瓣信號；對相干積分得到的信號進(jìn)行非相干積分，包括：根據(jù)確定的類型選擇進(jìn)行非相干 積分的次數(shù)，根據(jù)選擇的次數(shù)對相干積分得到的信號進(jìn)行非相干積分。通過該可選實施方 式，根據(jù)導(dǎo)航信號主、旁瓣信號，自適應(yīng)調(diào)整非相干積分次數(shù)，提高信號捕獲速度，縮短接收 機(jī)首次定位時間。
[0044] 在高動態(tài)的導(dǎo)航環(huán)境下，由于碼多普勒影響，長時間的相關(guān)處理，會導(dǎo)致碼相位偏 移，導(dǎo)致非相干累加增益損失。例如采用20倍非相干積分，一次捕獲處理時間為200ms。在 本發(fā)明實施例的一個可選實施方式中，對非相干積分得到的信號進(jìn)行峰值捜索處理之前， 還包括：對該非相干分得到的信號進(jìn)行碼多普勒補(bǔ)償；對非相干積分得到的信號進(jìn)行峰值 捜索處理，包括：對碼多普勒補(bǔ)償?shù)玫降男盘栠M(jìn)行峰值捜索處理。
[0045] 圖2為本發(fā)明的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)弱信號處理裝置的結(jié)構(gòu)框圖，如圖2所示，該裝 置包括：
[0046] 中頻信號預(yù)處理模塊10,用于從導(dǎo)航信號從除去中頻載波，得到基帶IQ信號；對 該基帶IQ信號進(jìn)行低通濾波W得到帶寬為C/A碼頻譜主瓣寬度的信號，對低通濾波得到的 信號進(jìn)行降采樣，對降采樣得到的信號進(jìn)行比特映射；
[0047] 相干積分模塊20,與中頻信號預(yù)處理模塊10相連，包括：疊加單元，用于依次將比 特映射得到的信號中多個信號疊加為一個信號，得到多個疊加后的信號；相干積分單元，與 疊加單元相連，用于對疊加后的信號進(jìn)行相干積分；
[0048] 非相干積分模塊30,與相干積分模塊20相連，用于對相干積分得到的信號進(jìn)行非 相干積分； W例峰值捜索模塊40,與非相干積分模塊30相連，用于對所述非相干積分得到的信號 進(jìn)行峰值捜索處理。
[0050] 在本發(fā)明實施例的一個可選實施方式中，上述疊加單元，用于對比特映射得到 的信號進(jìn)行載波相位補(bǔ)償并去除多普勒頻移，得到補(bǔ)償后的信號；依次將補(bǔ)償后的信 號中多個信號疊加為一個信號，其中，將多個信號疊加為一個信號的時域沖擊響應(yīng)為
W) = X^f-"r)頻域傳遞函數(shù)辦 其中，ZT表示延遲T秒， 邱二 0. 、 ， N為多個信號的個數(shù)。
[0051] 在本發(fā)明實施例的一個可選實施方式中，上述裝置還包括：確定模塊，用于在對相 干積分得到的信號進(jìn)行非相干積分之前，確定導(dǎo)航信號的類型，其中，該類型包括：旁瓣信 號和主瓣信號；非相干積分模塊30,用于根據(jù)確定的類型選擇進(jìn)行非相干積分的次數(shù)，根 據(jù)選擇的次數(shù)對相干積分得到的信號進(jìn)行非相干積分。
[0052] 在本發(fā)明實施例的一個可選實施方式中，上述裝置還包括：補(bǔ)償模塊，用于在對非 相干積分得到的信號進(jìn)行峰值捜索處理之前，對非相干分得到的信號進(jìn)行碼多普勒補(bǔ)償； 峰值捜索模塊40,用于對碼多普勒補(bǔ)償?shù)玫降男盘栠M(jìn)行峰值捜索處理。
[0053] 進(jìn)一步的，上述疊加單元，用于依次將比特映射得到的10個1毫秒信號疊加為1 個1毫秒信號。
