CN101620263B - 一种捕获gps卫星信号的低硬件开销方法及其实现 - Google Patents

Abstract

一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现中涉及的工作部件包括相关器、排序器、窗口界定器、除法器、比较器，它们依次连接。所述相关器用于计算相关值并记录当前相位；所述排序器用于相关值的排序，并保证相关值和相位值的一一对应；所述窗口界定器划定窗口，找出第一个不在窗口内的相位，则与之对应的相关值即为窗口外的最大值；所述除法器计算最大相关值和窗口外最大相关值的商；所述比较器将该商与设定的阈值进行比较，以此判断捕获是否成功。本发明的优点在于：适应性强、误判率低、节省硬件开销、降低成本。

Description

一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现

【技术领域】

本发明涉及电子信号领域中的卫星定位导航技术，特别是一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现。

【背景技术】

基于卫星信号的定位导航技术在近二十年来发展迅速，且逐渐从专有应用领域走入人们日常生活。目前世界上有数套全球卫星定位系统：我国的北斗系统，美国的GPS系统，俄罗斯的GLONASS系统，中欧合作的伽利略系统等。以GPS系统为例，卫星信号接收机可以分为三部分：射频前端(RF)、基带处理(DBB)和解算软件(SW)。其中射频前端完成下变频，并进行数模转换(A/D)，输出中频信号；基带处理实现对中频信号的处理，并输出导航电文、多普勒频偏、信号发射时间等信息；解算软件根据基带处理的输出，计算卫星和接收机的坐标、速度、时间等信息，完成定位导航功能。而基带处理部分按时间顺序，包含捕获和跟踪两个过程。其中捕获过程搜索接收机能够接收到且信号足够强的卫星，并粗略得出各卫星信号的多普勒频偏和扩频码相位，供跟踪阶段做进一步处理；跟踪过程完成本地载波、扩频码相位与相应卫星信号的同步，输出解算软件完成定位导航功能所需的信息。

捕获过程是一个二维搜索过程，判断是否捕获到某颗卫星的方法主要有两种：相关值判定法和信噪比(SNR)判定法。相关值判定法设定一固定阈值，当相关器计算的结果大于该值时，即判定捕获到该卫星，该方法简单以实现，但误判率较高，适应性较差；信噪比判定法计算信号的信噪比，当信噪比大于阈值时，即判定捕获到该卫星，该方法适应能力较强，误判率较低，实现较复杂。

信噪比判定法具体描述如下：

GPS卫星信号捕获得到的扩频码相位误差必须小于1/2码片(chip)，否则无法实现跟踪。若设计中，要求捕获时的相位误差控制在1/N(N为整数)码片，由于GPS扩频码中的C/A码的每个周期有1023个码片，则在捕获过程中存在1023*N个相位，而每个需要得到一个相关值，即存在1023*N个相关值，并且这1023*N个相关值是顺序得到的，计算每个相关值均需要一定时间。所有相关值计算完毕后，从其中找出最大值(设为P_MAX)，并在该值两侧划出一窗口，设该窗口宽度为2*W+1，即在最大值两侧各有W个相关值，同时需要找出该窗口外的最大值(设为P_SEC)，则定义信噪比为：SNR＝P_MAX/P_SEC，若SNR大于设定的阈值(设为TH)，则捕获到该卫星，即该卫星可见。

这里存在如下问题：

最大值只有在所有1023*N个相关值全部算出之后才能得到，最容易想到的方法是将相关值保存起来，待全部算出之后，找出最大值，划出窗口，找出窗口之外的最大值，计算信噪比。但是，一般情况下，相关值需要16比特来存储，可见需要的存储容量较大。

若采用SRAM实现存储，则a)需要额外的SRAM接口控制电路，b)计算SNR过程较复杂，控制电路也有相当的复杂度，c)从相关值计算结束到得到SNR，耗时较长，延迟较大。若采用寄存器实现存储，除了具有上述b、c的问题外，硬件开销太大。这就需要采用一种解决上述问题的方法来实现该功能。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于信噪比判定法的低成本捕获GPS卫星信号的实现方法，该方法适应性强、误判率低、节省硬件开销。

