高動態(tài)接收機及其對北斗衛(wèi)星信號b1頻點的捕獲方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及北斗衛(wèi)星信號處理領(lǐng)域，尤其涉及一種高動態(tài)接收機及其對北斗衛(wèi)星 信號Bl頻點的捕獲方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著北斗二代導(dǎo)航衛(wèi)星陸續(xù)發(fā)射并投入使用，軍用和民用領(lǐng)域使用北斗系統(tǒng)進行 定位導(dǎo)航的比重將進一步提高，高動態(tài)接收機也將為我國軍事及特殊民用領(lǐng)域的應(yīng)用提供 重要支撐，因此，研究北斗高動態(tài)接收機具有重要的實際應(yīng)用價值。
[0003] 北斗衛(wèi)星信號的捕獲是二維的載波和碼的信號復(fù)現(xiàn)過程。在高動態(tài)環(huán)境下，北斗 接收機接收到的信號通常具有很大的多普勒頻移和頻移變化率。為了能夠成功解調(diào)出高動 態(tài)北斗信號，接收機捕獲環(huán)路必須快速估算出接收信號的載波多普勒頻移和碼相位，并將 估算參數(shù)迅速交接給跟蹤環(huán)路進行牽入和鎖定，因此，高動態(tài)接收機捕獲算法必須滿足快 速、精確和硬件實現(xiàn)較簡單這些基本要求。
[0004] 串行搜索算法是頻域和碼域的二維串行搜索，實現(xiàn)捕獲需要時間很長，不適合高 動態(tài)場景。串并結(jié)合的搜索方式實現(xiàn)途徑有多通道時域并行搜索和多通道頻域并行搜索， 這是以增加硬件成本、降低硬件利用率來減少捕獲時間的；基于FFT的循環(huán)相關(guān)算法策略 是將時域頻域二維搜索轉(zhuǎn)化為時域的一維搜索，比較適合對于一個周期的C/A碼信號進行 快速捕獲，但工程實現(xiàn)需要較大點數(shù)的FFT核和大量的復(fù)數(shù)相乘運算而不易采用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述缺點，本發(fā)明的實施例提供一種高動態(tài)接收機及其對北斗衛(wèi)星信號Bl 頻點的捕獲方法，使用部分匹配濾波（Partial Matched Filter，PMF)與快速傅里葉變換 (Fast Fourier Transformation，F(xiàn)FT)的捕獲策略，將時域頻域二維搜索轉(zhuǎn)化為時域的一 維搜索，能夠?qū)崿F(xiàn)北斗衛(wèi)星信號Bl頻點的快速捕獲且硬件實現(xiàn)復(fù)雜度較低。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0007] 技術(shù)方案一：
[0008] -種高動態(tài)接收機對北斗衛(wèi)星信號Bl頻點的捕獲方法，所述方法包括如下步驟：
[0009] 高動態(tài)接收機接收射頻模擬信號，將所述射頻模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字中頻信號；
[0010] 獲取本地復(fù)制載波混頻信號，將所述數(shù)字中頻信號與所述本地復(fù)制載波混頻信號 相乘，得到下變頻基帶信號；
[0011] 將所述下變頻基帶信號進行自適應(yīng)量化位數(shù)轉(zhuǎn)換，得到基帶數(shù)據(jù)信號，所述基帶 數(shù)據(jù)信號的比特位數(shù)少于所述下變頻基帶信號的比特位數(shù)；
[0012] 以N倍碼速率信號為累加清零信號，對所述基帶數(shù)據(jù)信號進行累加降采樣，得到 I、Q兩路降采樣基帶信號，其中，N大于等于2 ;
[0013] 在初捕獲階段：
[0014] 獲取以N倍碼速率采樣的C/A碼，在相同時鐘脈沖脈沖的作用下，對所述I、Q兩路 降采樣基帶信號和所述以N倍碼速率采樣的C/A碼以幀為單位進行部分匹配濾波運算，得 到M幀I、Q兩路部分匹配濾波結(jié)果數(shù)據(jù)，其中，M = TN，T為所述北斗衛(wèi)星信號Bl頻點在一 個周期內(nèi)發(fā)射的碼個數(shù)；
[0015] 對由所述M幀I、Q兩路部分匹配濾波結(jié)果數(shù)據(jù)構(gòu)造的M幀復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)I+jQ分別做 傅里葉變換，得到M幀復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的傅里葉變換結(jié)果；
[0016] 設(shè)定捕獲判決門限，并根據(jù)所述M幀復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的傅里葉變換結(jié)果，確定所述M幀復(fù) 數(shù)數(shù)據(jù)的傅里葉變換結(jié)果中最大峰值的幅度是否大于所述捕獲判決門限；
[0017] 若所述最大峰值的幅度大于所述捕獲判決門限，則確定所述最大峰值對應(yīng)的幀號 和所述最大峰值對應(yīng)的頻域頻率及對應(yīng)的頻率索引號，其中，所述幀號用于確定半碼片碼 相位，所述頻率索引號用于確認(rèn)多普勒頻率；
[0018] 在捕獲確認(rèn)階段：
