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基于組合FFT的多核北斗軟件接收機信號并行捕獲方法與流程

文檔序號:11385264閱讀:441來源:國知局
基于組合FFT的多核北斗軟件接收機信號并行捕獲方法與流程

本發(fā)明涉及軟件接收機接收信號捕獲領(lǐng)域,尤其是一種基于組合fft的多核北斗軟件接收機信號并行捕獲方法。



背景技術(shù):

軟件接收機基于通用嵌入式平臺,可深入到接收機信號通道內(nèi)部控制衛(wèi)星信號的處理過程,具有良好的開放性,現(xiàn)已成為未來定位接收機的發(fā)展方向。隨著衛(wèi)星信號長度的增加和接收機處理算法的復雜化,對信號處理平臺處理性能的要求也越來越高。為了滿足信號處理系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)需求,數(shù)字信號處理器(dsp)已經(jīng)從一開始的單處理器多板卡系統(tǒng)發(fā)展為現(xiàn)在的多處理器并行系統(tǒng),大大提高了算法運算速度。相比單核dsp,多核dsp具有更高的并行處理能力。但核的數(shù)量增多帶來了芯片面積增大,長線之間數(shù)據(jù)交換和互連延時會很大程度制約芯片性能提高的技術(shù)問題。因此,需合理地設(shè)計并行算法以最大程度地開發(fā)多核處理器的并行性。

現(xiàn)有的軟件接收機信號捕獲方法主要是傳統(tǒng)并行碼相位捕獲算法,傳統(tǒng)并行碼相位捕獲算法中單個fft變換序列各點間運算相互關(guān)聯(lián),僅可由多核數(shù)字信號處理平臺中單核完成n點序列的fft變換,信號處理速度較慢。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

發(fā)明目的:為解決上述技術(shù)問題,提高軟件接收機信號捕獲過程中的信號處理速度,本發(fā)明提出一種基于組合fft的多核北斗軟件接收機信號并行捕獲方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:

基于組合fft的多核北斗軟件接收機信號并行捕獲方法,包括以下步驟:

(1)對輸入的中頻信號進行去載波操作,得到混頻信號x(n);

(2)將混頻信號x(n)和本地測距碼信號h(n)分解為以下形式:

式中,為旋轉(zhuǎn)因子,n為采樣點數(shù);

(3)分別對x1(n)、x2(n)、h1(n)、h2(n)依次進行fft變換和取共軛操作,得到x′(k)、x″(k)、h′*(k)、h″*(k);其中,x′(k)為x(k)的偶序列,x″(k)為x(k)的奇序列;h′*(k)為h*(k)的偶序列,h″*(k)為h*(k)的奇序列;x(k)為x(n)的fft變換結(jié)果,h*(k)為h(n)的fft變換結(jié)果h(k)的復共軛;

(4)將x′(k)與h′*(k)相乘,記乘積為y′(k);將x″(k)與h″*(k)相乘,記乘積為y″(k);

(5)對y′(k)和y″(k)分別進行fft變換,得到對應(yīng)的中間結(jié)果p1(n)和p2(n);根據(jù)p1(n)和p2(n)組合得到p(n),p(n)計算公式為:

(6)根據(jù)步驟(5)得到的p(n)得到捕獲的信號y(n):

進一步的,所述步驟(1)中去載波操作的步驟為:

首先根據(jù)輸入信號多普勒頻率搜索范圍確定本地載波頻率fd,并生成該頻率下的本地載波:

然后對輸入信號s(n)進行去載波操作,得到混頻信號x(n):

x(n)=s(n)*loc(n)。

有益效果:本發(fā)明在北斗b2信號結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)并行碼相位算法的基礎(chǔ)上,提出基于dif-ditfft的北斗b1信號快速捕獲方法。相對于傳統(tǒng)并行碼相位捕獲算法中單個fft變換序列各點間運算相互關(guān)聯(lián),僅可由多核數(shù)字信號處理平臺中單核完成n點序列的fft變換而言,本發(fā)明由于fft運算部分之間無數(shù)據(jù)交換,可分別在雙核上并行處理,加快信號處理速度。本發(fā)明與傳統(tǒng)并行碼相位算法的捕獲性能基本相當,在改進運算速度的同時,未降低捕獲靈敏度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理圖;

圖2為傳統(tǒng)并行碼相位算法的原理圖;

圖3為dif-fft運算結(jié)構(gòu)圖;

圖4為dit-fft運算結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

(1)傳統(tǒng)并行碼相位捕獲算法

當信號由衛(wèi)星傳播到地面接收機時已淹沒在噪聲中,偽隨機碼碼相位和載波頻率也發(fā)生了變化,需對信號進行捕獲將其從噪聲中識別出來(raise)。衛(wèi)星信號捕獲主要利用了偽隨機碼的相關(guān)特性,并行碼相位捕獲算法原理圖如圖2所示,并行碼相位捕獲算法包括如下步驟:

步驟1:去載波。首先根據(jù)輸入信號多普勒頻率搜索范圍確定本地載波頻率fd并生成該頻率下本地載波:

然后對輸入信號s(n)進行去載波操作得到混頻信號x(n)。

x(n)=s(n)*loc(n)(1)

步驟2:將混頻信號與本地測距碼間的時域相關(guān)運算轉(zhuǎn)換為頻域的相乘運算。兩信號時域相關(guān)形式如式(2)所示。然后通過fft操作將相關(guān)運算由時域轉(zhuǎn)換為頻域,過程如式(3)所示。式中h*(k)為h(k)的復共軛。n為待處理信號的采樣點數(shù)。

步驟3:利用快速傅里葉逆變換(inversefastfouriertransform,ifft)將頻域相乘結(jié)果轉(zhuǎn)換為時域相關(guān)結(jié)果,過程如式(4)所示。

y(n)=ifft[y(k)](4)

如果相關(guān)結(jié)果峰值超過所設(shè)門限值,則捕獲成功,否則調(diào)整本地載波頻率重復上述操作。

(2)基于dif-ditfft的并行捕獲原理

在并行碼相位捕獲算法中,fft運算是該算法的核心。因此,通過改進fft運算結(jié)構(gòu)可進一步優(yōu)化該算法。

1)基-2fft運算結(jié)構(gòu)

fft運算是dft運算的快速算法?;?2fft是較常用的fft運算結(jié)構(gòu),同時,基-2fft運算結(jié)構(gòu)又包括dif基-2fft和dit基-2fft。兩結(jié)構(gòu)運算過程示意圖如圖3和圖4所示。dif基-2fft可看作將n點序列分成前后兩部分,然后將兩序列組合過后,分別進行n/2點fft。組合方式如式(5)所示。dit基-2fft可看作先將原序列分成奇偶兩序列,然后再分別做n/2點fft,最后將結(jié)果組合在一起得到最終fft結(jié)果x(k),組合方式如式(6)所示。

式中,均為旋轉(zhuǎn)因子,

2)基于dif-ditfft的快速捕獲算法原理

首先將輸入信號去載波后得到混頻x(n),過程如式(1)所示。然后將混頻信號x(n)和本地測距碼信號h(n)分別按照式(5)所示方式組合成x1(n)、x2(n)、h1(n)和h2(n)。此時,分別對x1(n)、x2(n)、h1(n)和h2(n)依次進行fft變換和取共軛操作,過程如式(7)所示。由圖3可知,x′(k)為x(k)的偶序列,x″(k)為x(k)的奇序列。同理,h′*(k)為h*(k)的偶序列,h″*(k)為h*(k)的奇序列。則將x′(k)與h′*(k)對應(yīng)相乘可到y(tǒng)(k)的偶序列,x″(k)與h″*(k)相乘結(jié)果為y(k)的奇序列。

ifft運算與fft運算過程相似,因此在嵌入式實現(xiàn)過程中,ifft可直接利用已有的fft程序進行計算而無需再進行編程。ifft利用fft程序得到計算結(jié)果的過程如下所示:

①利用fft程序由y(k)求出p(n),如式(9)所示:

p(n)=fft[y(k)](9)

②計算即為y(n),如式(10)所示:

y′(k)和y″(k)分別為y(k)的偶序列和奇序列。根據(jù)圖4和式(6)可知,其fft變換結(jié)果進行組合即可得到p(n)。然后根據(jù)式(10)可得到最終相關(guān)結(jié)果y(n)。對應(yīng)的運算過程下式所示:

p1(n)=fft[y′(k)],p2(n)=fft[y″(k)](11)

綜上所述,本發(fā)明原理圖如圖1所示,運算過程為:

第一步:對輸入中頻信號進行去載波操作得到混頻信號x(n);

第二步:將混頻信號x(n)和本地測距碼信號分成前后兩部分,并按照式(5)所示方式組合在一起。然后分別對其進行fft變換和取共軛操作,得到結(jié)果x′(k)、x″(k)、h′*(k)和h″*(k)。對于單顆衛(wèi)星,算法在對信號進行捕獲的過程中需對載波多普勒頻移進行多次搜索,而每一次相關(guān)過程中本地測距碼信號均相同。因此可將本地測距碼信號fft結(jié)果保存在內(nèi)存中以供調(diào)用,無需重復計算h′*(k)和h″*(k)值。

第三步:將x′(k)與h′*(k),x″(k)與h″*(k)對應(yīng)相乘得到結(jié)果y′(k)和y″(k)。

第四步:對y′(k)和y″(k)進行fft變換得到中間結(jié)果p1(n)和p2(n)。將p1(n)和p2(n)按式(12)方式組合得到p(n)。

第五步:最后,根據(jù)式(10)可得其最終相關(guān)結(jié)果y(n)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,應(yīng)當指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。

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