本发明基于以下原理：窗口外的1023*N-2*W个值中，只需要其中的最大值，即P_SEC，若保存1023*N个相关值中最大的2*(W+1)个，则其中一定包含P_MAX和P_SEC。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现中涉及的工作部件包括相关器、排序器、窗口界定器、除法器、比较器；所述相关器连接到所述排序器，完成卫星信号与本地码的相关运算和相位计数，每隔一定时间产生一个相关值，并将该相关值和对应的相位值同时送入所述排序器；所述排序器连接到所述窗口界定器，用于获取所有相关值中最大的2*(W+1)个相关值及对应的相位，所述排序器中有2*(W+1)个相关值寄存器REG_COR和2*(W+1)个相位寄存器REG_PH，当新的相关值COR_NEW和相位值PH_NEW产生时，若其大于REG_COR中的最小值则采用排序算法将新值COR_NEW插入REG_COR中的适当位置(设地址为A)，并将最小值去掉，同时将PH_NEW插入到REG_PH的地址A中，若新值小于REG_COR中的最小值则REG_COR和REG_PH均不变；所述窗口界定器连接到所述除法器，根据最大值P_MAX的相位(设为PH_MAX)划定窗口，并顺序检索REG_PH，找到第一个不在窗口内的值(设为PH_SEC，地址为B)，则REG_COR中地址B处的相关值即为P_SEC，于是可根据最大相关值的相位划定窗口并找出窗口外的最大值；所述除法器连接到所述比较器，完成信噪比的计算，即P_MAX/P_SEC，并将结果送入所述比较器；所述比较器比较信噪比与阈值的大小关系，判断捕获是否成功。

该发明可进一步具体为：

所述相关器包括相关计算模块和相位计数器模块，分别实现相关值计算和相位计数功能；所述相关器计算来自射频前端的采样值与本地扩频码的相关值，并使用计数器记录当前相位：每完成一个相位的相关运算，计数器的计数值加一，排序器可根据该值判断是否已完成1023*N个相位的相关运算，从而进一步确定是否向窗口界定器发送启动信号，如果该相位对应的相关值在所述排序器的排序过程中插入到相关值寄存器中，则该相位也会插入到相应的相位寄存器中；相关器还输出一标示信号，表示当前相位的相关运算已完成，排序器利用该标示信号启动排序操作，所述相关器输出的相关值作为所述排序器的输入，与所述排序器的相关值寄存器中的值进行比较排序。

所述排序器包括排序控制器、相位比较器、相关值寄存器、相位寄存器等四部分；所述排序控制器实现排序算法，所述相位比较器比较当前相位与总相位数(1023*N)的大小关系，用于确定所有1023*N个相关值是否计算完毕，所述相关值寄存器用于保存1023*N个相关值中最大的2*W+1个值，所述相位寄存器用于保存与相关值寄存器中的相关值对应的相位。

所述排序器比较当前输入的新相关值与相关值寄存器中的值的关系，并根据不同情况，进行不同的操作：

1)若输入的新相关值大于或等于相关值寄存器中的最小值，则采用排序算法将输入的新相关值插入相关值寄存器中的适当位置，并将最小值去掉，同时将与输入的新相关值对应的相位值插入到相位寄存器中，并将与相关值寄存器中去掉的最小值对应的相位值去掉；

2)若输入的新值小于相关值寄存器中的最小值，则相关值寄存器和相位寄存器均不变；

这两种情况下，相关值寄存器和相位寄存器的操作由排序器内部的控制信号控制，同时排序器比较当前相位与总相位数(即1023*N)的关系，若相等则说明所有相位的相关运算已经完成，如果所有相位的相关运算均已完成且对最后一个相关值的排序操作结束，即可启动窗口界定器。

所述排序控制器包括排序状态机、相关值比较器、地址计数器、地址选择器、地址暂存器等五个模块；所述排序状态机控制排序过程，所述相关值比较器比较当前输入的新相关值与相关值寄存器中各个相关值的大小关系，所述地址计数器用于产生寻址相关值寄存器与相位寄存器的地址，所述地址选择器选择所述地址计数器中的值作为地址信号，所述地址暂存器暂存当前输入的新相关值要插入到相关值寄存器中的位置(即地址)，将输入的新相关值及对应的相位分别插入相关值寄存器和相位寄存器中。

所述排序控制器工作工程如下：当前相关值计算完毕时启动排序控制器中的排序状态机，排序状态机启动地址计数器，并置其初始值为2*W+1，同时排序状态机发出选择地址信号控制地址选择器选择地址计数器中的值作为地址信号；状态机每个时钟节拍向所述相关值寄存器发出地址信号和读取数据信号，控制相关值寄存器将指定数据送入排序控制器，并通过排序控制器中的相关值比较器与当前输入的相关值比较，若当前输入的相关值小于或者等于相关值寄存器中的待比较值，则计数器减一，状态机重复该过程，直至出现下列两种情况：