[0019] 按照所述最大峰值對應(yīng)的半碼片碼相位和多普勒頻率對第M+1幀、第M+2幀、第 M+3幀數(shù)據(jù)分別進行相位補償和多普勒補償，若所述第M+1幀、第M+2幀、第M+3幀數(shù)據(jù)的 I、Q兩路部分匹配濾波結(jié)果數(shù)據(jù)對應(yīng)的傅里葉變換結(jié)果中最大峰值的幅度均大于所述捕獲 判決門限，則所述高動態(tài)接收機捕獲到所述北斗衛(wèi)星信號Bl頻點的信號。
[0020] 技術(shù)方案一的特點和進一步的改進為：
[0021] (1)以N倍碼速率信號為累加清零信號對所述基帶數(shù)據(jù)信號進行累加降采樣，得 到I、Q兩路降采樣基帶信號，具體為：
[0022] 以2倍碼速率信號為累加清零信號對所述基帶數(shù)據(jù)信號進行累加降采樣，得到I、 Q兩路降采樣基帶信號。
[0023] (2)在相同時鐘脈沖脈沖的作用下，對所述I、Q兩路降采樣基帶信號和所述以N倍 碼速率采樣的C/A碼以幀為單位進行部分匹配濾波運算，得到M幀I、Q兩路部分匹配濾波 結(jié)果數(shù)據(jù)，具體包括：
[0024] 在基帶數(shù)據(jù)雙端口 RAM中存儲五個碼周期的I、Q兩路降采樣基帶信號，在碼數(shù)據(jù) 雙端口 RAM中存儲一個碼周期的以N倍碼速率采樣的C/A碼，其中，所述基帶數(shù)據(jù)雙端口 RAM中存儲的前兩個碼周期的I、Q兩路降采樣基帶信號，用于對所述北斗衛(wèi)星信號Bl頻點 進行初捕獲，所述基帶數(shù)據(jù)雙端口 RAM中存儲的后三個碼周期的I、Q兩路降采樣基帶信號， 用于對所述北斗衛(wèi)星信號Bl頻點進行捕獲確認(rèn)；
[0025] 在相同時鐘脈沖作用下，依次對應(yīng)讀出所述I、Q兩路降采樣基帶信號和所述以N 倍碼速率采樣的C/A碼，將所述I、Q兩路降采樣基帶信號和所述以N倍碼速率采樣的C/A 碼以幀為單位進行異或，并分段累加，得到所述M幀I、Q兩路部分匹配濾波結(jié)果數(shù)據(jù)，其中 一幀I、Q兩路部分匹配濾波結(jié)果數(shù)據(jù)對應(yīng)一個1/N碼片相位數(shù)據(jù)。
[0026] 技術(shù)方案二：
[0027] -種高動態(tài)接收機，所述高動態(tài)接收機用于對北斗衛(wèi)星信號Bl頻點進行捕獲，所 述高動態(tài)接收機包括：
[0028] 射頻模塊，用于獲取射頻模擬信號，并將所述射頻模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字中頻信 號；
[0029] 下變頻模塊，用于獲取本地復(fù)制載波混頻信號，將所述數(shù)字中頻信號與所述本地 復(fù)制載波混頻信號相乘，得到下變頻基帶信號；
[0030] 自適應(yīng)量化位數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述下變頻基帶信號進行自適應(yīng)量化位數(shù)轉(zhuǎn) 換，得到基帶數(shù)據(jù)信號，所述基帶數(shù)據(jù)信號的比特位數(shù)少于所述下變頻基帶信號的比特位 數(shù)；
[0031] 基帶數(shù)據(jù)降采樣模塊，用于以N倍碼速率信號為累加清零信號對所述基帶數(shù)據(jù)信 號進行累加降采樣，得到I、Q兩路降采樣基帶信號，其中，N大于等于2;
[0032] 部分匹配濾波模塊，用于獲取以N倍碼速率采樣的C/A碼，在相同時鐘脈沖脈沖的 作用下，對所述I、Q兩路降采樣基帶信號和所述以N倍碼速率采樣的C/A碼以幀為單位進 行部分匹配濾波運算，得到M幀I、Q兩路部分匹配濾波結(jié)果數(shù)據(jù)，其中，M = TN，T為所述北 斗衛(wèi)星信號Bl頻點在一個周期內(nèi)發(fā)射的碼個數(shù)；
[0033] 傅里葉變換模塊，用于對由所述M幀I、Q兩路部分匹配濾波結(jié)果數(shù)據(jù)構(gòu)造的M幀 復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)I+jQ做傅里葉變換，得到M幀復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的傅里葉變換結(jié)果；
[0034] 初步捕獲成功判斷模塊，用于設(shè)定捕獲判決門限，并根據(jù)所述M幀復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的傅 里葉變換結(jié)果，確定所述M幀復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的傅里葉變換結(jié)果中最大峰值的幅度是否大于所述 捕獲判決門限；若所述最大峰值的幅度大于所述捕獲判決門限，則確定所述最大峰值對應(yīng) 的幀號和和所述最大峰值對應(yīng)的頻域頻率及其對應(yīng)的頻率索引號，其中，所述幀號用于確 定半碼片碼相位，所述頻率索引號用于確定多普勒頻率；
[0035] 捕獲確認(rèn)模塊，用于按照所述最大峰值對應(yīng)的半碼片碼相位和多普勒頻率對第 M+1幀、第M+2幀、第M+3幀數(shù)據(jù)分別進行相位補償和多普勒補償，若所述第M+1幀、第M+2 幀、第M+3幀數(shù)據(jù)的I、Q兩路部分匹配濾波結(jié)果數(shù)據(jù)對應(yīng)的傅里葉變換結(jié)果中最大峰值的 幅度均大于所述捕獲判決門