基于循環(huán)方式的北斗衛(wèi)星信號(hào)快速捕獲方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信領(lǐng)域，公開了一種基于循環(huán)方式的北斗衛(wèi)星信號(hào)快速捕獲方法及系統(tǒng)，該方法包括步驟：接收北斗衛(wèi)星信號(hào)，對(duì)所述衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行處理得到中頻數(shù)字信號(hào)；根據(jù)所述中頻數(shù)字信號(hào)得到基帶信號(hào)，進(jìn)一步處理得到所述基帶信號(hào)的復(fù)信號(hào)；對(duì)所述復(fù)信號(hào)和本地偽碼發(fā)生器輸出的信號(hào)做數(shù)值處理，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行門限判決，若有超過門限值的峰值出現(xiàn)，則根據(jù)所述峰值對(duì)應(yīng)的位置確定偽碼相位，將此時(shí)本地載波的頻率值捕獲為信號(hào)的載波頻率；若沒有超過門限值的峰值出現(xiàn)，則調(diào)整多普勒頻移搜索范圍，循環(huán)捕獲。本發(fā)明的技術(shù)方案有效減少了衛(wèi)星信號(hào)捕獲過程中的運(yùn)算量，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，捕獲速度快、捕獲時(shí)間少、精度較高、易于實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】基于循環(huán)方式的北斗衛(wèi)星信號(hào)快速捕獲方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星信號(hào)的捕捉方法，尤其涉及一種基于循環(huán)方式的北斗衛(wèi)星信 號(hào)快速捕獲方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System_〃BDS〃)）是中國 自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，與美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟伽利略系統(tǒng)并 稱全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。美國GPS系統(tǒng)目前得到了廣泛的應(yīng)用，中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 現(xiàn)已投入運(yùn)行。北斗接收機(jī)的主要任務(wù)是接收北斗衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，并進(jìn)行處理，以獲取導(dǎo) 航電文和觀測量。想要完成這些任務(wù)，首先需要進(jìn)行的是衛(wèi)星信號(hào)的捕獲。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)搜索過程，當(dāng)本地參考序列與衛(wèi)星信號(hào)打到近 似同步并且頻率也近似相等時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相關(guān)峰值，據(jù)此可判斷是否完成了衛(wèi)星信號(hào)的捕獲。
[0003] 目前，常用的衛(wèi)星信號(hào)捕獲方法主要有串行捕獲、并行捕獲、FFT頻域捕獲和匹配 濾波器捕獲。
[0004] 串行捕獲是在捕獲過程中，每次只滑動(dòng)一個(gè)擴(kuò)頻碼元相位進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，直到得 到設(shè)定的相關(guān)值，捕獲成功轉(zhuǎn)而進(jìn)入碼跟蹤，此方法硬件實(shí)現(xiàn)簡單，在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中得到 了廣泛的應(yīng)用，但是捕獲速度較慢，捕捉時(shí)間長，實(shí)時(shí)性差。
[0005] 并行捕獲則對(duì)每種相位均設(shè)置了相關(guān)器，同時(shí)做相關(guān)運(yùn)算，將與設(shè)定的相關(guān)值相 同的相位作為捕獲成功的相位，和串行捕獲相比，并行捕獲的捕獲時(shí)間有很大的改善，但對(duì) 硬件資源要求較多，實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜。