1)当前输入的相关值小于相关值寄存器中的最小值，则计数器为0后，状态机自动停止，并置所有控制信号无效；

2)当前输入的相关值大于或者等于相关值寄存器中的待比较值，状态机发出暂存地址信号控制所述地址暂存器将地址计数器中的当前值存入地址暂存器，取消读取数据信号，下一个时钟节拍，排序状态机发出置0信号，将地址计数器中的值设置为0，之后每个时钟节拍状态机送出地址信号，并发出移动数据信号，控制相关值寄存器将地址计数器指定的寄存器单元中来自高地址寄存器的值锁定到该地址计数器指定的寄存器单元，同时相位寄存器也做同样的移动，然后状态机控制计数器加一，重复该过程，直至地址计数器中的值与地址暂存器中的值相等，此时数据移动完毕；所有数据移动完毕后，排序状态机通过选择地址信号控制地址选择器选择地址暂存器中的值作为地址信号，并发出插入数据信号，控制相关值寄存器将当前输入的相关值插入指定地址，同时相位寄存器也将相应的相位值插入，此时排序操作完成，排序状态机发出排序结束信号。

所述相关值寄存器包括相关值寄存器状态机、相关值选择器、相关值寄存器阵列等三部分；所述相关值寄存器状态机作为控制模块，控制其他两个模块，所述相关值选择器用于选择指定的数据，反馈回排序器作为排序控制器中相关值比较器的输入，所述相关值寄存器阵列用于保存最大的2*W+1个相关值，其中的每个寄存器的输入可以选择为当前相关值或其高地址寄存器的值，前者用于插入数据，后者用于移动数据；所述相关值寄存器状态机收到排序控制器发送的读取数据信号时，不向相关值寄存器阵列发送任何信号，仅由排序控制器发出的地址信号即可完成读取数据操作；移动数据时，相关值寄存器状态机向相应地址的相关值寄存器单元发出移动数据信号，控制选定的相关值寄存器单元将来自其高地址寄存器的输入锁定，重复该过程，从而将最小值移出相关值寄存器阵列；插入数据时，相关值寄存器状态机向相应地址的相关值寄存器发出插入数据信号，控制选定的相关值寄存器将当前输入的相关值锁定，从而完成插入数据的操作；相关值寄存器阵列中，地址为0～2*W的相关值寄存器的值输出给所述窗口界定器，用于选择窗口外的最大相关值，地址为2*W+1的相关值寄存器的值为最大相关置，输出给所述除法器，用于计算信噪比。

所述相位寄存器包括相位寄存器状态机和相位寄存器阵列两部分；所述相关值寄存器状态机作为控制模块，所述相位寄存器阵列保存与最大的2*W+1个相关值对应的相位值，其中的每个寄存器的输入可以选择为当前相位或其高地址寄存器的值，前者用于插入数据，后者用于移动数据；所述相位寄存器状态机收到排序控制器发送的移动数据信号时，状态机向相应地址的相位寄存器发出移动数据信号，控制选定的相位寄存器将来自其高地址寄存器的输入锁定，重复该过程，从而将与相关值寄存器中的最小值对应的相位移出相位寄存器阵列；插入数据时，所述相位寄存器状态机向相应地址的相位寄存器发出插入数据信号，控制选定的相位寄存器将当前输入的相关值对应的相位锁定，从而完成插入数据的操作。

所述相位比较器比较1023*N与当前相位的关系，若相等，说明所有1023*N个相位的相关运算已经完成，根据排序控制器采用的方法不同，该信号与排序控制器输出的排序完成信号可能会同时产生，也可能早于排序完成信号；这两个信号都产生后，即可启动所述窗口界定器。

