專利名稱：高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲方法及裝置。
背景技術(shù)：
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)除較為成熟的美國(guó)GPS與俄羅斯的GLONASS夕卜，還包括正在
發(fā)展中的歐洲伽利略系統(tǒng)與我國(guó)北斗系統(tǒng)，它是一種無(wú)線電定位系統(tǒng)，通過(guò)估計(jì)無(wú)線電波
從導(dǎo)航衛(wèi)星到接收機(jī)的傳播延時(shí)，得到接收機(jī)到衛(wèi)星的直線距離，這是一種利用到達(dá)時(shí)間
(TOA)的測(cè)距方式；通過(guò)衛(wèi)星星座的空間計(jì)算，可以得到衛(wèi)星的位置；在已知接收機(jī)到多顆
衛(wèi)星的距離以及相應(yīng)衛(wèi)星的基礎(chǔ)上可以得到接收機(jī)的位置。所以接收機(jī)的主要目的是估計(jì)
信號(hào)的傳播延時(shí)，并通過(guò)導(dǎo)航電文獲取衛(wèi)星的坐標(biāo)，進(jìn)行無(wú)線電測(cè)距。而接收機(jī)想要完成這
些任務(wù)，首先需要進(jìn)行的是與衛(wèi)星信號(hào)的粗略同步，即捕獲。導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)捕獲是對(duì)接收信
號(hào)載波頻率和偽碼相位的一個(gè)二維搜索過(guò)程，當(dāng)本地參考序列與衛(wèi)星信號(hào)達(dá)到粗同步時(shí)并
且頻率也近似相等時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相關(guān)峰值，可以此來(lái)判定是否完成了捕獲。 當(dāng)位于室外空曠環(huán)境時(shí)，導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)的信噪比很高(功率譜密度一般在45dB/
Hz以上)，在這種情況，一個(gè)擴(kuò)頻碼周期的數(shù)據(jù)的相關(guān)結(jié)果就能實(shí)現(xiàn)捕獲。但在室內(nèi)、森林、
城市等復(fù)雜環(huán)境下，導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)會(huì)受到10-30dB左右的衰減，信號(hào)功率將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般
的導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)的接收靈敏度。在這些環(huán)境下，僅僅一個(gè)擴(kuò)頻碼周期的數(shù)據(jù)已經(jīng)不能實(shí)
現(xiàn)捕獲，必須進(jìn)行積分從而提升信噪比。目前常用的相干積分、非相干積分以及相干-非相
干積分方式都不能很好的解決這個(gè)問(wèn)題，導(dǎo)致在復(fù)雜環(huán)境下導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)不能捕獲導(dǎo)航
衛(wèi)星信號(hào)，從而無(wú)法進(jìn)行后續(xù)的跟蹤、解算定位，這極大的限制了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的應(yīng)用
范圍。因此，高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的捕獲成為了當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)
構(gòu)都在進(jìn)行這方面的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供了一種高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信 號(hào)快速捕獲方法及裝置。 高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲方法包括如下步驟 1)數(shù)字下變頻器輸出的同相和正交兩路基帶衛(wèi)星信號(hào)與本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生器產(chǎn)生
的參考擴(kuò)頻碼在匹配濾波器中進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，將當(dāng)前相關(guān)運(yùn)算結(jié)果與存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一個(gè)
擴(kuò)頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果同時(shí)輸出，并用當(dāng)前相關(guān)運(yùn)算結(jié)果將存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一個(gè)擴(kuò)
頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果覆蓋； 2)對(duì)匹配濾波器輸出的當(dāng)前運(yùn)算結(jié)果和一個(gè)擴(kuò)頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果做差
分相干積分，當(dāng)相干積分次數(shù)達(dá)到控制器設(shè)定的次數(shù)時(shí)，將積分結(jié)果取模后輸出； 3)檢測(cè)器對(duì)差分相干積分器在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)的輸出結(jié)果進(jìn)行綜合分析，根據(jù)
控制器設(shè)定的檢測(cè)門限判斷當(dāng)前頻點(diǎn)的信號(hào)狀態(tài)，信號(hào)存在或者信號(hào)不存在。 所述的數(shù)字下變頻器輸出的同相和正交兩路基帶衛(wèi)星信號(hào)與本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生器
