樣信號(hào)進(jìn)行去載波處理時(shí)，頻率搜索步長(zhǎng)為偽碼周期倒數(shù)的1/2或者 2/3。S120 :將信號(hào)和偽碼序列采樣，其后將采樣結(jié)果輸入到寄存器模塊。在步驟S 120中，將去除多普勒頻移后的信號(hào)降采樣，將碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽碼序列上采樣，其后將采樣結(jié)果輸入到寄存器模塊；將去除多普勒頻移后的信號(hào)降采樣、將碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽碼序列上采樣包括將去除多普勒頻移后的信號(hào)降采樣到偽碼頻率的P倍，P大于等于2 ;將產(chǎn)生的偽碼序列上采樣到P倍頻序列。將碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽碼序列、對(duì)偽碼序列進(jìn)行上采樣的結(jié)果、以及將上采樣后的偽碼序列存儲(chǔ)到本地偽碼寄存器，采取預(yù)先存儲(chǔ)的方式，每次搜索衛(wèi)星時(shí)只進(jìn)行一次配置。S130:通過(guò)匹配濾波器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)操作，將相關(guān)值存儲(chǔ)于相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器中。在步驟S 130中，通過(guò)匹配濾波器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)操作，I個(gè)偽碼周期后得到所有偽碼相位對(duì)應(yīng)的相關(guān)值，并將所述相關(guān)值存儲(chǔ)于相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器中。匹配濾波器對(duì)接收信號(hào)與本地偽碼進(jìn)行相關(guān)操作，在I個(gè)偽碼周期結(jié)束時(shí)，得到全部偽碼相位對(duì)應(yīng)的相關(guān)結(jié)果。相關(guān)結(jié)果以FIFO模式存儲(chǔ)起來(lái)，執(zhí)行FIFO存儲(chǔ)的時(shí)間單位為I個(gè)偽碼周期。
S140 :對(duì)相關(guān)值進(jìn)行二級(jí)碼剝離、FFT運(yùn)算，其后取模方迭代累加。在步驟S140中，對(duì)寄存器中的所述相關(guān)值進(jìn)行二級(jí)碼剝離，即，在I個(gè)偽碼周期結(jié)束，匹配濾波器輸出的相關(guān)結(jié)果以FIFO形式進(jìn)入相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器后，將本地產(chǎn)生的二級(jí)碼序列與存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行相乘操作，以實(shí)現(xiàn)二級(jí)碼去除。對(duì)二級(jí)碼剝離后的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算，其后取模方，迭代累加K次模方值，將結(jié)果存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器中。S150 :與預(yù)定門(mén)限值比較判斷是否實(shí)現(xiàn)信號(hào)捕獲。在步驟S150中，挑選所述數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器中的最大值，并與預(yù)定門(mén)限值比較，超過(guò)所述門(mén)限值則實(shí)現(xiàn)信號(hào)捕獲。圖7描述了本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的快速聯(lián)合捕獲算法流程。接收到的中頻采樣信號(hào)首先進(jìn)行去載波處理701，此處去載波只需要去除粗略多普勒。然后進(jìn)行降采樣處理702，得到速率為偽碼P倍的接收序列。本地偽碼發(fā)生器產(chǎn)生PRN序列703，并上采樣到P倍 頻704，這兩步在捕獲時(shí)間內(nèi)只需要執(zhí)行一次。P可以是2，也可以是其他參數(shù)。對(duì)接收序列和本地偽碼序列進(jìn)行匹配濾波705，將相關(guān)值以FIFO形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中706。然后，對(duì)存儲(chǔ)器中的相關(guān)值進(jìn)行二級(jí)碼剝離707和FFT操作708。為進(jìn)一步提高靈敏度，非相干累加709對(duì)連續(xù)K個(gè)二級(jí)碼周期內(nèi)的相關(guān)值進(jìn)行累加，這里進(jìn)行非相干累加而不是相干累加的原因是導(dǎo)航電文比特翻轉(zhuǎn)的限制。最后信號(hào)檢測(cè)710在累加結(jié)果中尋找最大值，并與門(mén)限比較，如果超過(guò)門(mén)限則判定為有信號(hào)，反之判定為無(wú)信號(hào)。本發(fā)明提出的上述裝置或方法，利用匹配濾波器技術(shù)和FFT技術(shù)提供了對(duì)含二級(jí)碼GNSS信號(hào)的快速聯(lián)合捕獲，達(dá)到衛(wèi)星偽碼初始位置和二級(jí)碼初始位置聯(lián)合捕獲的目的，且能對(duì)載波頻率進(jìn)行并行搜索，解決了偽碼、二級(jí)碼聯(lián)合捕獲時(shí)，二級(jí)碼的頻偏敏感性對(duì)搜索步長(zhǎng)的限制，大幅降低了計(jì)算量，提高了捕獲速度，不僅適用于有先驗(yàn)信息的弱信號(hào)重捕，也適用于冷啟高靈敏度捕獲。