專利名稱：衛(wèi)星導航接收機的信號捕獲系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)的 導航接收機，尤其涉及GNSS的衛(wèi)星導航接收機的信號捕獲系統(tǒng)及方法。
背景技術：
為了跟蹤并解調GNSS的衛(wèi)星導航信號，需要使用捕獲單元獲得信號的碼相位和 載波多普勒頻率的粗略估計。信號捕獲單元是中頻信號處理的重要組成部分，用于實現(xiàn)對 衛(wèi)星擴頻信號的快速粗略捕獲，其性能將直接影響接收機的性能指標。
GNSS信號是擴頻信號，只有利用擴頻碼的相關特性才能從噪聲中提取出衛(wèi)星信 號。由于接收信號的頻率分量中存在多普勒頻移，所以信號的搜索是二維搜索過程，即分別 在碼域和頻域中對信號進行搜索。目前關于捕獲算法的研究有很多，比較常用的偽碼捕獲 算法有基于快速傅立葉變換(FFT)的頻域捕獲和匹配濾波器(Match Filter)時域捕獲。
( — )基于FFT的頻域捕獲 基于FFT的頻域捕獲處理流程中，中頻輸入信號經數(shù)據(jù)預處理后，與本地載波混 頻并經FFT轉換到頻域之后，與本地偽碼信號的FFT共軛輸出結果相乘，經快速傅里葉逆變 換(IFFT)后即可得到所有碼相位的捕獲輸出。 雖然基于FFT的頻域捕獲能夠實現(xiàn)碼相位的并行快速捕獲，但是其只能適用于某 一特定短碼信號如全球定位系統(tǒng)(GPS)C/A碼等，不能實現(xiàn)動態(tài)配置；對于中長碼信號，F(xiàn)FT 點數(shù)的增加會使得硬件資源以幾何級數(shù)增長；不能改變搜索的碼相位數(shù)量，即不能實現(xiàn)對 指定的部分碼相位搜索；以及不能實現(xiàn)對載波多普勒的精細并行捕獲等。
( 二 )匹配濾波器時域捕獲 匹配濾波器實際上就是一個系數(shù)可變的有限沖激響應(FIR)濾波器，通常用并行 方式和倒置型實現(xiàn)，目前比較節(jié)省資源的類型有折疊匹配濾波器和差分匹配濾波器等。匹 配濾波器一般由三部分組成移位寄存器、乘法器組和多輸入加法器。接收數(shù)據(jù)自左至右依 次輸入，最先接收到的數(shù)據(jù)應位于最右。當接收到的信號序列滑過本地序列時，每一時刻產 生一個相關結果。當滑動到兩個序列相位對齊時，相關結果將有一個峰值輸出。
雖然匹配濾波器時域捕獲能夠實現(xiàn)碼相位的并行快速捕獲，但是其也只能適用于 某一特定短碼信號如GPS C/A碼等，不能實現(xiàn)動態(tài)配置；也不能實現(xiàn)中長碼信號捕獲，濾波 器階數(shù)的增加會使得硬件資源以幾何級數(shù)增長；以及不能實現(xiàn)對載波多普勒的精細并行捕
獲等。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題，在于需要提供一種衛(wèi)星導航接收機的信號捕獲系統(tǒng) 及方法，以實現(xiàn)多個GNSS衛(wèi)星信號的兼容處理。 為了解決上述技術問題，本發(fā)明首先提供了一種衛(wèi)星導航接收機的信號捕獲系 統(tǒng)，包括
5通道參數(shù)控制表，存儲有多個邏輯通道的控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)； 數(shù)據(jù)存儲器，與所述通道參數(shù)控制表相連，用于根據(jù)所述控制參數(shù)存儲所述接收
機接收的衛(wèi)星信號的中頻采樣數(shù)據(jù)； 數(shù)字下變頻及降采樣模塊，與所述通道參數(shù)控制表及數(shù)據(jù)存儲器相連，用于根據(jù)所述控制參數(shù)及狀態(tài)參數(shù)，對所述中頻采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字下變頻和降采樣操作，獲得零中頻、低采樣率的衛(wèi)星采樣數(shù)據(jù)； 相關能量累加及信號捕獲模塊，與所述通道參數(shù)控制表及數(shù)字下變頻及降采樣模塊相連，用于根據(jù)所述控制參數(shù)及狀態(tài)參數(shù)完成衛(wèi)星信號解擴、相關能量累加和信號捕獲輸出。 優(yōu)選地，所述數(shù)字下變頻及降采樣模塊包括 碼數(shù)控振蕩器，與所述通道參數(shù)控制表及數(shù)據(jù)存儲器相連，用于根據(jù)所述控制參數(shù)及狀態(tài)參數(shù)從所述數(shù)據(jù)存儲器中并行輸出所述中頻采樣數(shù)據(jù)； 碼生成器，與所述通道參數(shù)控制表、相關能量累加及信號捕獲模塊及碼數(shù)控振蕩器相連，用于產生本地碼； 數(shù)字下變頻模塊，與所述數(shù)據(jù)存儲器及相關能量累加及信號捕獲模塊相連，用于根據(jù)所述本地碼對所述中頻采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字下變頻及降采樣處理，得到所述衛(wèi)星采樣數(shù)據(jù)。 優(yōu)選地，所述通道參數(shù)控制表存儲的所述控制參數(shù)包括采樣速率和碼速率；