4產(chǎn)生的參考擴(kuò)頻碼在匹配濾波器中進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，將當(dāng)前相關(guān)運(yùn)算結(jié)果與存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的 一個(gè)擴(kuò)頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果同時(shí)輸出，并用當(dāng)前相關(guān)運(yùn)算結(jié)果將存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一 個(gè)擴(kuò)頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果覆蓋步驟包括 1)匹配濾波器內(nèi)置存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期T內(nèi)的同相和正交兩路基帶信 號(hào)，兩個(gè)信號(hào)各有M個(gè)值，存儲(chǔ)器中采用從地址1到地址M的順序存儲(chǔ)方式，當(dāng)存儲(chǔ)器存滿 后，下一個(gè)接收的信號(hào)繼續(xù)從地址1開始存儲(chǔ)，如此循環(huán)； 2)本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的參考擴(kuò)頻碼作為匹配濾波器的抽頭系數(shù)，抽頭系數(shù)的 長(zhǎng)度為匹配濾波器的點(diǎn)數(shù)M，當(dāng)接收到新的擴(kuò)頻碼時(shí)，將第1至M-l位置的抽頭系數(shù)用2至 M位置的抽頭系數(shù)覆蓋，位置M位置的抽頭系數(shù)用最新產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼覆蓋，抽頭系數(shù)的值 為-1或+1 ; 3)每當(dāng)接收到新的基帶衛(wèi)星信號(hào)和擴(kuò)頻碼后，將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)與抽頭系數(shù)做相 關(guān)運(yùn)算，即存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)位置的抽頭系數(shù)做乘累積，在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)有M個(gè) 相關(guān)運(yùn)算結(jié)果； 4)匹配濾波器內(nèi)置存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)一個(gè)擴(kuò)頻碼周期T內(nèi)的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，M個(gè)復(fù)信 號(hào)，存儲(chǔ)器中采用從地址1到地址M的順序存儲(chǔ)方式，當(dāng)存儲(chǔ)器存滿后，下一個(gè)相關(guān)運(yùn)算結(jié) 果繼續(xù)從地址1開始存儲(chǔ)，如此循環(huán)，存儲(chǔ)器對(duì)某地址進(jìn)行寫入操作前，先將存儲(chǔ)器該地址 中的數(shù)據(jù)讀出，之后再寫入。 所述的對(duì)匹配濾波器輸出的當(dāng)前運(yùn)算結(jié)果和一個(gè)擴(kuò)頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果 做差分相干積分，當(dāng)相干積分次數(shù)達(dá)到控制器設(shè)定的次數(shù)時(shí)，將積分結(jié)果取模后輸出步驟 包括 1)對(duì)輸入的兩個(gè)復(fù)信號(hào)做復(fù)數(shù)的共軛乘法即差分運(yùn)算，兩個(gè)復(fù)信號(hào)中取共軛的是 一個(gè)擴(kuò)頻碼周期前的匹配濾波器的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，共軛乘法即差分運(yùn)算的結(jié)果為一個(gè)復(fù)信 號(hào)； 2) —個(gè)擴(kuò)頻碼周期T內(nèi)有M個(gè)共軛乘法即差分運(yùn)算的結(jié)果，差分相干積分器內(nèi)置 積分存儲(chǔ)器，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)這M個(gè)計(jì)算結(jié)果； 3)相干積分次數(shù)N由控制器預(yù)置，因此相關(guān)積分時(shí)間為NXT，在相干積分時(shí)間 NXT內(nèi)，共有N組相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，每組M點(diǎn)，編號(hào)為1到M，每個(gè)相關(guān)運(yùn)算結(jié)果均為復(fù)信號(hào)， 將編號(hào)為1的N組數(shù)據(jù)相加，將編號(hào)為2的N組數(shù)據(jù)相加，以此類推， 一直將編號(hào)為M的N 組數(shù)據(jù)相加，其中所用加法為復(fù)數(shù)加法，這樣將N組數(shù)據(jù)按照同編號(hào)相加就得到了 1組相干 積分結(jié)果，也是M個(gè)復(fù)信號(hào)； 4)當(dāng)相干積分次數(shù)達(dá)到控制器預(yù)制的次數(shù)N時(shí)，將相干積分后的復(fù)信號(hào)取模后輸 出。 所述的檢測(cè)器對(duì)差分積分器在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)的輸出結(jié)果進(jìn)行綜合分析，根據(jù) 控制器設(shè)定的檢測(cè)門限判斷當(dāng)前頻點(diǎn)的信號(hào)狀態(tài)，信號(hào)存在或者信號(hào)不存在步驟包括
