CN103033826A - 一种高灵活度的定位卫星信号捕获系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高灵活度的定位卫星信号捕获系统，包括：第一数控振荡器，用于对输入信号进行数字下变频，从而生成同相正交信号；半带滤波器，用于滤除同相正交信号的高频噪声；抽取器，用于对滤波后的信号进行抽取，从而降低信号的速率；记忆存储器，用于存储抽取后的信号；相关器，用于从记忆存储器提取信号进行相关搜索。本发明包括用于相关搜索的相关器，能在搜索过程中对资源与搜索速度进行灵活配置，从而提高资源的利用率；不同捕获系统只需要替换本地的GOLD码生成器以及调整计算的速度，兼容性和可移植性较好。进一步，本发明可以适当增加或减少子相关器的数目，以达到资源和搜索速度的平衡。本发明广泛应用于卫星通信领域。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信领域，尤其是涉及一种高灵活度的定位卫星信号捕获系统。
背景技术
全球导航卫星系统(GNSS)室外定位技术的研究与应用已经很普遍。GNSS接收机处理信号时需要用到捕获系统。捕获系统用来检测从天线端是否接收到有效的GNSS信号。本地产生的伪随机序列(PRN)码需要与接收信号同步，才能对接收信号进行解扩。捕获系统需要同时估计出本地信号与接收信号的PRN码相位差和载波多普勒频移，以便用于接收机后续的跟踪。因此，GNSS信号的捕获是一种二维搜索过程，即PRN码的相位和信号多普勒频偏都要由捕获过程给出。
传统的捕获系统大多采用时域的串行捕获和频域的FFT方法捕获这两种相关技术。采用时域的传串行捕获原理简单且易于实现，但是捕获时间很长；采用频域的FFT方法捕获大大降低了捕获的时间，但是其进行FFT操作通常会受到处理器运算能力的限制，而且会占用较多资源。另外，不同捕获系统所采用的算法具有独立性和非兼容性，导致不同捕获系统之间的移植能力低下。一旦捕获系统定型，很难再做扩展。
综上，现有技术的主要缺点是占用资源过多，不同捕获系统之间的移植能力低下，难以同时兼顾资源和搜索速度，因此很难满足不同应用场景的需求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种高灵活度的定位卫星信号捕获系统，以达到资源与搜索速度的平衡。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高灵活度的定位卫星信号捕获系统，该系统包括：
第一数控振荡器，用于对输入信号进行数字下变频，从而生成同相正交信号；
半带滤波器，用于滤除同相正交信号的高频噪声；
抽取器，用于对滤波后的信号进行抽取，从而降低信号的速率；
记忆存储器，用于存储抽取后的信号；
相关器，用于从记忆存储器提取信号进行相关搜索。
进一步，所述相关器包括：
地址控制模块，用于读取记忆存储器的数据；
频偏调整模块，用于调整地址控制模块读取的数据信号的频偏；
GOLD码生成模块，用于生成本地的GOLD码；
子相关器模块，用于对经过频偏调整后的信号以及GOLD码生成模块生成的本地GOLD码进行相关运算，判断是否有对应的伪随机码存在；
计数器，用于控制所述地址控制模块、频偏调整模块、GOLD码生成模块和子相关器模块的计算时序和速度。
进一步，所述子相关器模块包括：
相乘单元，用于对经过频偏调整后的信号和本地生成的GOLD码进行相乘运算；
累加单元，用于对相乘后的数据进行累加处理；
绝对值运算单元，用于对累加后的数据进行求绝对值运算；
峰值检测单元，用于检测求绝对值运算后的信号的峰值，并输出峰值的位置信息和能量信息。
进一步，所述频偏调整模块包括：
第二数控振荡器，用于搜索输入信号的多普勒频偏；
频偏控制单元，用于控制多普勒频偏的大小和方向。
进一步，所述子相关器模块还包括用于对子相关器模块进行清除和复位的清除及复位单元。
进一步，所述子相关器模块包括一个或多个并行连接的子相关器。
进一步，所述相关器后面还设有跟踪模块，所述跟踪模块包括：
延迟锁定环，用于进行码元跟踪；
锁相环，用于进行载波相位跟踪；
锁频环，用于进行频率跟踪。