所述碼數(shù)控振蕩器根據(jù)所述采樣速率和碼速率，確定從所述數(shù)據(jù)存儲器中讀出的所述中頻采樣數(shù)據(jù)的數(shù)量。 優(yōu)選地，所述碼生成器包括通用碼發(fā)生器或者存儲碼控制器。
優(yōu)選地，所述相關能量累加及信號捕獲模塊，包括 相關器子模塊，與所述數(shù)字下變頻及降采樣模塊相連，用于計算每個碼相位對應的衛(wèi)星信號與本地信號相關結果； 能量計算子模塊，與所述相關器子模塊相連，用于計算信號能量； 擇大判決子模塊，與所述能量計算子模塊相連，用于在各個碼相位對應的信號能
量中搜索最大值，并輸出與所述最大值對應的碼相位信息及頻率信息。 優(yōu)選地，所述相關能量累加及信號捕獲模塊進一步包括 相干累加子模塊，與所述相關器子模塊相連，用于按照同相分量和正交分量分別存儲信號相干累加結果； 快速傅里葉變換子模塊，與所述相干累加子模塊相連，用于計算同一個碼相位下的連續(xù)相干累加結果的頻譜，獲得信號能量； 非相干累加子模塊，與所述快速傅里葉變換子模塊及擇大判決子模塊相連，用于對所述信號能量進行非相干累加，獲得非相干累加結果并存儲； 其中，所述擇大判決子模塊還用于在各個碼相位對應的非相干累加結果中搜索最大值，并輸出對應的碼相位信息及頻率信息。 優(yōu)選地，所述非相干累加子模塊進一步根據(jù)二次累加控制參數(shù)將非相干累加結果進行二次累加，用于所述信號捕獲系統(tǒng)對所述衛(wèi)星信號進行四相移相鍵控或者二進制偏移載波調制；
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其中，所述通道參數(shù)控制表存儲的所述控制參數(shù)包括所述二次累加控制參數(shù)。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明還提供了一種衛(wèi)星導航接收機的信號捕獲方法，包括 存儲多個邏輯通道的控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)； 根據(jù)所述控制參數(shù)存儲所述接收機接收的衛(wèi)星信號的中頻采樣數(shù)據(jù)； 讀取所述中頻采樣數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述狀態(tài)參數(shù)對所述中頻采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字下變
頻和降采樣操作，獲得零中頻、低采樣率的衛(wèi)星采樣數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述控制參數(shù)及狀態(tài)參數(shù)完成衛(wèi)星信號解擴、相關能量累加和信號捕獲輸出。 優(yōu)選地，存儲所述多個邏輯通道的控制參數(shù)的步驟，包括
以鏈表形式存儲所述多個邏輯通道的控制參數(shù)。 優(yōu)選地，所述控制參數(shù)包括邏輯通道的相關累加長度以及碼相位滑動個數(shù)。
優(yōu)選地，根據(jù)所述控制參數(shù)存儲衛(wèi)星信號的中頻采樣數(shù)據(jù)的步驟，包括
根據(jù)所述狀態(tài)參數(shù)并行輸出所述中頻采樣數(shù)據(jù)； 根據(jù)本地碼對所述中頻采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字下變頻及降采樣處理，得到所述衛(wèi)星采樣數(shù)據(jù)。 優(yōu)選地，所述控制參數(shù)包括采樣速率和碼速率； 根據(jù)所述采樣速率和碼速率，確定讀出的所述中頻采樣數(shù)據(jù)的數(shù)量。
優(yōu)選地，所述本地碼，由通用碼發(fā)生器或者存儲碼控制器生成。
優(yōu)選地，讀取所述中頻采樣數(shù)據(jù)的步驟，包括 通過控制一個時鐘周期內讀出的所述中頻采樣數(shù)據(jù)的數(shù)量，實現(xiàn)所述中頻采樣數(shù)據(jù)的并行讀取。 優(yōu)選地，計算每個碼相位對應的衛(wèi)星信號與本地信號相干累加結果，并計算信號能量； 在各個碼相位對應的信號能量中搜索最大值，并輸出與所述最大值對應的碼相位信息及頻率信息。 優(yōu)選地，該方法進一步包括 按照同相分量和正交分量分別存儲信號相干累加結果； 計算同一個碼相位下的連續(xù)相干累加結果的頻譜，獲得信號能量并對所述信號能量進行非相干累加，獲得非相干累加結果并存儲； 在各個碼相位對應的所述非相干累加結果中搜索最大值，并輸出對應的碼相位信息及頻率信息。 優(yōu)選地，該方法進一步包括 根據(jù)二次累加控制參數(shù)將所述非相干累加結果進行二次累加，對所述衛(wèi)星信號進