1) —個(gè)擴(kuò)頻碼周期T內(nèi)有M個(gè)輸出結(jié)果，在M個(gè)輸出結(jié)果中找出最大值，并記錄下 該最大值在這M點(diǎn)中的位置序號(hào)； 2)將最大值與設(shè)定的檢測(cè)門限做比較，如果大于或等于門限，則判定信號(hào)存在，否 則判定信號(hào)不存在，該門限值可由控制器預(yù)置； 3)當(dāng)信號(hào)存在時(shí)，產(chǎn)生捕獲成功信號(hào)，并輸出最大值在M點(diǎn)中的位置序號(hào)，當(dāng)信號(hào)不存在，產(chǎn)生捕獲失敗信號(hào)，不輸出最大值在M點(diǎn)中的位置序號(hào)。 高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲的裝置包括匹配濾波器、差分相干積 分器、檢測(cè)器和控制器；匹配濾波器、差分相干積分器、檢測(cè)器依次相連；控制器分別與差 分相干積分器和檢測(cè)器相連。 所述的匹配濾波器包括基帶信號(hào)存儲(chǔ)器、相關(guān)運(yùn)算器和相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器；基帶信 號(hào)存儲(chǔ)器、相關(guān)運(yùn)算器、相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器依次相連。 所述的差分相干積分器包括復(fù)數(shù)共軛乘法器和積分存儲(chǔ)器；復(fù)數(shù)共軛乘法器與積 分存儲(chǔ)器相連。 本發(fā)明采用匹配濾波器進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，可以在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期后將所有可能的碼 偏位置的相關(guān)運(yùn)算值全部計(jì)算出來(lái)，之后采用差分相干積分這種新的積分方式來(lái)實(shí)現(xiàn)信噪 比的提升，這種積分方式最大程度的減少了導(dǎo)航電文對(duì)積分的影響，也避免了進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間 非相干積分所帶來(lái)的平方損失，可以獲得很高的處理增益。本發(fā)明所能捕獲的導(dǎo)航衛(wèi)星信 號(hào)強(qiáng)度下限為_145dbm，對(duì)GPS和北斗2系統(tǒng)均適用。


圖1是高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲裝置電路框圖； 圖2是本發(fā)明的匹配濾波器的電路框圖； 圖3是本發(fā)明的差分相干積分器的電路框圖； 圖4是本發(fā)明的匹配濾波器的時(shí)序圖； 圖5是本發(fā)明的檢測(cè)器的時(shí)序圖； 圖6是本發(fā)明的控制器的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲裝置。接收基帶衛(wèi)星信
號(hào)并與參考擴(kuò)頻碼在匹配濾波器中做相關(guān)運(yùn)算，之后利用差分相干積分技術(shù)提高信噪比，
利用檢測(cè)器的綜合分析結(jié)果，判斷是否存在所需要的衛(wèi)星信號(hào)并找到該衛(wèi)星信號(hào)與參考擴(kuò)
頻碼之間碼片偏移量。在實(shí)施例中，系統(tǒng)的采樣時(shí)鐘為4.8MHz，如果捕獲GPS信號(hào)，擴(kuò)頻碼
的碼率為1. 023MHz，北斗2系統(tǒng)的碼率為2. 046MHz，4. 8M的采樣率對(duì)兩者都滿足奈奎斯特
采樣定律，兩者的擴(kuò)頻碼周期為lms，這樣在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)為4800個(gè)。 高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲方法包括如下步驟 1)數(shù)字下變頻器輸出的同相和正交兩路基帶衛(wèi)星信號(hào)與本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生器產(chǎn)生
的參考擴(kuò)頻碼在匹配濾波器中進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，將當(dāng)前相關(guān)運(yùn)算結(jié)果與存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一個(gè)
擴(kuò)頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果同時(shí)輸出，并用當(dāng)前相關(guān)運(yùn)算結(jié)果將存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一個(gè)擴(kuò)
頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果覆蓋； 2)對(duì)匹配濾波器輸出的當(dāng)前運(yùn)算結(jié)果和一個(gè)擴(kuò)頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果做差
分相干積分，當(dāng)相干積分次數(shù)達(dá)到控制器設(shè)定的次數(shù)時(shí)，將積分結(jié)果取模后輸出； 3)檢測(cè)器對(duì)差分相干積分器在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)的輸出結(jié)果進(jìn)行綜合分析，根據(jù)