所述窗口界定器由窗口界定器状态机、相关值暂存器、相关值选择器、相位选择器、窗口判定器、窗口划定器等六个模块组成，所述窗口界定器状态机用于控制其他五个模块，所述窗口划定器根据最大相关值的相位和窗口宽度得出窗口位置，所述窗口判定器用于判定某个相位是否位于窗口划定器划定的窗口中，所述相关值选择器根据窗口界定器状态机发出的地址信号，选择排序器中相关值寄存器的值作为相关值暂存器的输入，所述相位选择器根据窗口界定器状态机发出的地址信号，选择排序器中相位寄存器的值作为窗口判定器的输入，所述相关值暂存器用于暂存由窗口判定器判定的第一个不在窗口划定器划定的窗口内的相关值；窗口界定器利用最大相关值对应的相位划定窗口，同时根据划定的窗口按优先级检测其他相位，并记录当前待判定的相位的索引，当遇到第一个不在窗口内的相位时停止检测，并输出索引值到相关值选择器，将对应的相关值(即窗口外的最大值)输出给除法器，同时启动除法器进行除法运算。

所述窗口界定器工作过程如下：利用最大相关值对应的相位划定窗口，该功能由窗口划定器实现；窗口划定器给出四个信号：相位1、标志1、相位2、标志2，相位1和相位2给出窗口的边界，并且相位1小于相位2，标志1和标志2分别给出窗口与相位1和相位2的位置关系，根据情况，有如下两种关系：

1)窗口位于二者之间；

2)窗口中的相位值小于相位1或者大于相位2；

窗口判定器接收到窗口界定器状态机给出的启动信号后，根据窗口划定器划定的窗口判定当前由窗口界定器状态机选择的相位与窗口的关系，若该相位不在窗口内，则给出匹配信号，说明已经找出不在窗口内的最大值相关值，同时停止窗口判定操作；窗口界定器状态机在接收到启动信号后，向相关值选择器和相位选择器发出信号，选择相应的相关值和相位，窗口判定器完成一次判定操作后，状态机将选择信号的值减一，选择新的相关值和相位，重复此过程，直至窗口判定器给出匹配信号，此时窗口界定器状态机向相关值暂存器发出锁定信号，控制相关值暂存器将选择的相关值锁定，该值即窗口外的最大值，同时状态机向除法器发出启动信号，启动信噪比计算操作。

所述除法器完成除法运算，为降低硬件开销，提高运算速度，采用不恢复余数法，采用信噪比判定法时，指定的阈值一般是小数，如1.6或2.5，因此除法器输出的结果的位数要比输入的被除数和除数的位数要多。

所述比较器比较除法器计算出的信噪比与设定的阈值的关系，若信噪比大于阈值，则判定捕获到卫星，否则判定未捕获到卫星。

本发明一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现的优点在于：实现了对GPS卫星信号的捕获，对信号有较强的适应性，具有较低的误判率，硬件开销小，成本低。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现的原理及信号流程图。

图2是本发明一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现中与相关器有关的部分的结构框图。

图3是一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现中的排序器结构框图。

图4是一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现中的排序控制器结构框图。

图5是一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现中的相关值寄存器结构框图。

图6是一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现中的相位寄存器结构框图。

图7是本发明一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现中的窗口界定器结构框图。

【具体实施方式】

请参阅图1，本发明一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现中涉及的工作部件包括相关器、排序器、窗口界定器、除法器、比较器。本发明一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现中涉及的工作部件包括相关器、排序器、窗口界定器、除法器、比较器；所述相关器连接到所述排序器，完成卫星信号与本地码的相关运算和相位计数，每隔一定时间产生一个相关值，并将该相关值和对应的相位值同时送入所述排序器；所述排序器连接到所述窗口界定器，用于获取所有相关值中最大的2*(W+1)个相关值及对应的相位，所述排序器中有2*(W+1)个相关值寄存器REG_COR和2*(W+1)个相位寄存器REG_PH，当新的相关值COR_NEW和相位值PH_NEW产生时，若其大于REG_COR中的最小值则采用排序算法将新值COR_NEW插入REG_COR中的适当位置(设地址为A)，并将最小值去掉，同时将PH_NEW插入到REG_PH的地址A中，若新值小于REG_COR中的最小值则REG_COR和REG_PH均不变；所述窗口界定器连接到所述除法器，根据最大值P_MAX的相位(设为PH_MAX)划定窗口，并顺序检索REG_PH，找到第一个不在窗口内的值(设为PH_SEC，地址为B)，则REG_COR中地址B处的相关值即为P_SEC，于是可根据最大相关值的相位划定窗口并找出窗口外的最大值；所述除法器连接到所述比较器，完成信噪比的计算，即P_MAX/P_SEC，并将结果送入所述比较器；所述比较器比较信噪比与阈值的大小关系，判断捕获是否成功。