[0006] FFT (Fast Fourier Transformation,快速傅里葉變換）頻域捕獲是將輸入信號(hào)與 本地重現(xiàn)的偽隨機(jī)碼對(duì)位相乘，對(duì)相乘得到的結(jié)果進(jìn)行FFT，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的合適門限即可 判斷當(dāng)前的捕獲情況，當(dāng)FFT結(jié)果中最高的頻率分量超過了預(yù)定門限的時(shí)候，說明當(dāng)前完 成了捕獲，其頻率值就是當(dāng)前的載波頻率，當(dāng)前時(shí)刻的本地碼相位及微信號(hào)的初始碼相位， 否則，調(diào)整本地碼相位，重復(fù)以上步驟，這種方法精度較高，但此種方法需要大量的運(yùn)算，運(yùn) 算時(shí)間較長。
[0007] 匹配濾波器捕獲是利用匹配濾波的原理對(duì)整個(gè)擴(kuò)頻碼元進(jìn)行匹配相關(guān)以實(shí)現(xiàn)偽 碼的捕獲，捕獲時(shí)間短且易于實(shí)現(xiàn)，但捕獲的精確度略低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于循環(huán)方式的北斗衛(wèi)星信號(hào)快速捕獲 方法，以解決原有的北斗衛(wèi)星信號(hào)捕捉方法中存在的捕獲速度較慢，或捕獲精度不高，或?qū)?現(xiàn)復(fù)雜難度較高的問題。
[0009] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，提供一種基于循環(huán)方式的北斗衛(wèi) 星信號(hào)快速捕獲方法，該方法包含如下步驟：
[0010] Si采用北斗天線接收北斗衛(wèi)星信號(hào)，利用前端射頻單元對(duì)接收到的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行 降頻和AD轉(zhuǎn)換，得到中頻數(shù)字信號(hào)，其頻率理論值為fs ;
[0011] S 2本地載波發(fā)生器產(chǎn)生N路不同頻率的本地載波，其多普勒頻移搜索范圍為 fs±fd，頻率捕獲步長為A f，N = 2fd/A f ;
[0012] S3將步驟SI得到的所述中頻數(shù)字信號(hào)依次和S2步驟中所述本地載波發(fā)生器輸出 的不同頻率載波的同相和正交分量相乘，通過低通濾波器濾除其高頻分量，得到各支路基 帶的復(fù)信號(hào)；
[0013] S4對(duì)時(shí)長為ti的步驟S3所述各支路的復(fù)信號(hào)做FFT，采樣率為fi ;
[0014] S5對(duì)時(shí)長為&的本地偽碼發(fā)生器輸出的偽碼信號(hào)做FFT，采樣率與步驟S4所述 采樣率相同，并取共軛；
[0015] S6將步驟S4中各支路與步驟S5的結(jié)果相乘，對(duì)乘積做IFFT，并對(duì)得到的結(jié)果取 平方；
[0016] S7選擇步驟S6中各支路結(jié)果最大值，記錄對(duì)應(yīng)的所述本地載波頻率fk ;
[0017] S8對(duì)步驟S7的值進(jìn)行門限判決，若有超過門限值的峰值出現(xiàn)，則信號(hào)捕獲完成， 所述峰值對(duì)應(yīng)的位置為偽碼相位，而此時(shí)所述本地載波的頻率值為信號(hào)的載波頻率；若沒 有超過門限的峰值出現(xiàn)，則調(diào)整所述多普勒頻移搜索范圍為fk±fd，并重復(fù)步驟Sl到步驟 S8〇
[0018] 優(yōu)選地，步驟S3還包括步驟：
[0019] 采用平均分組法對(duì)所述中頻數(shù)字信號(hào)作預(yù)處理，使采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)盡可能接近2的整 數(shù)冪，并將不足的數(shù)位用〇補(bǔ)齊。
[0020] 另一方面，本發(fā)明還同時(shí)提供一種基于循環(huán)方式的北斗衛(wèi)星信號(hào)快速捕獲系統(tǒng)， 所述系統(tǒng)包括：
[0021] 接收模塊，用于接收北斗衛(wèi)星信號(hào)，對(duì)所述衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行處理得到中頻數(shù)字信 號(hào)；
[0022] 基帶模塊，用于根據(jù)所述中頻數(shù)字信號(hào)處理得到所述基帶的復(fù)信號(hào)；
[0023] 捕獲模塊，用于對(duì)所述復(fù)信號(hào)和本地偽碼發(fā)生器輸出的信號(hào)做數(shù)值處理，并對(duì)結(jié) 果進(jìn)行門限判決，若有超過門限值的峰值出現(xiàn)，則根據(jù)所述峰值對(duì)應(yīng)的位置確定偽碼相位， 將此時(shí)本地載波的頻率值捕獲為信號(hào)的載波頻率；若沒有超過門限值的峰值出現(xiàn)，則調(diào)整 多普勒頻移搜索范圍，循環(huán)捕獲。
[0024] 優(yōu)選地，所述接收模塊進(jìn)一步包括：