本发明的有益效果是：包括用于相关搜索的相关器，能在搜索过程中对资源与搜索速度进行灵活配置，从而提高资源的利用率。而且，不同捕获系统只需要替换本地的GOLD码生成器以及调整计算的速度，兼容性和可移植性较好。进一步，子相关器模块包括一个或多个并行连接的子相关器，因此本发明可以适当增加或减少子相关器的数目，以达到资源和搜索速度的平衡，从而满足不同应用场景的需求。
附图说明
图1为本发明一种高灵活度的定位卫星信号捕获系统的系统框图；
图2为本发明相关器模块的组成框图；
图3为本发明相关器子模块的组成框图；
图4为本发明频偏调整模块的组成框图
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
参照图1，一种高灵活度的定位卫星信号捕获系统，该系统包括：
第一数控振荡器，用于对输入信号进行数字下变频，从而生成同相正交信号；
半带滤波器，用于滤除同相正交信号的高频噪声；
抽取器，用于对滤波后的信号进行抽取，从而降低信号的速率；
记忆存储器，用于存储抽取后的信号；
相关器，用于从记忆存储器提取信号进行相关搜索。
其中，第一数控振荡器的输入信号为经过模拟下变频、模数转换等处理的数字中频信号。输入的数字中频信号首先经过第一数控振荡器分为两路信号：正交分量信号和同相分量信号。接着，正交分量信号依次经过第一半带滤波器和第一抽取器处理后进而在记忆存储器存储起来，而同相分量信号依次经过第二半带滤波器和第二抽取器处理后进而在记忆存储器存储起来。最后，相关器从记忆存储器提取存储信号进行相关搜索，从而完成信号的捕获这一过程。在本实施方式中，相关器在搜索过程中对资源与搜索速度进行灵活配置（根据实际需要平衡资源和搜索速度），能满足不同资源需求与速度需求，从而提高资源的利用率。
参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述相关器包括：
所述相关器包括：
地址控制模块，用于读取记忆存储器的数据；
频偏调整模块，用于调整地址控制模块读取的数据信号的频偏；
GOLD码生成模块，用于生成本地的GOLD码；
子相关器模块，用于对经过频偏调整后的信号以及GOLD码生成模块生成的本地GOLD码进行相关运算，判断是否有对应的伪随机码存在；
计数器，用于控制所述地址控制模块、频偏调整模块、GOLD码生成模块和子相关器模块的计算时序和速度。
其中，输入信号为记忆存储器存储的两路信号，GOLD码为伪随机码的一种，而生成本地的GOLD码提供给子相关器模块进行运算，计数器用来保证各模块之间的数据正常流动。
参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述子相关器模块包括：
相乘单元，用于对经过频偏调整后的信号和本地生成的GOLD码进行相乘运算；
累加单元，用于对相乘后的数据进行累加处理；
绝对值运算单元，用于对累加后的数据进行求绝对值运算；
峰值检测单元，用于检测求绝对值运算后的信号的峰值，并输出峰值的位置信息和能量信息。
其中，子相关器模块对信号的搜索过程与匹配滤波器一致，均利用本地生成的GLOD码与输入信号相乘、累加和求求绝对值，进而通过移位搜索（即峰值检测）寻找出最大值时对应的位置、能量等信息。在本实施方式中，子相关器模块采用了先累加再做相关的非相关累加方式，与传统的非相关累加不同，其通过降低多普勒频偏的搜索步长来防止频偏引起的累加抵消，从而降低了记忆存储器的消耗。多普勒频偏的搜索步长=0.5/[非相关累加次数*(子相关器相关长度/4092))]。可以得出，多普勒频偏的搜索步长最大值为0.5khz。在搜索过程中可以根据实际需要降低多普勒频偏的搜索步长，即通过提高搜索精度来防止频偏引起的累加抵消。例如搜索步长变为0.25khz、0.125khz和0.0625khz等。
参照图4，进一步作为优选的实施方式，所述频偏调整模块包括：
第二数控振荡器，用于搜索输入信号的多普勒频偏；
频偏控制单元，用于控制多普勒频偏的大小和方向。
进一步作为优选的实施方式，所述子相关器模块还包括用于对子相关器模块进行清除和复位的清除及复位单元。相乘单元、累加单元、绝对值运算单元和峰值检测单元均设置有清除及复位单元。清除及复位单元的信号可通过手动输入或根据编写的程序自动从捕获系统获取。
进一步作为优选的实施方式，所述子相关器模块包括一个或多个并行连接的子相关器。
其中，子相关器采用非实时的相关方式，因此可以利用增减子相关器的数量来控制资源与搜索速度。下面对本发明的子相关器作进一步说明：