请参阅图2，所述相关器包括相关计算模块和相位计数器模块，分别实现相关值计算和相位计数功能；所述相关器计算来自射频前端的采样值与本地扩频码的相关值，并使用计数器记录当前相位：每完成一个相位的相关运算，计数器的计数值加一，排序器可根据该值判断是否已完成1023*N个相位的相关运算，从而进一步确定是否向窗口界定器发送启动信号，如果该相位对应的相关值在所述排序器的排序过程中插入到相关值寄存器中，则该相位也会插入到相应的相位寄存器中；相关器还输出一标示信号，表示当前相位的相关运算已完成，排序器利用该标示信号启动排序操作，所述相关器输出的相关值作为所述排序器的输入，与所述排序器的相关值寄存器中的值进行比较排序。

请参阅附图3，所述排序器包括排序控制器、相位比较器、相关值寄存器、相位寄存器等四部分；所述排序控制器实现排序算法，所述相位比较器比较当前相位与总相位数(1023*N)的大小关系，用于确定所有1023*N个相关值是否计算完毕，所述相关值寄存器用于保存1023*N个相关值中最大的2*W+1个值，所述相位寄存器用于保存与相关值寄存器中的相关值对应的相位。

所述排序器比较当前输入的新相关值与相关值寄存器中的值的关系，并根据不同情况，进行不同的操作：

1)若输入的新相关值大于或等于相关值寄存器中的最小值，则采用排序算法将输入的新相关值插入相关值寄存器中的适当位置，并将最小值去掉，同时将与输入的新相关值对应的相位值插入到相位寄存器中，并将与相关值寄存器中去掉的最小值对应的相位值去掉；

2)若输入的新值小于相关值寄存器中的最小值，则相关值寄存器和相位寄存器均不变；

这两种情况下，相关值寄存器和相位寄存器的操作由排序器内部的控制信号控制，同时排序器比较当前相位与总相位数(即1023*N)的关系，若相等则说明所有相位的相关运算已经完成，如果所有相位的相关运算均已完成且对最后一个相关值的排序操作结束，即可启动窗口界定器。

请参阅附图4，所述排序控制器工作工程如下：当前相关值计算完毕时启动排序控制器中的排序状态机，排序状态机启动地址计数器，并置其初始值为2*W+1，同时排序状态机发出选择地址信号控制地址选择器选择地址计数器中的值作为地址信号；状态机每个时钟节拍向所述相关值寄存器发出地址信号和读取数据信号，控制相关值寄存器将指定数据送入排序控制器，并通过排序控制器中的相关值比较器与当前输入的相关值比较，若当前输入的相关值小于或者等于相关值寄存器中的待比较值，则计数器减一，状态机重复该过程，直至出现下列两种情况：

1)当前输入的相关值小于相关值寄存器中的最小值，则计数器为0后，状态机自动停止，并置所有控制信号无效；

2)当前输入的相关值大于或者等于相关值寄存器中的待比较值，状态机发出暂存地址信号控制所述地址暂存器将地址计数器中的当前值存入地址暂存器，取消读取数据信号，下一个时钟节拍，排序状态机发出置0信号，将地址计数器中的值设置为0，之后每个时钟节拍状态机送出地址信号，并发出移动数据信号，控制相关值寄存器将地址计数器指定的寄存器单元中来自高地址寄存器的值锁定到该地址计数器指定的寄存器单元，同时相位寄存器也做同样的移动，然后状态机控制计数器加一，重复该过程，直至地址计数器中的值与地址暂存器中的值相等，此时数据移动完毕；所有数据移动完毕后，排序状态机通过选择地址信号控制地址选择器选择地址暂存器中的值作为地址信号，并发出插入数据信号，控制相关值寄存器将当前输入的相关值插入指定地址，同时相位寄存器也将相应的相位值插入，此时排序操作完成，排序状态机发出排序结束信号。