行四相移相鍵控或者二進制偏移載波調制； 其中，所述控制參數(shù)包括所述二次累加控制參數(shù)。 本發(fā)明實現(xiàn)的衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)，可以對多系統(tǒng)不同類型的衛(wèi)星導航信號進行快速捕獲，并能進行靈活的配置，輸出載波多普勒和碼相位。本發(fā)明實現(xiàn)的衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)，捕獲通道數(shù)量可變，可以實現(xiàn)對載波多普勒的精細并行捕獲；碼相位搜索個數(shù)可變；支持不同碼長信號；支持不同碼速率和采樣速率信號；支持多種調制方式；支持中頻采樣數(shù)據(jù)的并行讀取，提高數(shù)據(jù)處理速度；支持塊浮點存儲方式，減少存儲量。 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實
施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中 圖1為本發(fā)明信號捕獲系統(tǒng)實施例的組成示意圖； 圖2為上述數(shù)字下變頻及降采樣模塊的組成示意圖； 圖3為上述相關能量累加及信號捕獲模塊的組成示意圖； 圖4為本發(fā)明信號捕獲方法實施例的流程示意圖； 圖5為本發(fā)明實施例中信號捕獲系統(tǒng)實際應用時的處理流程示意 圖6為一個邏輯通道的處理流程示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用
技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。 需要說明的是，如果不沖突，本發(fā)明實施例以及實施例中的各個特征可以相互結
合，均在本發(fā)明的保護范圍之內。另外，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機
可執(zhí)行指令的計算機系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況
下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。 圖1為本發(fā)明信號捕獲系統(tǒng)實施例的組成示意圖。如圖1所示，該實施例主要包括通道參數(shù)控制表110、數(shù)據(jù)存儲器120、數(shù)字下變頻及降采樣模塊130以及相關能量累加及信號捕獲模塊140，其中 通道參數(shù)控制表IIO，存儲有多個邏輯通道的控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)，用于完全控制和復現(xiàn)邏輯通道的處理流程和當前狀態(tài)；其中該控制參數(shù)包括本地碼信號產生參數(shù)、相關器控制參數(shù)、相干累加參數(shù)、非相干累加參數(shù)以及所需捕獲的碼相位個數(shù)等；該狀態(tài)參數(shù)包括當前本地碼信號產生狀態(tài)、相干累加狀態(tài)和非相干累加狀態(tài)等。 數(shù)據(jù)存儲器120，本實施例中為FIFO存儲器，與該通道參數(shù)控制表IIO相連，用于根據(jù)通道參數(shù)控制表110中的控制參數(shù)存儲接收機在一定時間段內接收的衛(wèi)星信號的中頻采樣數(shù)據(jù)，供數(shù)字下變頻及降采樣模塊130處理使用； 數(shù)字下變頻及降采樣模塊130，與該通道參數(shù)控制表110及數(shù)據(jù)存儲器120相連，用于根據(jù)通道參數(shù)控制表110中的控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)，對數(shù)據(jù)存儲器中存儲的中頻采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字下變頻和降采樣操作，獲得零中頻、低采樣率的衛(wèi)星采樣數(shù)據(jù)，供相關能量累加及信號捕獲模塊140處理使用； 相關能量累加及信號捕獲模塊140，與該通道參數(shù)控制表110和數(shù)字下變頻及降采樣模塊130相連，用于根據(jù)通道參數(shù)控制表110中的本地碼信號產生參數(shù)、相關器控制參