在前面的討論中，本發(fā)明是參照有導(dǎo)航電文調(diào)制的含二級(jí)碼GNSS信號(hào)來(lái)描述的。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這些方法同樣適用于無(wú)導(dǎo)航電文調(diào)制的含二級(jí)碼GNSS信號(hào)，即GNSS系統(tǒng)的導(dǎo)頻通道。術(shù)語(yǔ)“含二級(jí)碼的GNSS信號(hào)”包括數(shù)據(jù)通道和導(dǎo)頻通道的信號(hào)。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，包括方法實(shí)施例的步驟之一或其組合。此外，在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理模塊中，也可以是各個(gè)單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)模塊中。上述集成的模塊既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，也可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤(pán)或光盤(pán)等。以上所述僅是本發(fā)明的部分實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種快速聯(lián)合捕獲裝置，其特征在于，包括中頻去載波模塊、碼發(fā)生器、采樣模塊、寄存器模塊、匹配濾波器、相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器模塊、二級(jí)碼剝離模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和信號(hào)檢測(cè)單元， 所述中頻去載波模塊用于對(duì)接收的中頻采樣數(shù)據(jù)去除載波及多普勒頻移； 所述碼發(fā)生器用于產(chǎn)生待搜索衛(wèi)星的偽碼序列； 所述采樣模塊用于將去除多普勒頻移后的信號(hào)降采樣，將所述偽碼序列上采樣； 所述寄存器模塊用于接收來(lái)自所述采樣模塊的輸出； 所述匹配濾波器用于接收采樣模塊的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)操作，I個(gè)偽碼周期后得到所有偽碼相位對(duì)應(yīng)的相關(guān)值； 所述相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器模塊用于存儲(chǔ)來(lái)自所述匹配濾波器的相關(guān)結(jié)果； 所述二級(jí)碼剝離模塊用于對(duì)所述匹配濾波器得到的相關(guān)值進(jìn)行二級(jí)碼剝離； 所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對(duì)二級(jí)碼剝離后的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算，其后取模方，迭代累加K次，將結(jié)果存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器中； 所述信號(hào)檢測(cè)單元用于挑選所述數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器中的最大值，并與預(yù)定門(mén)限值比較，超過(guò)所述門(mén)限值則實(shí)現(xiàn)信號(hào)捕獲。
2.如權(quán)利要求I所述的快速聯(lián)合捕獲裝置，其特征在于，所述采樣模塊包括接收信號(hào)降采樣模塊、本地偽碼上采樣模塊， 所述接收信號(hào)降采樣模塊用于將去除多普勒頻移后的信號(hào)降采樣到偽碼頻率的P倍，P大于等于2; 所述本地偽碼上采樣模塊用于將產(chǎn)生的偽碼序列上采樣到P倍頻序列。
3.如權(quán)利要求I所述的快速聯(lián)合捕獲裝置，其特征在于，所述寄存器模塊包括接收移位寄存器、本地偽碼寄存器， 所述接收移位寄存器用于以P倍偽碼速率的時(shí)鐘存儲(chǔ)降采樣后的信號(hào)，輸入到匹配濾波器； 所述本地偽碼寄存器用于存儲(chǔ)P倍頻偽碼序列，輸入到所述匹配濾波器。
4.如權(quán)利要求I所述的快速聯(lián)合捕獲裝置，其特征在于，所述相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器以FIFO的形式存儲(chǔ)來(lái)自所述匹配濾波器的相關(guān)結(jié)果。
5.如權(quán)利要求I所述的快速聯(lián)合捕獲裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括快速傅立葉變換FFT模塊，能量累加模塊和數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器， 所述快速傅立葉變換FFT模塊用于對(duì)二級(jí)碼剝離后的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算； 所述能量累加模塊用于將FFT結(jié)果取模方后，迭代累加K次，將結(jié)果存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器中。