请参阅附图5，所述相关值寄存器包括相关值寄存器状态机、相关值选择器、相关值寄存器阵列等三部分；所述相关值寄存器状态机作为控制模块，控制其他两个模块，所述相关值选择器用于选择指定的数据，反馈回排序器作为排序控制器中相关值比较器的输入，所述相关值寄存器阵列用于保存最大的2*W+1个相关值，其中的每个寄存器的输入可以选择为当前相关值或其高地址寄存器的值，前者用于插入数据，后者用于移动数据；所述相关值寄存器状态机收到排序控制器发送的读取数据信号时，不向相关值寄存器阵列发送任何信号，仅由排序控制器发出的地址信号即可完成读取数据操作；移动数据时，相关值寄存器状态机向相应地址的相关值寄存器单元发出移动数据信号，控制选定的相关值寄存器单元将来自其高地址寄存器的输入锁定，重复该过程，从而将最小值移出相关值寄存器阵列；插入数据时，相关值寄存器状态机向相应地址的相关值寄存器发出插入数据信号，控制选定的相关值寄存器将当前输入的相关值锁定，从而完成插入数据的操作；相关值寄存器阵列中，地址为0～2*W的相关值寄存器的值输出给所述窗口界定器，用于选择窗口外的最大相关值，地址为2*W+1的相关值寄存器的值为最大相关置，输出给所述除法器，用于计算信噪比。

请参阅附图6，所述相位寄存器包括相位寄存器状态机和相位寄存器阵列两部分；所述相关值寄存器状态机作为控制模块，所述相位寄存器阵列保存与最大的2*W+1个相关值对应的相位值，其中的每个寄存器的输入可以选择为当前相位或其高地址寄存器的值，前者用于插入数据，后者用于移动数据；所述相位寄存器状态机收到排序控制器发送的移动数据信号时，状态机向相应地址的相位寄存器发出移动数据信号，控制选定的相位寄存器将来自其高地址寄存器的输入锁定，重复该过程，从而将与相关值寄存器中的最小值对应的相位移出相位寄存器阵列；插入数据时，所述相位寄存器状态机向相应地址的相位寄存器发出插入数据信号，控制选定的相位寄存器将当前输入的相关值对应的相位锁定，从而完成插入数据的操作。

请参阅附图7，所述窗口界定器由窗口界定器状态机、相关值暂存器、相关值选择器、相位选择器、窗口判定器、窗口划定器等六个模块组成，所述窗口界定器状态机用于控制其他五个模块，所述窗口划定器根据最大相关值的相位和窗口宽度得出窗口位置，所述窗口判定器用于判定某个相位是否位于窗口划定器划定的窗口中，所述相关值选择器根据窗口界定器状态机发出的地址信号，选择排序器中相关值寄存器的值作为相关值暂存器的输入，所述相位选择器根据窗口界定器状态机发出的地址信号，选择排序器中相位寄存器的值作为窗口判定器的输入，所述相关值暂存器用于暂存由窗口判定器判定的第一个不在窗口划定器划定的窗口内的相关值；窗口界定器利用最大相关值对应的相位划定窗口，同时根据划定的窗口按优先级检测其他相位，并记录当前待判定的相位的索引，当遇到第一个不在窗口内的相位时停止检测，并输出索引值到相关值选择器，将对应的相关值(即窗口外的最大值)输出给除法器，同时启动除法器进行除法运算。

Claims (10)

1.一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销实现方法，其特征在于：工作部件包括相关器、排序器、窗口界定器、除法器、比较器；所述相关器连接到所述排序器，完成卫星信号与本地码的相关运算和相位计数，每隔一定时间产生一个相关值，并将该相关值和对应的相位值同时送入所述排序器；所述排序器连接到所述窗口界定器，用于获取所有相关值中最大的2*(W+1)个相关值及对应的相位，所述排序器中有2*(W+1)个相关值寄存器REG_COR和2*(W+1)个相位寄存器REG_PH，当新的相关值COR_NEW和相位值PH_NEW产生时，若新的相关值大于REG_COR中的最小值则采用排序算法将新值COR_NEW插入REG_COR中的适当位置，设地址为A，并将最小值去掉，同时将PH_NEW插入到REG_PH的地址A中，若新的相关值小于REG_COR中的最小值则REG_COR和REG_PH均不变；所述窗口界定器连接到所述除法器，根据最大相关值P_MAX的相位，设为PH_MAX划定窗口，并顺序检索REG_PH，找到第一个不在窗口内的相位值，设为PH_SEC，地址为B，则REG_COR中地址B处的相关值即为P_SEC，于是可根据最大相关值的相位划定窗口并找出窗口外的最大值；所述除法器连接到所述比较器，完成信噪比的计算，即P_MAX/P_SEC，并将结果送入所述比较器；所述比较器比较信噪比与阈值的大小关系，判断捕获是否成功。