控制器設(shè)定的檢測(cè)門限判斷當(dāng)前頻點(diǎn)的信號(hào)狀態(tài)，信號(hào)存在或者信號(hào)不存在。 所述的數(shù)字下變頻器輸出的同相和正交兩路基帶衛(wèi)星信號(hào)與本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的參考擴(kuò)頻碼在匹配濾波器中進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，將當(dāng)前相關(guān)運(yùn)算結(jié)果與存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的 一個(gè)擴(kuò)頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果同時(shí)輸出，并用當(dāng)前相關(guān)運(yùn)算結(jié)果將存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一 個(gè)擴(kuò)頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果覆蓋步驟包括 1)匹配濾波器內(nèi)置存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期T內(nèi)的同相和正交兩路基帶信 號(hào)，兩個(gè)信號(hào)各有M個(gè)值，存儲(chǔ)器中采用從地址1到地址M的順序存儲(chǔ)方式，當(dāng)存儲(chǔ)器存滿 后，下一個(gè)接收的信號(hào)繼續(xù)從地址1開始存儲(chǔ)，如此循環(huán)； 在實(shí)施例中，一個(gè)擴(kuò)頻碼周期1ms內(nèi)兩路基帶信號(hào)各有4800個(gè)值，這里的存儲(chǔ)器 是圖3所示的基帶信號(hào)存儲(chǔ)器(201)，基帶信號(hào)存儲(chǔ)器(201)對(duì)每路信號(hào)使用8bit進(jìn)行存 儲(chǔ)，這樣存儲(chǔ)器的大小2X4800X8bit = 76800bit?；鶐盘?hào)存儲(chǔ)器(201)采用雙口 RAM, 讀和寫操作能夠同時(shí)進(jìn)行。 2)本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的參考擴(kuò)頻碼作為匹配濾波器的抽頭系數(shù)，抽頭系數(shù)的 長(zhǎng)度為匹配濾波器的點(diǎn)數(shù)M，當(dāng)接收到新的擴(kuò)頻碼時(shí)，將第1至M-l位置的抽頭系數(shù)用2至 M位置的抽頭系數(shù)覆蓋，位置M位置的抽頭系數(shù)用最新產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼覆蓋，抽頭系數(shù)的值 為-1或+1 ; 3)每當(dāng)接收到新的基帶衛(wèi)星信號(hào)和擴(kuò)頻碼后，將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)與抽頭系數(shù)做相 關(guān)運(yùn)算，即存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)位置的抽頭系數(shù)做乘累積，在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)有M個(gè) 相關(guān)運(yùn)算結(jié)果； 本發(fā)明中的匹配濾波器方式與傳統(tǒng)的匹配濾波器不同，傳統(tǒng)匹配濾波器是在每個(gè) 采樣時(shí)鐘，數(shù)據(jù)移動(dòng)，抽頭系數(shù)保持固定，而本發(fā)明中的匹配濾波器采用的是每個(gè)采樣時(shí) 鐘，數(shù)據(jù)覆蓋存儲(chǔ)，抽頭系數(shù)倒序移動(dòng)的方式。每個(gè)采樣時(shí)鐘，匹配濾波器都要進(jìn)行相關(guān)運(yùn) 算，具體運(yùn)算方式如下 其中correlationl禾卩correlationQ是當(dāng)前時(shí)刻的相關(guān)結(jié)果，data_inl禾卩data_ inQ
4800corre/"/ow/= S cffl^a — z'w/(/) /oca/—
4800corre/a"'o"Q = Z da^a _/wg(/)./oca/—/ rw(/)
!-=1 是基帶信號(hào)存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)，l0Cal_prn是抽頭系數(shù)。 在實(shí)施例中，經(jīng)過(guò)1ms時(shí)間，可以將0-4799個(gè)采樣點(diǎn)碼片偏差下的相關(guān)值全部計(jì) 算出來(lái)。 4)匹配濾波器內(nèi)置存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)一個(gè)擴(kuò)頻碼周期T內(nèi)的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，M個(gè)復(fù)信 號(hào)，存儲(chǔ)器中采用從地址1到地址M的順序存儲(chǔ)方式，當(dāng)存儲(chǔ)器存滿后，下一個(gè)相關(guān)運(yùn)算結(jié) 果繼續(xù)從地址1開始存儲(chǔ)，如此循環(huán)，存儲(chǔ)器對(duì)某地址進(jìn)行寫入操作前，先將存儲(chǔ)器該地址 中的數(shù)據(jù)讀出，之后再寫入。 在實(shí)施例中， 一個(gè)擴(kuò)頻碼周期1ms內(nèi)的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果有4800個(gè)，這里的存儲(chǔ)器是 圖3所示的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)器(203)，相關(guān)運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)器(203)對(duì)每個(gè)復(fù)信號(hào)的I (同 相)、Q(正交)兩路各用8bit表示，這樣存儲(chǔ)器的大小為2X4800X8bit = 76800bit。該 存儲(chǔ)器采用雙口 RAM，讀和寫操作能夠同時(shí)進(jìn)行。 匹配的濾波器的輸出為4路信號(hào)，分別是data_outI、 data_outQ、 data_outI_pre和data—outQ—pre，其中data_outI禾P data_outQ是當(dāng)前時(shí)亥lj的相關(guān)結(jié)果，data_outI_pre 和data_0utQ_pre是一個(gè)擴(kuò)頻碼周期前的相關(guān)結(jié)果。