8數(shù)、相干累加參數(shù)和非相干累加參數(shù)以及相應的狀態(tài)參數(shù)等完成衛(wèi)星信號解擴、相關能量 累加和信號捕獲輸出。 圖2為上述數(shù)字下變頻及降采樣模塊130的組成示意圖。如圖2所示，該數(shù)字下 變頻及降采樣模塊130主要包括數(shù)字下變頻模塊231、碼數(shù)控振蕩器(Code NC0)232、以及 碼生成器(Code Generator) 233，其中 碼數(shù)控振蕩器232，與通道參數(shù)控制表110及數(shù)據(jù)存儲器120相連，用于在通道參 數(shù)控制表110的控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)控制下從數(shù)據(jù)存儲器120中并行輸出中頻采樣數(shù)據(jù)；
碼生成器233，與通道參數(shù)控制表110、相關能量累加及信號捕獲模塊140及碼數(shù) 控振蕩器232相連，用于產生本地碼，本實施例中采樣率為2倍碼速率；當然，其它實施例中 也可以是其它倍數(shù)的碼速率； 數(shù)字下變頻模塊231，與數(shù)據(jù)存儲器120及相關能量累加及信號捕獲模塊140相 連，對從數(shù)據(jù)存儲器120中并行輸出的中頻采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字下變頻及降采樣處理，得到 降采樣數(shù)據(jù)(即前述的零中頻、低采樣率的衛(wèi)星采樣數(shù)據(jù))，供后續(xù)相關能量累加及信號捕 獲模塊140使用；每次從數(shù)據(jù)存儲器120并行輸出的采樣點點數(shù)(即中頻采樣數(shù)據(jù)的數(shù)量) 由碼數(shù)控振蕩器232根據(jù)通道參數(shù)控制表110中采樣速率和碼速率來確定，其中該采樣速 率和碼速率屬于前述的控制參數(shù)； 上述的碼生成器233可以是通用碼發(fā)生器或者存儲碼(Memory Code)控制器兩 種，通過通道參數(shù)控制表110控制本地碼產生方式和生成參數(shù)。 圖3為上述相關能量累加及信號捕獲模塊140的組成示意圖。如圖3所示，該相 關能量累加及信號捕獲模塊140主要包括相關器子模塊341、相干累加子模塊342、快速傅 里葉變換(FFT)子模塊343、非相干累加子模塊344、能量計算子模塊345以及擇大判決子 模塊346，其中 相關器子模塊341，與數(shù)字下變頻及降采樣模塊130及能量計算子模塊345相連， 用于計算每個碼相位對應的衛(wèi)星信號與本地信號相關結果； 相干累加子模塊342，與該相關器子模塊341相連，用于按照同相分量(In-phase component,也稱為I支路)和正交分量(Quadrature component,也稱為Q支路)分別存儲 信號相干累加結果； FFT子模塊343，與該相干累加子模塊342相連，用于計算同一個碼相位下的連續(xù) 相干累加結果(即衛(wèi)星信號解擴后的連續(xù)波信號)的頻譜，獲得信號能量(I2+Q2);
非相干累加子模塊344，與該FFT子模塊343相連，用于對該信號能量進行非相干 累加，獲得非相干累加結果并存儲； 能量計算子模塊345，與相關器子模塊341相連，用于計算信號能量； 擇大判決子模塊346，與能量計算子模塊345及非相干累加子模塊344相連，用于
在各個碼相位對應的信號能量或者非相干累加結果中搜索最大值，并輸出與最大值對應的
碼相位信息及頻率信息。 —般情況下，經過上述相關器子模塊341計算每個碼相位對應的衛(wèi)星信號與本地 信號相關結果后，再依次經過相干累加子模塊342、 FFT子模塊343、非相干累加子模塊344 以及擇大判決子模塊346進行處理。這種處理模式能夠進行多次的相干累加和非相干累 加，提高了捕獲靈敏度。另外，對于捕獲靈敏度不作特殊要求的情況，上述相關器子模塊341計算每個碼相位對應的衛(wèi)星信號與本地信號相關結果后，上述能量計算子模塊345可以直 接計算信號能量并傳輸給擇大判決子模塊346搜索最大值并輸出對應的碼相位信息及頻 率信息，這種處理模式提高了處理效率。 需要說明的是，本實施例中如圖2所示的數(shù)字下變頻及降采樣模塊130以及如圖3 所示的相關能量累加及信號捕獲模塊140在連接時，是數(shù)字下變頻及降采樣模塊130中的 碼數(shù)控振蕩器232以及碼生成器233與相關能量累加及信號捕獲模塊140中的相關器子模 塊341相連接。 本發(fā)明實施例中的信號捕獲系統(tǒng)通過FIFO存儲和物理通道時分復用，實現(xiàn)了并 行多個邏輯捕獲通道。物理上只有一個捕獲通道，通過FIFO塊處理方式和通道參數(shù)控制表 IIO，實現(xiàn)了多個邏輯通道時分復用這一個物理捕獲通道。 本發(fā)明實施例中的信號捕獲系統(tǒng)對經過相關器子模塊341解擴后得到的連續(xù)波 信號進行FFT變換，實現(xiàn)了對載波多普勒的并行精細估計。 本發(fā)明實施例中的信號捕獲系統(tǒng)，通過通道參數(shù)控制表110設置邏輯通道的相關 累加長度、控制碼相位滑動個數(shù)，由相干器子模塊341實現(xiàn)了可變的碼相位搜索數(shù)量。