2.如权利要求1所述的一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销实现方法，其特征在于：所述相关器包括相关计算模块和相位计数器模块，分别实现相关值计算和相位计数功能；所述相关器计算来自射频前端的采样值与本地扩频码的相关值，并使用相位计数器模块记录当前相位：每完成一个相位的相关运算，相位计数器模块的计数值加一，排序器可根据该计数值判断是否已完成1023*N个相位的相关运算，其中N为整数，从而进一步确定是否向窗口界定器发送启动信号，如果该当前相位对应的相关值在所述排序器的排序过程中插入到相关值寄存器中，则该当前相位也会插入到相应的相位寄存器中；相关器还输出一标示信号，表示当前相位的相关运算已完成，排序器利用该标示信号启动排序操作，所述相关器输出的相关值作为所述排序器的输入，与所述排序器的相关值寄存器中的值进行比较排序。

3.如权利要求1所述的一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销实现方法，其特征在于：所述排序器包括排序控制器、相位比较器、相关值寄存器、相位寄存器等四部分；所述排序控制器实现排序算法，所述相位比较器比较当前相位与总相位数1023*N的大小关系，用于确定所有1023*N个相关值是否计算完毕，所述相关值寄存器用于保存1023*N个相关值中最大的2*(W+1)个值，所述相位寄存器用于保存与相关值寄存器中的相关值对应的相位，如果所有相位的相关值运算均已完成且对最后一个相关值的排序操作结束即可启动窗口界定器。

4.如权利要求3所述的一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销实现方法，其特征在于：所述排序控制器包括排序状态机、相关值比较器、地址计数器、地址选择器、地址暂存器等五个模块；所述排序状态机控制排序过程，所述相关值比较器比较当前输入的新相关值与相关值寄存器中各个相关值的大小关系，所述地址计数器用于产生寻址相关值寄存器与相位寄存器的地址，所述地址选择器选择所述地址计数器中的值作为地址信号，所述地址暂存器暂存当前输入的新相关值要插入到相关值寄存器中的位置，即地址，将输入的新相关值及对应的相位分别插入相关值寄存器和相位寄存器中。

5.如权利要求4所述的一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销实现方法，其特征在于：所述排序控制器工作工程如下：当前相关值计算完毕时启动排序控制器中的排序状态机，排序状态机启动地址计数器，并置其初始值为2*W+1，同时排序状态机发出选择地址信号控制地址选择器选择地址计数器中的值作为地址信号；状态机每个时钟节拍向所述相关值寄存器发出地址信号和读取数据信号，控制相关值寄存器将指定数据送入排序控制器，并通过排序控制器中的相关值比较器与当前输入的相关值比较，若当前输入的相关值小于或者等于相关值寄存器中的待比较值，则地址计数器减一，排序状态机重复该过程，直至出现下列两种情况：

1)当前输入的相关值小于相关值寄存器中的最小值，则计数器为0后，状态机自动停止，并置所有控制信号无效；

2)当前输入的相关值大于或者等于相关值寄存器中的待比较值，状态机发出暂存地址信号控制所述地址暂存器将地址计数器中的当前值存入地址暂存器，取消读取数据信号，下一个时钟节拍，排序状态机发出置0信号，将地址计数器中的值设置为0，之后每个时钟节拍状态机送出地址信号，并发出移动数据信号，控制相关值寄存器将地址计数器指定的寄存器单元中来自高地址寄存器的值锁定到该地址计数器指定的寄存器单元，同时相位寄存器也做同样的移动，然后排序状态机控制地址计数器加一，重复该过程，直至地址计数器中的值与地址暂存器中的值相等，此时数据移动完毕；所有数据移动完毕后，排序状态机通过选择地址信号控制地址选择器选择地址暂存器中的值作为地址信号，并发出插入数据信号，控制相关值寄存器将当前输入的相关值插入指定地址，同时相位寄存器也将相应的相位值插入，此时排序操作完成，排序状态机发出排序结束信号。