在實(shí)施例中， 一個(gè)擴(kuò)頻碼周期1ms內(nèi) 有4800個(gè)相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，輸出的時(shí)序圖如圖4所示。 所述的對(duì)匹配濾波器輸出的當(dāng)前運(yùn)算結(jié)果和一個(gè)擴(kuò)頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果 做差分相干積分，當(dāng)相干積分次數(shù)達(dá)到控制器設(shè)定的次數(shù)時(shí)，將積分結(jié)果取模后輸出步驟 包括 1)對(duì)輸入的兩個(gè)復(fù)信號(hào)做復(fù)數(shù)的共軛乘法即差分運(yùn)算，兩個(gè)復(fù)信號(hào)中取共軛的是 一個(gè)擴(kuò)頻碼周期前的匹配濾波器的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，共軛乘法即差分運(yùn)算的結(jié)果為一個(gè)復(fù)信 號(hào)； 差分相干積分器(102)的輸入是datajnl、datajnQ、datajnl—pre和datajnQ— pre，分別于匹配濾波器(101)的輸出data—outl、data—outQ、data—outl—pre和data—outQ— pre相連。共軛乘法的運(yùn)算結(jié)果為 datal = real[(data—inl+j氺data—inQ)(data—inl—pre—j氺data—inQ—pre)]
= data—inl氺data—inl—pre+data—inQ氺data—inQ—pre dataQ = imag[(data—inl+j氺data—inQ)(data—inl—pre—j氺data—inQ—pre)]
= data—inQ氺data—inl—pre—data—inl氺data—inQ—pre 復(fù)數(shù)共軛乘法器由4個(gè)乘法器構(gòu)成，分別計(jì)算data_inl*data_inl_pre、 data_ inQ氺data—inQ—pre、 data—inQ氺data—inl—pre禾口 data—inl氺data—inQ—pre，之后再按上述結(jié) 果進(jìn)行組合。 2) —個(gè)擴(kuò)頻碼周期T內(nèi)有M個(gè)共軛乘法即差分運(yùn)算的結(jié)果，差分相干積分器內(nèi)置 積分存儲(chǔ)器，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)這M個(gè)計(jì)算結(jié)果； 在實(shí)施例中，一個(gè)擴(kuò)頻碼周期lms內(nèi)有4800個(gè)計(jì)算結(jié)果，每個(gè)結(jié)果采用28bit存 儲(chǔ)，因此存儲(chǔ)器的大小為4800X28bit = 13440bit，存儲(chǔ)器采用雙端口 RAM，讀寫操作可以 同時(shí)進(jìn)行。 3)相干積分次數(shù)N由控制器預(yù)置，因此相關(guān)積分時(shí)間為NXT，在相干積分時(shí)間 NXT內(nèi)，共有N組相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，每組M點(diǎn)，編號(hào)為1到M，每個(gè)相關(guān)運(yùn)算結(jié)果均為復(fù)信號(hào)， 將編號(hào)為1的N組數(shù)據(jù)相加，將編號(hào)為2的N組數(shù)據(jù)相加，以此類推， 一直將編號(hào)為M的N 組數(shù)據(jù)相加，其中所用加法為復(fù)數(shù)加法，這樣將N組數(shù)據(jù)按照同編號(hào)相加就得到了 1組相干 積分結(jié)果，也是M個(gè)復(fù)信號(hào)； 4)當(dāng)相干積分次數(shù)達(dá)到控制器預(yù)制的次數(shù)N時(shí)，將相干積分后的復(fù)信號(hào)取模后輸 出。 差分相干積分器內(nèi)部變量皿m負(fù)責(zé)記錄當(dāng)前的積分次數(shù)，還有另一變量address 從1到M循環(huán)計(jì)數(shù)。當(dāng)積分次數(shù)為1時(shí)，每一個(gè)共軛乘法器的結(jié)果都被存入積分存儲(chǔ)器中， 寫入地址為當(dāng)前address值；當(dāng)積分次數(shù)大于1小于N時(shí)，將積分存儲(chǔ)器中地址為address 的值讀出，與共軛乘法器的結(jié)果做復(fù)數(shù)加法，將結(jié)果再下一個(gè)采樣時(shí)鐘寫入address地址 中，而在下一個(gè)采樣時(shí)鐘，積分存儲(chǔ)器同時(shí)要讀出address+l地址中的值，兩者不會(huì)干擾； 當(dāng)積分次數(shù)等于N時(shí)，將積分存儲(chǔ)器中地址為address的值讀出，與共軛乘法器的結(jié)果做復(fù) 數(shù)加法，將結(jié)果取模后輸出，輸出信號(hào)為data_0ut，同時(shí)將輸出使能ena_0ut置高。實(shí)施例 中，積分次數(shù)N為1000， 一個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)的相關(guān)結(jié)果M為4800， data—out用14bit表示。
8
所述的檢測(cè)器對(duì)差分積分器在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)的輸出結(jié)果進(jìn)行綜合分析，根據(jù) 控制器設(shè)定的檢測(cè)門限判斷當(dāng)前頻點(diǎn)的信號(hào)狀態(tài)，信號(hào)存在或者信號(hào)不存在步驟包括