[0025] 北斗天線，用于接收所述北斗衛(wèi)星信號(hào)；
[0026] 前端射頻單元，用于對(duì)接收到的所述衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行降頻；
[0027] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于對(duì)降頻后信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，得到所述中頻數(shù)字信號(hào)。
[0028] 優(yōu)選地，所述基帶模塊進(jìn)一步包括：
[0029] 數(shù)字下變頻單元，用于將所述中頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻得到所述基帶信號(hào)；
[0030] 本地載波發(fā)生器，用于輸出包括同相、正交分量的本地載波信號(hào)；
[0031] 混頻器，用于將所述中頻數(shù)字信號(hào)和所述本地載波信號(hào)的同相、正交分量依次進(jìn) 行相乘；
[0032] 低通濾波器，用于分別濾除所述混頻器輸出信號(hào)的高頻分量，得到所述基帶信號(hào) 的復(fù)信號(hào)。
[0033] 優(yōu)選地，所述捕獲模塊進(jìn)一步包括：
[0034] 第一 FFT單元，用于對(duì)所述基帶的復(fù)信號(hào)進(jìn)行一次FFT ;
[0035] 本地偽碼發(fā)生器，用于輸出C/A碼信號(hào)；
[0036] 第二FFT單元，用于對(duì)所述C/A碼信號(hào)進(jìn)行一次FFT ;
[0037] 共軛單元，用于對(duì)所述第二FFT單元的輸出信號(hào)取其共軛得到共軛信號(hào)；
[0038] IFFT單元，用于對(duì)所述第一 FFT單元及所述共軛單元的輸出信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉 逆變換得到時(shí)域相關(guān)函數(shù)；
[0039] 運(yùn)算單元，用于對(duì)所述時(shí)域相關(guān)函數(shù)取模然后平方；
[0040] 門限判決模塊，用于對(duì)所述運(yùn)算單元的結(jié)果進(jìn)行所述門限判決。
[0041] 優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括：
[0042] 預(yù)處理模塊，用于采用平均分組法對(duì)所述中頻數(shù)字信號(hào)作預(yù)處理，使采樣點(diǎn)個(gè)數(shù) 盡可能接近2的整數(shù)冪。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043] 圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中基于循環(huán)方式的北斗衛(wèi)星信號(hào)快速捕獲方法的流 程不意圖；
[0044] 圖2是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理框圖；
[0045] 圖3是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中快速捕獲方法的詳細(xì)流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0046] 以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明 的保護(hù)范圍。說明書后續(xù)描述為實(shí)施本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，然所述描述乃以說明本發(fā)明 的一般原則為目的，并非用以限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所 界定者為準(zhǔn)。
[0047] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0048] 如圖1所示，本發(fā)明所公開的一種基于循環(huán)方式的北斗衛(wèi)星信號(hào)快速捕獲方法， 包含如下步驟：
[0049] 基于循環(huán)相關(guān)的快速捕獲步驟如下：
[0050] Sl采用北斗天線接收北斗衛(wèi)星信號(hào)，并采用前端射頻單元對(duì)接收到的衛(wèi)星信號(hào)降 頻、AD轉(zhuǎn)換，得到中頻數(shù)字信號(hào)，其頻率理論值為fs ;
[0051] S2本地載波發(fā)生器產(chǎn)生N路不通頻率的本地載波，其多普勒頻移搜索范圍為 fs±fd，頻率捕獲步長為A f，N = 2fd/A f ;