本發(fā)明實施例中的信號捕獲系統(tǒng)，通過在相干累加子模塊342設置相干累加積分 時間，通過通道參數(shù)控制表110中的控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)保證邏輯通道的時域連續(xù)性(采 樣點數(shù)的連續(xù)性和本地碼的連續(xù)性)，實現(xiàn)了對相干累加積分時間內的相關運算，從而支持 不同碼周期信號捕獲。 本發(fā)明實施例中的信號捕獲系統(tǒng)，通過設置碼數(shù)控振蕩器232輸出頻率來控制本 地碼的采樣速率，可以支持不同碼速率信號捕獲；通過碼數(shù)控振蕩器232輸出特定采樣速 率和碼速率情況下，每次從數(shù)據(jù)存儲器120中并行輸出的采樣點數(shù)，通過降采樣處理，從而 可以支持不同采樣速率信號。 本發(fā)明實施例中的信號捕獲系統(tǒng)，支持二進制相移鍵控(BPSK)、四相移相鍵控 (QPSK)以及二進制偏移載波(BOC)等多種調制方式。其中，單獨一個邏輯通道不用修改連 接關系及功能設置即可支持BPSK信號捕獲。上述通道參數(shù)控制表110中的控制參數(shù)，還可 以包括二次累加控制參數(shù)，用于指示對非相干累加結果進行二次累加，以支持具體的調制 方式。比如根據(jù)二次累加控制參數(shù)，非相干累加子模塊344將兩個邏輯通道的非相干累加 結果進行二次累加，即可實現(xiàn)對QPSK信號的快速捕獲；非相干累加子模塊344將兩個邏輯 通道的載波頻率設置為BOC信號的兩個頻譜峰值，并根據(jù)二次累加控制參數(shù)，將其非相干 累加結果進行二次累加，即可實現(xiàn)對BOC信號的快速捕獲。 上述碼相位搜索數(shù)量的設置、相干累加積分時間的設置、本地碼采樣速率及碼速 率的配置、非相干累加的二次累加的配置等等，體現(xiàn)出了本發(fā)明技術方案在配置上的靈活 性。 本發(fā)明實施例中的信號捕獲系統(tǒng)，通過控制數(shù)據(jù)存儲器120的數(shù)據(jù)位寬，即可在 一個時鐘周期內從數(shù)據(jù)存儲器120中讀出若干個中頻采樣數(shù)據(jù)，比如每個中頻采樣數(shù)據(jù)的 位寬為4比特(bits)，而數(shù)據(jù)存儲器120的數(shù)據(jù)位寬為32bits，那么最多可以一次并行讀 出8個中頻采樣數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了中頻采樣數(shù)據(jù)的并行讀取。 本發(fā)明實施例中的信號捕獲系統(tǒng)，其中的相干累加子模塊342和非相干累加子模 塊344的存儲結構采用塊浮點方式，有效位數(shù)和指數(shù)單獨存儲，保證隨機存儲器(RAM)位寬充分利用，減少RAM需求量。 本發(fā)明實施例中的信號捕獲系統(tǒng)，采用內存變量控制的方式，對信號捕獲系統(tǒng)的
控制以及相干和非相干累加狀態(tài)都以鏈表形式放在內存中。信號捕獲系統(tǒng)以鏈表形式存儲
多個邏輯通道的控制參數(shù)，通過時分復用方式實現(xiàn)多個邏輯捕獲通道，對鏈表空間直接讀
寫，控制各個邏輯通道的參數(shù)，讀取捕獲狀態(tài)，并且邏輯通道數(shù)據(jù)可實時配置。 僅就信號捕獲而言，多個GNSS系統(tǒng)信號的不同點主要在于調制方式、碼速率、碼
周期以及碼產生方式等存在不同之處。本發(fā)明中這些不同點在通道參數(shù)控制表110中都有
對應的控制參數(shù)，通過不同的參數(shù)設置即可以兼容處理多個GNSS信號。 圖4為本發(fā)明信號捕獲方法實施例的流程示意圖。結合圖l至圖3所示的系統(tǒng)實
施例，圖4所示的方法實施例主要包括如下步驟 步驟S410，存儲多個邏輯通道的控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)； 步驟S420，根據(jù)該控制參數(shù)存儲該接收機接收的衛(wèi)星信號的中頻采樣數(shù)據(jù)；
步驟S430，讀取該中頻采樣數(shù)據(jù)，并根據(jù)該狀態(tài)參數(shù)對該中頻采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字 下變頻和降采樣操作，獲得零中頻、低采樣率的衛(wèi)星采樣數(shù)據(jù)； 步驟S440，根據(jù)該控制參數(shù)及狀態(tài)參數(shù)完成衛(wèi)星信號解擴、相關能量累加和信號 捕獲輸出。 其中，上述存儲該多個邏輯通道的控制參數(shù)的步驟，包括以鏈表形式存儲該多個 邏輯通道的控制參數(shù)。 其中，上述控制參數(shù)包括邏輯通道的相關累加長度以及碼相位滑動個數(shù)。 其中，根據(jù)該控制參數(shù)存儲衛(wèi)星信號的中頻采樣數(shù)據(jù)的步驟，具體過程可以是 根據(jù)該狀態(tài)參數(shù)并行輸出該中頻采樣數(shù)據(jù)；根據(jù)本地碼對該中頻采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)