1) —個(gè)擴(kuò)頻碼周期T內(nèi)有M個(gè)輸出結(jié)果，在M個(gè)輸出結(jié)果中找出最大值，并記錄下 該最大值在這M點(diǎn)中的位置序號(hào)； 2)將最大值與設(shè)定的檢測(cè)門限做比較，如果大于或等于門限，則判定信號(hào)存在，否 則判定信號(hào)不存在，該門限值可由控制器預(yù)置； 3)當(dāng)信號(hào)存在時(shí)，產(chǎn)生捕獲成功信號(hào)，并輸出最大值在M點(diǎn)中的位置序號(hào)，當(dāng)信號(hào) 不存在，產(chǎn)生捕獲失敗信號(hào)，不輸出最大值在M點(diǎn)中的位置序號(hào)。 檢測(cè)器103的輸入信號(hào)有ena_in， data_in，分別與差分相干積分器102的ena_ out, data_0ut相連接。檢測(cè)器在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期1ms內(nèi)有4800個(gè)數(shù)據(jù)，檢測(cè)器103的第 一個(gè)任務(wù)是找到這4800個(gè)數(shù)據(jù)中的最大值以及最大值的序號(hào)，具體實(shí)施方式
如下檢測(cè)器 103內(nèi)部有一個(gè)計(jì)數(shù)變量皿m，當(dāng)檢測(cè)到enajn信號(hào)的上升沿時(shí)，皿m信號(hào)從0開始計(jì)數(shù)，檢 測(cè)器103有兩個(gè)寄存器，value和position,分別存儲(chǔ)當(dāng)前出現(xiàn)的最大值以及最大值位置， 每個(gè)采樣時(shí)鐘，比較當(dāng)前data」n與value的值，如果data」n的值比value的值大，則將 value的值更新為data_in的值，并將position的值更新為當(dāng)前皿m的值，否則，value和 position保持不變，value和position初始值設(shè)為0。檢測(cè)器103的第二個(gè)任務(wù)是將最大 值與門限threshold比較，從而判斷信號(hào)是否存在，然后根據(jù)信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行輸出，輸出信 號(hào)有finish, state和position_out，具體實(shí)施方式
如下檢測(cè)到ena_in信號(hào)的下降沿表 明4800點(diǎn)數(shù)據(jù)都已經(jīng)被檢測(cè)，此時(shí)的value為4800點(diǎn)中的最大值，在這一時(shí)刻將value與 threshold比較，如果value大于threshold,則認(rèn)為信號(hào)存在，于是將finish與state置 高，將position賦值給position_out輸出，如果value小于threshold,則認(rèn)為信號(hào)不存 在，于是將finish信號(hào)置高，state信號(hào)置低，position—out置為0，輸出信號(hào)finish為高 電平表示檢測(cè)完成，state為高電平表示信號(hào)存在。在實(shí)施例中，采樣時(shí)鐘為4. 8MHz，信號(hào) 最大值出現(xiàn)在序號(hào)為4500的位置，最大值為2000，門限為1200，這種情況，信號(hào)存在，最后 的輸出應(yīng)該為finish為高電平，state為高電平，position—out為4500，時(shí)序圖如圖5所 示。 控制器104控制信號(hào)有使能信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，包括time_ena， time, threshold— ena， threshold, time_ena為time為threshold_ena為threshold為。使會(huì)g信號(hào)是寬度為 一個(gè)采樣時(shí)鐘的高電平脈沖，當(dāng)檢測(cè)到高電平時(shí)，將這時(shí)的time值和threshold作為當(dāng)前 的積分次數(shù)和檢測(cè)門限，直到下次更改，時(shí)序圖如圖6所示。在實(shí)施例中，差分相干積分器 預(yù)置的累積次數(shù)為IOOO，檢測(cè)器中預(yù)置的檢測(cè)門限為1200 ; 如圖1所示，高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲的裝置，包括如下模塊 匹配濾波器IOI，差分相干積分器102，檢測(cè)器103，控制器104 ;匹配濾波器IOI，差分相干 積分器102，檢測(cè)器103依次相連；控制器104分別與差分相干積分器102和檢測(cè)器103相 連。 如圖2所示，匹配濾波器101包括如下模塊基帶信號(hào)存儲(chǔ)器201，相關(guān)運(yùn)算器 202，相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器203 ;基帶信號(hào)存儲(chǔ)器201，相關(guān)運(yùn)算器202，相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器(203)依 次相連。 如圖3所示，差分相干積分器103包括如下模塊復(fù)數(shù)共軛乘法器301，積分存儲(chǔ)器302 ;復(fù)數(shù)共軛乘法器301與積分存儲(chǔ)器302相連。 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲裝置。這里所述的方法 與設(shè)備，彼此分離的單體部件可以完全是傳統(tǒng)的，我們要求將它們的組合也就是系統(tǒng)方案 作為發(fā)明進(jìn)行保護(hù)。以上所述實(shí)例僅僅是高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲方法 與裝置在特定應(yīng)用場(chǎng)合的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍不局限于此，任何熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以修改單體部件的算法，實(shí)現(xiàn)其他場(chǎng)合的應(yīng)用。本發(fā)明僅由后附權(quán) 利要求書及其等效技術(shù)方案來(lái)限定，我們要求將這些作為本發(fā)明來(lái)保護(hù)。
權(quán)利要求