[0052] S3將SI步驟所得的中頻數(shù)字信號(hào)依次和本地載波發(fā)生器輸出的不同頻率載波的 同相和正交分量相乘，并通過低通濾波器濾除其高頻分量，得到各支路基帶的復(fù)信號(hào)；
[0053] S4對(duì)時(shí)長為&的S3所述各支路的復(fù)信號(hào)做FFT，采樣率為A ;
[0054] S5對(duì)時(shí)長為&的本地偽碼發(fā)生器輸出的偽碼信號(hào)做FFT，采樣率同上，并取共軛；
[0055] S6將S4中每個(gè)支路和S5的結(jié)果相乘，并將乘積做IFFT，然后取平方；
[0056] S7取各支路結(jié)果最大值，并記錄對(duì)應(yīng)的本地載波頻率fk ;
[0057] S8對(duì)S7的最大值進(jìn)行門限判決，如果有足夠強(qiáng)的峰值出現(xiàn)，超過門限值，則說明 完成了信號(hào)捕獲。尖峰對(duì)應(yīng)的位置就是偽碼相位，而此時(shí)本地載波的頻率值就是信號(hào)的載 波頻率；如果當(dāng)前沒有超過門限的尖峰值出現(xiàn)，則調(diào)整多普勒頻移搜索范圍為fk±fd，并重 復(fù)Sl?S8。
[0058] 進(jìn)一步參見圖2、3,在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中：
[0059] 首先采用北斗天線（如微帶天線）接收某顆北斗衛(wèi)星信號(hào)，然后采用北斗接收 機(jī)前端射頻單元對(duì)接收到的衛(wèi)星信號(hào)降頻、AD轉(zhuǎn)換，得到中頻數(shù)字信號(hào)，即輸入電文信號(hào) X (n)，已知中頻數(shù)字信號(hào)頻率理論值為fs，這里采用的多普勒頻移搜索范圍為±20KHz，頻 率捕獲步長為2KHz，則需要本地載波發(fā)生器產(chǎn)生20路不通頻率的本地載波，即頻率分別為 fs-20KHz、fs-18KHz、fs-16KHz、…、f s+20KHz 的載波；
[0060] 將中頻數(shù)字信號(hào)分別和本地載波發(fā)生器每一個(gè)支路輸出的同相和正交分量相乘， 并通過低通濾波器濾除其高頻分量，得到各支路基帶的復(fù)信號(hào)yi(n) = IiOihjQi(Ii) (i = 1，2,…，20);
[0061] 然后，對(duì)各支路時(shí)長T的復(fù)信號(hào)yi (n)進(jìn)行FFT，采樣率為fi，得到各支路頻域表達(dá) 式丫1〇11),其中11 = 111 = 0，1，2，...，9(9=[1^/;^]);
[0062] 然后，對(duì)本地碼發(fā)生器產(chǎn)生的本地信號(hào)h(n)按照同樣的采樣率進(jìn)行采樣，進(jìn)行 FFT變換到頻域得到H (m);
[0063] 然后，取H (m)復(fù)共軛得到H* (m)，并存儲(chǔ)在寄存器中；
[0064] 然后，將X(m)與存儲(chǔ)器中的H*(m)進(jìn)行逐點(diǎn)相乘并求和，根據(jù)共 軛特性，即可求得兩者的頻域相關(guān)函數(shù)Z(k) = H#(k)Y(k) = H(k)疒(k)， 即：Z (k) = [FFT(y(n)) -FFT=KhOi))],可轉(zhuǎn)換為時(shí)域相關(guān)函數(shù)如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于循環(huán)方式的北斗衛(wèi)星信號(hào)快速捕獲方法，其特征在于，所述方法包括步 驟： S1采用北斗天線接收北斗衛(wèi)星信號(hào)，利用前端射頻單元對(duì)接收到的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行降頻 和AD轉(zhuǎn)換，得到中頻數(shù)字信號(hào)，其頻率理論值為fs ; S2本地載波發(fā)生器產(chǎn)生N路不同頻率的本地載波，其多普勒頻移搜索范圍為fs ± fd，頻 率捕獲步長為A f，N = 2fd/A f ; S3將步驟SI得到的所述中頻數(shù)字信號(hào)依次和S2步驟中所述本地載波發(fā)生器輸出的不 同頻率載波的同相和正交分量相乘，通過低通濾波器濾除其高頻分量，得到各支路基帶的 復(fù)信號(hào)； S4對(duì)時(shí)長為\的步驟S3所述各支路的復(fù)信號(hào)做FFT，采樣率為& ; S5對(duì)時(shí)長為&的本地偽碼發(fā)生器輸出的偽碼信號(hào)做FFT，采樣率與步驟S4所述采樣 率相同，并取共軛； S6將步驟S4中各支路與步驟S5的結(jié)果相乘，對(duì)乘積做IFFT，并對(duì)得到的結(jié)果取平方； S7選擇步驟S6中各支路結(jié)果最大值，記錄對(duì)應(yīng)的所述本地載波頻率fk ; S8對(duì)步驟S7的值進(jìn)行門限判決，若有超過門限值的峰值出現(xiàn)，則信號(hào)捕獲完成，所述 峰值對(duì)應(yīng)的位置為偽碼相位，而此時(shí)所述本地載波的頻率值為信號(hào)的載波頻率；若沒有超 過門限的峰值出現(xiàn)，則調(diào)整所述多普勒頻移搜索范圍為fk±fd，并重復(fù)步驟S1到步驟S8。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3還包括步驟： 采用平均分組法對(duì)所述中頻數(shù)字信號(hào)作預(yù)處理，使采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)盡可能接近2的整數(shù) 冪，并將不足的數(shù)位用〇補(bǔ)齊。