字下變頻及降采樣處理，得到該衛(wèi)星采樣數(shù)據(jù)。 其中，上述的控制參數(shù)包括采樣速率和碼速率；可以根據(jù)該采樣速率和碼速率，確 定讀出的該中頻采樣數(shù)據(jù)的數(shù)量。 其中，該本地碼，由通用碼發(fā)生器或者存儲碼控制器生成。
其中，讀取該中頻采樣數(shù)據(jù)的步驟，可以是 通過控制一個時鐘周期內讀出的該中頻采樣數(shù)據(jù)的數(shù)量，實現(xiàn)該中頻采樣數(shù)據(jù)的 并行讀取。 其中，計算每個碼相位對應的衛(wèi)星信號與本地信號相干累加結果，并計算信號能 量；在各個碼相位對應的信號能量中搜索最大值，并輸出與該最大值對應的碼相位信息及 頻率信息。 另外，該方法可以進一步包括 按照同相分量和正交分量分別存儲信號相干累加結果； 計算同一個碼相位下的連續(xù)相干累加結果的頻譜，獲得信號能量并對信號能量進 行非相干累加，獲得非相干累加結果并存儲； 在各個碼相位對應的非相干累加結果中搜索最大值，并輸出對應的碼相位信息及 頻率信息。 圖5為本發(fā)明實施例中的信號捕獲系統(tǒng)在實際應用時的處理流程示意圖。如圖5 所示，該信號捕獲系統(tǒng)的實際處理流程主要包括如下步驟
步驟S510，讀取通道參數(shù)控制表，獲得通道狀態(tài)； 步驟S520，判斷是否已經捕獲成功，是則轉步驟S540，否則轉步驟S530 ; 步驟S530，配置通道參數(shù)，在信號捕獲操作完成后保存通道狀態(tài)參數(shù)以用于后續(xù)
的捕獲處理，轉步驟S540 ; 步驟S540，判斷是否所有通道都已經處理完成，是則轉步驟S550，否則轉步驟 S560 ; 步驟S550，捕獲結束。 步驟S560，獲取下一通道的參數(shù)控制表，轉步驟S510進行下一通道的捕獲處理。
本發(fā)明實施例中的信號捕獲系統(tǒng)，一個邏輯通道負責在某一個特定載波多普勒情 況下對可變碼相位個數(shù)進行搜索，即實現(xiàn)的是頻域串行、碼相位并行的捕獲方式，其中的碼 相位精度可以達到±1/4碼片。 圖6為一個邏輯通道的處理流程示意圖。如圖6所示， 一個邏輯通道的處理流程 主要包括如下步驟 步驟S601，對從數(shù)據(jù)存儲器120中并行讀出的中頻采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字下變頻及降 采樣處理，得到降采樣數(shù)據(jù)； 步驟S602，計算每個碼相位對應的衛(wèi)星信號與本地信號相關結果； 步驟S603，判斷是否做相干累加和非相干累加，是則轉步驟S604，否轉步驟S605 ; 步驟S604，計算信號能量；轉步驟S609 ; 步驟S605，按照同相分量(In-phase component,也稱為I支路)和正交分量 (Quadrature component,也稱為Q支路)分別存儲信號相干累加結果，轉步驟S606 ;
步驟S606，判斷相干累加是否完成，是則轉步驟S607，否則轉步驟S611 ;
步驟S607，計算同一個碼相位下的連續(xù)相干累加結果(即衛(wèi)星信號解擴后的連續(xù) 波信號)的頻譜，輸出信號能量(12+Q2)，轉步驟S608 ; 步驟S608，累加并存儲該信號能量，比較累加次數(shù)與設定值(從參數(shù)控制表中獲 得)并置相應捕獲標志位，轉步驟S609 ; 步驟S609，在各個碼相位對應的信號能量中搜索最大值即峰值，轉步驟S610 ;
步驟S610，峰值與預設的峰值門限比較并置相應捕獲成功標志位；
步驟S611，該邏輯通道本輪操作結束。 顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發(fā)明的各模塊或各步驟可以用通用 的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成 的網(wǎng)絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而，可以將它們存儲 在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們 中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的 硬件和軟件結合。 雖然本發(fā)明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本發(fā)明而采 用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本 發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化， 但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。