一種高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲方法，其特征在于包括如下步驟1)數(shù)字下變頻器輸出的同相和正交兩路基帶衛(wèi)星信號(hào)與本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的參考擴(kuò)頻碼在匹配濾波器中進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，將當(dāng)前相關(guān)運(yùn)算結(jié)果與存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一個(gè)擴(kuò)頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果同時(shí)輸出，并用當(dāng)前相關(guān)運(yùn)算結(jié)果將存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一個(gè)擴(kuò)頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果覆蓋；2)對(duì)匹配濾波器輸出的當(dāng)前運(yùn)算結(jié)果和一個(gè)擴(kuò)頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果做差分相干積分，當(dāng)相干積分次數(shù)達(dá)到控制器設(shè)定的次數(shù)時(shí)，將積分結(jié)果取模后輸出；3)檢測(cè)器對(duì)差分相干積分器在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)的輸出結(jié)果進(jìn)行綜合分析，根據(jù)控制器設(shè)定的檢測(cè)門限判斷當(dāng)前頻點(diǎn)的信號(hào)狀態(tài)，信號(hào)存在或者信號(hào)不存在。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度導(dǎo)航接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲方法，其特征在 于，所述的數(shù)字下變頻器輸出的同相和正交兩路基帶衛(wèi)星信號(hào)與本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的 參考擴(kuò)頻碼在匹配濾波器中進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，將當(dāng)前相關(guān)運(yùn)算結(jié)果與存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一個(gè)擴(kuò) 頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果同時(shí)輸出，并用當(dāng)前相關(guān)運(yùn)算結(jié)果將存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一個(gè)擴(kuò)頻 碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果覆蓋步驟包括1) 匹配濾波器內(nèi)置存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期T內(nèi)的同相和正交兩路基帶信號(hào)， 兩個(gè)信號(hào)各有M個(gè)值，存儲(chǔ)器中采用從地址1到地址M的順序存儲(chǔ)方式，當(dāng)存儲(chǔ)器存滿后， 下一個(gè)接收的信號(hào)繼續(xù)從地址1開始存儲(chǔ)，如此循環(huán)；2) 本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的參考擴(kuò)頻碼作為匹配濾波器的抽頭系數(shù)，抽頭系數(shù)的長(zhǎng)度 為匹配濾波器的點(diǎn)數(shù)M，當(dāng)接收到新的擴(kuò)頻碼時(shí)，將第1至M-1位置的抽頭系數(shù)用2至M位 置的抽頭系數(shù)覆蓋，位置M位置的抽頭系數(shù)用最新產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼覆蓋，抽頭系數(shù)的值為-1 或+1 ;3) 每當(dāng)接收到新的基帶衛(wèi)星信號(hào)和擴(kuò)頻碼后，將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)與抽頭系數(shù)做相關(guān)運(yùn) 算，即存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)位置的抽頭系數(shù)做乘累積，在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)有M個(gè)相關(guān) 運(yùn)算結(jié)果；4) 匹配濾波器內(nèi)置存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)一個(gè)擴(kuò)頻碼周期T內(nèi)的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，M個(gè)復(fù)信號(hào)，存 儲(chǔ)器中采用從地址1到地址M的順序存儲(chǔ)方式，當(dāng)存儲(chǔ)器存滿后，下一個(gè)相關(guān)運(yùn)算結(jié)果繼續(xù) 從地址1開始存儲(chǔ)，如此循環(huán)，存儲(chǔ)器對(duì)某地址進(jìn)行寫入操作前，先將存儲(chǔ)器該地址中的數(shù) 據(jù)讀出，之后再寫入。