3. -種基于循環(huán)方式的北斗衛(wèi)星信號(hào)快速捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括： 接收模塊，用于接收北斗衛(wèi)星信號(hào)，對(duì)所述衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行處理得到中頻數(shù)字信號(hào)； 基帶模塊，用于根據(jù)所述中頻數(shù)字信號(hào)處理得到所述基帶的復(fù)信號(hào)； 捕獲模塊，用于對(duì)所述復(fù)信號(hào)和本地偽碼發(fā)生器輸出的信號(hào)做數(shù)值處理，并對(duì)結(jié)果進(jìn) 行門限判決，若有超過門限值的峰值出現(xiàn)，則根據(jù)所述峰值對(duì)應(yīng)的位置確定偽碼相位，將此 時(shí)本地載波的頻率值捕獲為信號(hào)的載波頻率；若沒有超過門限值的峰值出現(xiàn)，則調(diào)整多普 勒頻移搜索范圍，循環(huán)捕獲。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接收模塊進(jìn)一步包括： 北斗天線，用于接收所述北斗衛(wèi)星信號(hào)； 前端射頻單元，用于對(duì)接收到的所述衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行降頻； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于對(duì)降頻后信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，得到所述中頻數(shù)字信號(hào)。
5. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基帶模塊進(jìn)一步包括： 數(shù)字下變頻單元，用于將所述中頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻得到所述基帶信號(hào)； 本地載波發(fā)生器，用于輸出包括同相、正交分量的本地載波信號(hào)； 混頻器，用于將所述中頻數(shù)字信號(hào)和所述本地載波信號(hào)的同相、正交分量依次進(jìn)行相 乘； 低通濾波器，用于分別濾除所述混頻器輸出信號(hào)的高頻分量，得到所述基帶信號(hào)的復(fù) 信號(hào)。
6. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述捕獲模塊進(jìn)一步包括： 第一 FFT單元，用于對(duì)所述基帶的復(fù)信號(hào)進(jìn)行一次FFT ; 本地偽碼發(fā)生器，用于輸出C/A碼信號(hào)； 第二FFT單元，用于對(duì)所述C/A碼信號(hào)進(jìn)行一次FFT ; 共軛單元，用于對(duì)所述第二FFT單元的輸出信號(hào)取其共軛得到共軛信號(hào)； IFFT單元，用于對(duì)所述第一 FFT單元及所述共軛單元的輸出信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉逆變 換得到時(shí)域相關(guān)函數(shù)； 運(yùn)算單元，用于對(duì)所述時(shí)域相關(guān)函數(shù)取模然后平方； 門限判決模塊，用于對(duì)所述運(yùn)算單元的結(jié)果進(jìn)行所述門限判決。
7.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括： 預(yù)處理模塊，用于采用平均分組法對(duì)所述中頻數(shù)字信號(hào)作預(yù)處理，使采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)盡可 能接近2的整數(shù)冪。
【文檔編號(hào)】G01S19/30GK104360357SQ201410679707
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】柳春青, 張徐輝 申請(qǐng)人:四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司