權利要求
一種衛(wèi)星導航接收機的信號捕獲系統(tǒng)，其特征在于，包括通道參數(shù)控制表，存儲有多個邏輯通道的控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)；數(shù)據(jù)存儲器，與所述通道參數(shù)控制表相連，用于根據(jù)所述控制參數(shù)存儲所述接收機接收的衛(wèi)星信號的中頻采樣數(shù)據(jù)；數(shù)字下變頻及降采樣模塊，與所述通道參數(shù)控制表及數(shù)據(jù)存儲器相連，用于根據(jù)所述控制參數(shù)及狀態(tài)參數(shù)，對所述中頻采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字下變頻和降采樣操作，獲得零中頻、低采樣率的衛(wèi)星采樣數(shù)據(jù)；相關能量累加及信號捕獲模塊，與所述通道參數(shù)控制表及數(shù)字下變頻及降采樣模塊相連，用于根據(jù)所述控制參數(shù)及狀態(tài)參數(shù)完成衛(wèi)星信號解擴、相關能量累加和信號捕獲輸出。
2. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字下變頻及降采樣模塊包括 碼數(shù)控振蕩器，與所述通道參數(shù)控制表及數(shù)據(jù)存儲器相連，用于根據(jù)所述控制參數(shù)及狀態(tài)參數(shù)從所述數(shù)據(jù)存儲器中并行輸出所述中頻采樣數(shù)據(jù)；碼生成器，與所述通道參數(shù)控制表、相關能量累加及信號捕獲模塊及碼數(shù)控振蕩器相 連，用于產生本地碼；數(shù)字下變頻模塊，與所述數(shù)據(jù)存儲器及相關能量累加及信號捕獲模塊相連，用于根據(jù) 所述本地碼對所述中頻采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字下變頻及降采樣處理，得到所述衛(wèi)星采樣數(shù)據(jù)。
3.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述通道參數(shù)控制表存儲的所述控制參數(shù)包括采樣速率和碼速率；所述碼數(shù)控振蕩器根據(jù)所述采樣速率和碼速率，確定從所述數(shù)據(jù)存儲器中讀出的所述 中頻采樣數(shù)據(jù)的數(shù)量。
4. 如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于 所述碼生成器包括通用碼發(fā)生器或者存儲碼控制器。
5. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述相關能量累加及信號捕獲模塊，包括 相關器子模塊，與所述數(shù)字下變頻及降采樣模塊相連，用于計算每個碼相位對應的衛(wèi)星信號與本地信號相關結果；能量計算子模塊，與所述相關器子模塊相連，用于計算信號能量；擇大判決子模塊，與所述能量計算子模塊相連，用于在各個碼相位對應的信號能量中 搜索最大值，并輸出與所述最大值對應的碼相位信息及頻率信息。
6. 如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述相關能量累加及信號捕獲模塊進一步 包括相干累加子模塊，與所述相關器子模塊相連，用于按照同相分量和正交分量分別存儲 信號相干累加結果；快速傅里葉變換子模塊，與所述相干累加子模塊相連，用于計算同一個碼相位下的連 續(xù)相干累加結果的頻譜，獲得信號能量；非相干累加子模塊，與所述快速傅里葉變換子模塊及擇大判決子模塊相連，用于對所 述信號能量進行非相干累加，獲得非相干累加結果并存儲；其中，所述擇大判決子模塊還用于在各個碼相位對應的非相干累加結果中搜索最大 值，并輸出對應的碼相位信息及頻率信息。
7. 如權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述非相干累加子模塊進一步根據(jù)二次累加控制參數(shù)將非相干累加結果進行二次累 加，用于所述信號捕獲系統(tǒng)對所述衛(wèi)星信號進行四相移相鍵控或者二進制偏移載波調制； 其中，所述通道參數(shù)控制表存儲的所述控制參數(shù)包括所述二次累加控制參數(shù)。