[0054] 下面對本發(fā)明實施例的一個可選實施方式進(jìn)行描述。 陽化5] 1、信號捕獲模塊
[0056] 圖3為本發(fā)明實施例的信號捕獲電路的示意圖，如圖3所示，信號捕獲電路包括： 預(yù)處理單元、相關(guān)計算引擎單元、非相干累加單元和峰值捜索單元。
[0057] 預(yù)處理單元，首先去除中頻載波，得基帶IQ信號；經(jīng)低通濾波將基帶IQ信號帶寬 限制為C/A碼頻譜主瓣寬度，再進(jìn)行降采樣和比特映射。通過該可選實施方式，較低的采樣 頻率，不僅可W節(jié)省前置內(nèi)存量，而且可W提高相關(guān)計算引擎單元中相關(guān)器陣列時分復(fù)用 的效率。中頻信號為2比特的數(shù)字信號，經(jīng)下變頻和低通濾波后，信號比特數(shù)將增長。為提 高后續(xù)電路的效率，將多比特的基帶信號再次映射為2比特的數(shù)字信號。降采樣后采樣頻 率的選取不僅只是滿足采樣定理的條件即可，它還與后續(xù)相關(guān)計算引擎單元相關(guān)。
[0058] 相關(guān)計算引擎單元，包括前置內(nèi)存和相干積分相關(guān)器陣列。前置內(nèi)存分為兩個內(nèi) 存塊，交替收錄10毫秒的I、Q基帶信號。在更新1塊內(nèi)存收錄數(shù)據(jù)的同時，另1塊內(nèi)存中 收錄的數(shù)據(jù)則用于后續(xù)的信號處理。運種交替方式將產(chǎn)生10毫秒的時間延遲。
[0059] 在該可選實施方式中，相干積分相關(guān)器陣列工作在一個較高的頻率上，W獲取復(fù) 用的效果。前置內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出一般采用并行方式和多抽頭方式，W提高數(shù)據(jù)輸出速率。
[0060] 前置內(nèi)存容量的選取一般取決于所需的相干積分時間。例如，假設(shè)降采樣后的采 樣頻率為2. 048MHz，比特映射后的基帶信號比特數(shù)為3比特，則錄取10毫秒所需的內(nèi)存容 量為：122880 = (2. 048x 1000 x IOx 3x 2)比特。
[0061] 相干積分相關(guān)器陣列是弱信號捕獲設(shè)計的關(guān)鍵。在該可選實施方式中，相干積分 時間定為10毫秒；頻率捜索范圍正負(fù)1曲Z，捜索步進(jìn)50化；碼相位捜索范圍1023碼片，捜 索步進(jìn)0. 5碼片。運樣，完成一次頻率-碼相位全空間捜索將至少產(chǎn)生81840個IQ相關(guān)值。 如果同時捜索N顆衛(wèi)星信號，則將產(chǎn)生N X81840個IQ相關(guān)值。要求運些相關(guān)值的計算在 10毫秒內(nèi)完成。
[0062] 當(dāng)相關(guān)計算的工作頻率K倍于降采樣后的采樣率時，采用時分復(fù)用方式，可將實 際所需的物理相關(guān)器（例如，相干積分相關(guān)器）個數(shù)縮減K倍。采用中頻信號數(shù)據(jù)折疊累加 將10毫秒的信號數(shù)據(jù)疊加為等效1毫秒數(shù)據(jù)時，可進(jìn)一步縮減物理相關(guān)器個數(shù)10倍。例 如，相關(guān)計算工作頻率f = 40MHz，采樣頻率fs = 2. 048MHz，采用時分復(fù)用和折疊累加后， 實際所需的IQ相關(guān)器數(shù)量從81840降為419組。