（1）子相关器的最小相关长度为1023*4，最小搜索长度也为1023*4，而记忆存储器的存储长度取决于子相关器的相关长度；
（2）子相关器的工作频率为102.3Mhz或102.3Mhz以上（根据实际布线时序情况来设计子相关器的工作频率，例如工作频率为153.45Mhz）。
（3）搜索时间计算
采用1个子相关器（假设搜索37颗星，频偏搜索范围为-12khz～+12khz，子相关器相关长度为4092，频偏搜索步长为0.5khz，相关器工作频率为102.3Mhz）的搜索时间=【1023*4*1023*4*37*（24/0.5）】/（102.3*10e6）=290.7s；
而采用24个子相关器（假设搜索24颗星，频偏搜索范围为0khz～+12khz，子相关器相关长度为4092，频偏搜索步长为0.5khz，相关器工作频率为122.76Mhz）的搜索时间=【1023*4*1023*4*24*（12/0.5）】/（24*122.76*10e6）=3.27s。
可以看到，子相关器越多，搜索速度越快，但会相应占用更多的资源。多个子相关器在进行搜索时是并列的。因此，对多个GOLD码序列进行搜索的过程既可以采用1个子相关器进行多次搜索的方式，也采用多个子相关器同时对多个GOLD码搜索的方式，后者的搜索时间大为缩短。而且子相关器的数量不受搜索卫星的个数限制，例如资源满足的情况下，搜索24颗星可采用48个或以上的子相关器。
另外，不同卫星系统只需要替换本地GOLD码的生成器以及调整计算的速度，即可完成不同卫星系统的切换，兼容性和可移植性较好。
进一步作为优选的实施方式，所述相关器后面还设有跟踪模块，所述跟踪模块包括：
延迟锁定环，用于进行码元跟踪；
锁相环，用于进行载波相位跟踪；
锁频环，用于进行频率跟踪。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种高灵活度的定位卫星信号捕获系统，其特征在于，该系统包括：
第一数控振荡器，用于对输入信号进行数字下变频，从而生成同相正交信号；
半带滤波器，用于滤除同相正交信号的高频噪声；
抽取器，用于对滤波后的信号进行抽取，从而降低信号的速率；
记忆存储器，用于存储抽取后的信号；
相关器，用于从记忆存储器提取信号进行相关搜索。
2.根据权利要求1所述的一种高灵活度的定位卫星信号捕获系统，其特征在于，所述相关器包括：
地址控制模块，用于读取记忆存储器的数据；
频偏调整模块，用于调整地址控制模块读取的数据信号的频偏；
GOLD码生成模块，用于生成本地的GOLD码；
子相关器模块，用于对经过频偏调整后的信号以及GOLD码生成模块生成的本地GOLD码进行相关运算，判断是否有对应的伪随机码存在；
计数器，用于控制所述地址控制模块、频偏调整模块、GOLD码生成模块和子相关器模块的计算时序和速度。
3.根据权利要求2所述的一种高灵活度的定位卫星信号捕获系统，其特征在于，所述子相关器模块包括：
相乘单元，用于对经过频偏调整后的信号和本地生成的GOLD码进行相乘运算；
累加单元，用于对相乘后的数据进行累加处理；
绝对值运算单元，用于对累加后的数据进行求绝对值运算；
峰值检测单元，用于检测求绝对值运算后的信号的峰值，并输出峰值的位置信息和能量信息。
4.根据权利要求3所述的一种高灵活度的定位卫星信号捕获系统，其特征在于，所述频偏调整模块包括：
第二数控振荡器，用于搜索输入信号的多普勒频偏；
频偏控制单元，用于控制多普勒频偏的大小和方向。
5.根据权利要求4所述的一种高灵活度的定位卫星信号捕获系统，其特征在于，所述子相关器模块还包括用于对子相关器模块进行清除和复位的清除及复位单元。
6.根据权利要求2-5任一项所述的一种高灵活度的定位卫星信号捕获系统，其特征在于，所述子相关器模块包括一个或多个并行连接的子相关器。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种高灵活度的定位卫星信号捕获系统，其特征在于，所述相关器后面还设有跟踪模块，所述跟踪模块包括：
延迟锁定环，用于进行码元跟踪；
锁相环，用于进行载波相位跟踪；
锁频环，用于进行频率跟踪。
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