8. —種衛(wèi)星導航接收機的信號捕獲方法，其特征在于，包括 存儲多個邏輯通道的控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)；根據(jù)所述控制參數(shù)存儲所述接收機接收的衛(wèi)星信號的中頻采樣數(shù)據(jù)； 讀取所述中頻采樣數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述狀態(tài)參數(shù)對所述中頻采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字下變頻和 降采樣操作，獲得零中頻、低采樣率的衛(wèi)星采樣數(shù)據(jù)；根據(jù)所述控制參數(shù)及狀態(tài)參數(shù)完成衛(wèi)星信號解擴、相關能量累加和信號捕獲輸出。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，存儲所述多個邏輯通道的控制參數(shù)的步驟， 包括以鏈表形式存儲所述多個邏輯通道的控制參數(shù)。
10. 如權利要求8所述的方法，其特征在于所述控制參數(shù)包括邏輯通道的相關累加長度以及碼相位滑動個數(shù)。
11. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述控制參數(shù)存儲衛(wèi)星信號的中頻采 樣數(shù)據(jù)的步驟，包括根據(jù)所述狀態(tài)參數(shù)并行輸出所述中頻采樣數(shù)據(jù)；根據(jù)本地碼對所述中頻采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字下變頻及降采樣處理，得到所述衛(wèi)星采樣數(shù)據(jù)。
12. 如權利要求ll所述的方法，其特征在于 所述控制參數(shù)包括采樣速率和碼速率；根據(jù)所述采樣速率和碼速率，確定讀出的所述中頻采樣數(shù)據(jù)的數(shù)量。
13. 如權利要求ll所述的方法，其特征在于 所述本地碼，由通用碼發(fā)生器或者存儲碼控制器生成。
14. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，讀取所述中頻采樣數(shù)據(jù)的步驟，包括 通過控制一個時鐘周期內讀出的所述中頻采樣數(shù)據(jù)的數(shù)量，實現(xiàn)所述中頻采樣數(shù)據(jù)的并行讀取。
15. 如權利要求8所述的方法，其特征在于計算每個碼相位對應的衛(wèi)星信號與本地信號相干累加結果，并計算信號能量；在各個碼相位對應的信號能量中搜索最大值，并輸出與所述最大值對應的碼相位信息 及頻率信息。
16. 如權利要求15所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括 按照同相分量和正交分量分別存儲信號相干累加結果；計算同一個碼相位下的連續(xù)相干累加結果的頻譜，獲得信號能量并對所述信號能量進 行非相干累加，獲得非相干累加結果并存儲；在各個碼相位對應的所述非相干累加結果中搜索最大值，并輸出對應的碼相位信息及 頻率信息。
17. 如權利要求16所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括根據(jù)二次累加控制參數(shù)將所述非相干累加結果進行二次累加，對所述衛(wèi)星信號進行四相移相鍵控或者二進制偏移載波調制；其中，所述控制參數(shù)包括所述二次累加控制參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星導航接收機的信號捕獲系統(tǒng)及方法，以實現(xiàn)多個GNSS衛(wèi)星信號的兼容處理。其中該系統(tǒng)包括存儲有多個邏輯通道的控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)的通道參數(shù)控制表；根據(jù)控制參數(shù)存儲接收機接收的衛(wèi)星信號的中頻采樣數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲器；根據(jù)控制參數(shù)及狀態(tài)參數(shù)，對中頻采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字下變頻和降采樣操作，獲得零中頻、低采樣率的衛(wèi)星采樣數(shù)據(jù)的數(shù)字下變頻及降采樣模塊；根據(jù)控制參數(shù)及狀態(tài)參數(shù)完成衛(wèi)星信號解擴、相關能量累加和信號捕獲輸出的相關能量累加及信號捕獲模塊。本發(fā)明可以對多系統(tǒng)不同類型的衛(wèi)星導航信號進行快速捕獲，并能進行靈活的配置，輸出載波多普勒和碼相位。
文檔編號G01S19/29GK101738624SQ20091024190
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權日2009年12月15日
發(fā)明者莫鈞, 黃磊 申請人:和芯星通科技(北京)有限公司