6.一種快速聯(lián)合捕獲方法，其特征在于，包括以下步驟 對(duì)基帶中頻采樣信號(hào)進(jìn)行去載波處理，將接收的中頻采樣數(shù)據(jù)去除載波及多普勒頻移； 將去除多普勒頻移后的信號(hào)降采樣，將碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽碼序列上采樣，其后將采樣結(jié)果輸入到匹配濾波器； 通過(guò)匹配濾波器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)操作，I個(gè)偽碼周期后得到所有偽碼相位對(duì)應(yīng)的相關(guān)值，并將所述相關(guān)值存儲(chǔ)于相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器中；對(duì)相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器中的所述相關(guān)值進(jìn)行二級(jí)碼剝離，對(duì)二級(jí)碼剝離后的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算，其后取模方，迭代累加K次模方值，將結(jié)果存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器中； 挑選所述數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器中的最大值，并與預(yù)定門(mén)限值比較，超過(guò)所述門(mén)限值則實(shí)現(xiàn)信號(hào)捕獲。
7.如權(quán)利要求6所述的快速聯(lián)合捕獲方法，其特征在于，對(duì)基帶中頻采樣信號(hào)進(jìn)行去載波處理時(shí)，頻率搜索步長(zhǎng)為偽碼周期倒數(shù)的1/2或者2/3。
8.如權(quán)利要求6所述的快速聯(lián)合捕獲方法，其特征在于，將去除多普勒頻移后的信號(hào)降采樣、將碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽碼序列上采樣包括 將去除多普勒頻移后的信號(hào)降采樣到偽碼頻率的P倍，P大于等于2 ;將產(chǎn)生的偽碼序列上采樣到P倍頻序列。
9.如權(quán)利要求8所述的快速聯(lián)合捕獲方法，其特征在于，將碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽碼序列、對(duì)偽碼序列進(jìn)行上采樣的結(jié)果、以及將上采樣后的偽碼序列存儲(chǔ)到本地偽碼寄存器，采取預(yù)先存儲(chǔ)的方式，搜索衛(wèi)星時(shí)只進(jìn)行一次配置。
10.如權(quán)利要求6所述的快速聯(lián)合捕獲方法，其特征在于，匹配濾波器對(duì)接收信號(hào)與本地偽碼進(jìn)行相關(guān)操作，在I個(gè)偽碼周期結(jié)束時(shí)，得到全部偽碼相位對(duì)應(yīng)的相關(guān)結(jié)果。
11.如權(quán)利要求6所述的快速聯(lián)合捕獲方法，其特征在于，所述相關(guān)結(jié)果以FIFO模式存儲(chǔ)起來(lái)，執(zhí)行FIFO存儲(chǔ)的時(shí)間單位為I個(gè)偽碼周期。
12.如權(quán)利要求6所述的快速聯(lián)合捕獲方法，其特征在于，所述二級(jí)碼剝離，在I個(gè)偽碼周期結(jié)束，匹配濾波器輸出的相關(guān)結(jié)果以FIFO形式進(jìn)入相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器后，將本地產(chǎn)生的二級(jí)碼序列與存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行相乘操作，以實(shí)現(xiàn)二級(jí)碼去除。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例提出了一種快速聯(lián)合捕獲裝置，包括中頻去載波模塊、碼發(fā)生器、采樣模塊、寄存器模塊、匹配濾波器、相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器、二級(jí)碼剝離模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和信號(hào)檢測(cè)單元。本發(fā)明實(shí)施例另一方面提出了一種快速聯(lián)合捕獲方法。本發(fā)明提出的技術(shù)方案，利用匹配濾波器技術(shù)和FFT技術(shù)提供了對(duì)含二級(jí)碼GNSS信號(hào)的快速聯(lián)合捕獲，達(dá)到衛(wèi)星偽碼初始位置和二級(jí)碼初始位置聯(lián)合捕獲的目的，且能對(duì)載波頻率進(jìn)行并行搜索，解決了偽碼、二級(jí)碼聯(lián)合捕獲時(shí)，二級(jí)碼的頻偏敏感性對(duì)搜索步長(zhǎng)的限制，大幅降低了計(jì)算量，提高了捕獲速度，不僅適用于有先驗(yàn)信息的弱信號(hào)重捕，也適用于冷啟高靈敏度捕獲。
文檔編號(hào)G01S19/24GK102759739SQ201110105048
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者楊穎 , 陳杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所