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度導(dǎo)航接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲方法，其特征在 于，所述的對(duì)匹配濾波器輸出的當(dāng)前運(yùn)算結(jié)果和一個(gè)擴(kuò)頻碼周期前的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果做差分 相干積分，當(dāng)相干積分次數(shù)達(dá)到控制器設(shè)定的次數(shù)時(shí)，將積分結(jié)果取模后輸出步驟包括1) 對(duì)輸入的兩個(gè)復(fù)信號(hào)做復(fù)數(shù)的共軛乘法即差分運(yùn)算，兩個(gè)復(fù)信號(hào)中取共軛的是一個(gè) 擴(kuò)頻碼周期前的匹配濾波器的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，共軛乘法即差分運(yùn)算的結(jié)果為一個(gè)復(fù)信號(hào)；2) —個(gè)擴(kuò)頻碼周期T內(nèi)有M個(gè)共軛乘法即差分運(yùn)算的結(jié)果，差分相干積分器內(nèi)置積分 存儲(chǔ)器，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)這M個(gè)計(jì)算結(jié)果；3) 相干積分次數(shù)N由控制器預(yù)置，因此相關(guān)積分時(shí)間為NXT，在相干積分時(shí)間NXT 內(nèi)，共有N組相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，每組M點(diǎn)，編號(hào)為1到M，每個(gè)相關(guān)運(yùn)算結(jié)果均為復(fù)信號(hào)，將編號(hào) 為1的N組數(shù)據(jù)相加，將編號(hào)為2的N組數(shù)據(jù)相加，以此類推， 一直將編號(hào)為M的N組數(shù)據(jù) 相加，其中所用加法為復(fù)數(shù)加法，這樣將N組數(shù)據(jù)按照同編號(hào)相加就得到了 1組相干積分結(jié)果，也是M個(gè)復(fù)信號(hào)；4)當(dāng)相干積分次數(shù)達(dá)到控制器預(yù)制的次數(shù)N時(shí)，將相干積分后的復(fù)信號(hào)取模后輸出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度導(dǎo)航接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲方法，其特征在 于，所述的檢測(cè)器對(duì)差分積分器在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)的輸出結(jié)果進(jìn)行綜合分析，根據(jù)控制器設(shè)定的檢測(cè)門限判斷當(dāng)前頻點(diǎn)的信號(hào)狀態(tài)，信號(hào)存在或者信號(hào)不存在步驟包括1) 一個(gè)擴(kuò)頻碼周期T內(nèi)有M個(gè)輸出結(jié)果，在M個(gè)輸出結(jié)果中找出最大值，并記錄下該最 大值在這M點(diǎn)中的位置序號(hào)；2) 將最大值與設(shè)定的檢測(cè)門限做比較，如果大于或等于門限，則判定信號(hào)存在，否則判 定信號(hào)不存在，該門限值可由控制器預(yù)置；3) 當(dāng)信號(hào)存在時(shí)，產(chǎn)生捕獲成功信號(hào)，并輸出最大值在M點(diǎn)中的位置序號(hào)，當(dāng)信號(hào)不存 在，產(chǎn)生捕獲失敗信號(hào)，不輸出最大值在M點(diǎn)中的位置序號(hào)。
5. —種如權(quán)利要求1所述方法設(shè)計(jì)的高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲的 裝置，其特征在于包括匹配濾波器、差分相干積分器、檢測(cè)器和控制器；匹配濾波器、差分相 干積分器、檢測(cè)器依次相連；控制器分別與差分相干積分器和檢測(cè)器相連。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲的裝置，其 特征在于，所述的匹配濾波器包括基帶信號(hào)存儲(chǔ)器、相關(guān)運(yùn)算器和相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器；基帶信 號(hào)存儲(chǔ)器、相關(guān)運(yùn)算器、相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)器依次相連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲的裝置，其 特征在于，所述的差分相干積分器包括復(fù)數(shù)共軛乘法器和積分存儲(chǔ)器；復(fù)數(shù)共軛乘法器與 積分存儲(chǔ)器相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高靈敏度導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)中的信號(hào)快速捕獲方法及裝置。本發(fā)明通過(guò)匹配濾波器進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，可以在一個(gè)擴(kuò)頻碼周期后將所有可能的碼片偏差位置下的相關(guān)結(jié)果全部計(jì)算出來(lái)，極大的提高了捕獲的搜索速度。在匹配濾波進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算后，本發(fā)明采用差分相干積分提升信噪比，減少了導(dǎo)航電文對(duì)積分的影響，也能避免長(zhǎng)時(shí)間非相干積分所帶來(lái)的平方損失。本發(fā)明中的控制器能對(duì)積分次數(shù)以及檢測(cè)器中的檢測(cè)門限進(jìn)行設(shè)置，可以適應(yīng)多種情況。本發(fā)明所能捕獲的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度下限為-145dbm，而且對(duì)GPS和北斗2系統(tǒng)均適用。
文檔編號(hào)G01S19/00GK101718874SQ20091015505
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者侯維瑋, 李云飛, 沈穎潔, 王勇松, 趙民建 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)