[0063] 相干積分相關(guān)器陣列包括：常規(guī)相關(guān)累加方式、FFT/IFFT方式、串行工作匹配濾 波器方式、并行工作匹配濾波器方式、DFT輔助方式，W及前述幾種方式的混合結(jié)構(gòu)。
[0064] 已經(jīng)捕獲到一顆強(qiáng)衛(wèi)星信號時，弱信號的衛(wèi)星發(fā)射時間的推測誤差可W減少到 0. 1毫秒。利用運一信息，可W縮小碼相位的捜索空間10倍。出于對信號捕獲魯棒性、通用 性和擴(kuò)展性的考慮，可W采用全碼相位捜索。
[0065] 非相干累加單元，包括由振幅計算器、累加器和后置內(nèi)存。后置內(nèi)存也常稱為非相 干累加內(nèi)存。由于需要存儲所有相干積分的結(jié)果，所需內(nèi)存量龐大。如果采用FPGA忍片， 而又不使用片外存儲忍片，非相干累加內(nèi)存將是制約弱信號捕獲能力的一個瓶頸。
[0066] 非相干累加一般分為功率累加方式和振幅累加方式。振幅累加比功率累加可節(jié)約 內(nèi)存一半，在該可選實施方式中采用振幅累加方式。計算振幅所需的平方和開方運算可由 下述近似公式完成。
[0067] A =片 +皆。max(2|/| + 悶，|/| + 2間)/2 …） W側(cè)假設(shè)相干積分值占用12比特，則其振幅依然為12比特，一次捜索一顆GPS衛(wèi)星信 號，所需的非相干累加內(nèi)存量為：982080 = (81840X 12)比特。若同時捜索四顆GPS衛(wèi)星 信號，所需非相干累加內(nèi)存約為3. 75Mbit。FPGA片上內(nèi)存不足時，可W連接外部內(nèi)存。
[0069] 峰值捜索單元，包括一個最大值捜索電路（Peak Search)和一個10毫秒相干積分 值振幅累加器（Sum)。最大值捜索電路可W求一個最大值，也可求若干個最大值，如8個最 大值。求若干個最大值時，需要排序。
[0070] 振幅累加值提供10毫秒相干積分后基帶信號噪聲電平的測量。為排除相鄰捜索 頻點和相鄰捜索碼相位點噪聲相關(guān)的影響，可W隔一個頻點和隔一個碼相位點再累加，運 可W通過一定的時序控制。設(shè)信號捜索的總樣本點為81840,頻點相隔和碼相位點相隔之后 的樣本點數(shù)為20460。設(shè)10毫秒相干積分值振幅占用12比特，則一個27比特的累加器即 可滿足要求。10毫秒相干積分后基帶信號噪聲電平的估值可由下述公式求得：
[0072] 該噪聲電平估值可用于確定信號檢測的判決口限。
[0073] 捜索時間計算。10次非相干累加，可獲得良好的結(jié)果。即使考慮到非高斯噪聲干 擾的影響，20次非相干累加應(yīng)可滿足檢測-173地W弱信號的要求。一次捜索一顆衛(wèi)星時，捜 索到四顆衛(wèi)星的時間小于0. 8秒。一次捜索四顆衛(wèi)星時，捜索到八顆衛(wèi)星的時間小于0. 4 秒。可選地，還可W考慮軟件判決帶來的延遲。
[0074] 多普勒頻移變化率的影響分析。多普勒頻移的最大變化率為7mz/s，10毫秒相干 積分時間內(nèi)頻率變化約為0. 7Hz，對相干積分沒有影響。非相干累加最大20次，期間產(chǎn)生的 頻率變化為14化。極端情況下會造成信號在相鄰的兩個頻點間漂移。最壞的情況，形成兩 個等量的相關(guān)峰值，造成3地信號損失和超越正負(fù)25化的頻率誤差。
[0075] 對多普勒頻移的影響進(jìn)行分析，最大多普勒頻移為53曲Z，如果本地偽碼用固定的 1. 023MHz產(chǎn)生，10毫秒相干積分內(nèi)將產(chǎn)生0. 34碼片的碼相位相對偏移，對相干積分的影響 可W忽略不計。