6.如权利要求3所述的一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销实现方法，其特征在于：所述相关值寄存器包括相关值寄存器状态机、相关值选择器、相关值寄存器阵列等三部分；所述相关值寄存器状态机作为控制模块，控制其他两个模块，所述相关值选择器用于选择指定的数据，反馈回排序器作为排序控制器中相关值比较器的输入，所述相关值寄存器阵列用于保存最大的2*(W+1)个相关值，其中的每个寄存器的输入可以选择为当前相关值或其高地址寄存器的值，前者用于插入数据，后者用于移动数据；所述相关值寄存器状态机收到排序控制器发送的读取数据信号时，不向相关值寄存器阵列发送任何信号，仅由排序控制器发出的地址信号即可完成读取数据操作；移动数据时，相关值寄存器状态机向相应地址的相关值寄存器单元发出移动数据信号，控制选定的相关值寄存器单元将来自其高地址寄存器的输入锁定，重复该过程，从而将最小值移出相关值寄存器阵列；插入数据时，相关器寄存器状态机向相应地址的相关值寄存器发出插入数据信号，控制选定的相关值寄存器将当前输入的相关值锁定，从而完成插入数据的操作；相关值寄存器阵列中，地址为0～2*W的相关值寄存器的值输出给所述窗口界定器，用于选择窗口外的最大相关值，地址为2*W+1的相关值寄存器的值为最大相关值，输出给所述除法器，用于计算信噪比。

7.如权利要求3所述的一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销实现方法，其特征在于：所述相位寄存器包括相位寄存器状态机和相位寄存器阵列两部分；所述相关值寄存器状态机作为控制模块，所述相位寄存器阵列保存与最大的2*(W+1)个相关值对应的相位值，其中的每个寄存器的输入可以选择为当前相位或其高地址寄存器的值，前者用于插入数据，后者用于移动数据；所述相位寄存器状态机收到排序控制器发送的移动数据信号时，相位寄存器状态机向相应地址的相位寄存器发出移动数据信号，控制选定的相位寄存器将来自其高地址寄存器的输入锁定，重复该过程，从而将与相关值寄存器中的最小值对应的相位移出相位寄存器阵列；插入数据时，所述相位寄存器状态机向相应地址的相位寄存器发出插入数据信号，控制选定的相位寄存器将当前输入的相关值对应的相位锁定，从而完成插入数据的操作。

8.如权利要求1所述的一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销实现方法，其特征在于：所述窗口界定器由窗口界定器状态机、相关值暂存器、相关值选择器、相位选择器、窗口判定器、窗口划定器等六个模块组成，所述窗口界定器状态机用于控制其他五个模块，所述窗口划定器根据最大相关值的相位和窗口宽度得出窗口位置，所述窗口判定器用于判定某个相位是否位于窗口划定器划定的窗口中，所述相关值选择器根据窗口界定器状态机发出的地址信号，选择排序器中相关值寄存器的值作为相关值暂存器的输入，所述相位选择器根据窗口界定器状态机发出的地址信号，选择排序器中相位寄存器的值作为窗口判定器的输入，所述相关值暂存器用于暂存由窗口判定器判定的第一个不在窗口划定器划定的窗口内的相关值；窗口界定器利用最大相关值对应的相位划定窗口，同时根据划定的窗口按优先级检测其他相位，并记录当前待判定的相位的索引，当遇到第一个不在窗口内的相位时停止检测，并输出索引值到相关值选择器，将对应的相关值，即窗口外的最大值输出给除法器，同时启动除法器进行除法运算。

9.如权利要求8所述的一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销实现方法，其特征在于：所述窗口界定器工作过程如下：利用最大相关值对应的相位划定窗口，该功能由窗口划定器实现；窗口划定器给出四个信号：相位1、标志1、相位2、标志2，相位1和相位2给出窗口的边界，并且相位1小于相位2，标志1和标志2分别给出窗口与相位1和相位2的位置关系，根据情况，有如下两种关系：

1)窗口位于二者之间；

2)窗口中的相位值小于相位1或者大于相位2；

窗口判定器接收到窗口界定器状态机给出的启动信号后，根据窗口划定器划定的窗口判定当前由窗口界定器状态机选择的相位与窗口的关系，若该相位不在窗口内，则给出匹配信号，说明已经找出不在窗口内的最大值相关值，同时停止窗口判定操作；窗口界定器状态机在接收到启动信号后，向相关值选择器和相位选择器发出信号，选择相应的相关值和相位，窗口判定器完成一次判定操作后，窗口界定器状态机将选择信号的值减一，选择新的相关值和相位，重复此过程，直至窗口判定器给出匹配信号，此时窗口界定器状态机向相关值暂存器发出锁定信号，控制相关值暂存器将选择的相关值锁定，该相关值即窗口外的最大值，同时窗口界定器状态机向除法器发出启动信号，启动信噪比计算操作。

10.如权利要求1所述的一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销实现方法，其特征在于：所述除法器完成除法运算，为降低硬件开销，提高运算速度，采用不恢复余数法，采用信噪比判定法时，指定的阈值是小数。

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