CN103472468A - 一种gnss卫星信号捕获中的伪码相位流水搜索方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于GNSS卫星信号捕获中的伪码相位流水搜索方法，所述方法包括：步骤1.数据流中当前数据与伪码移位存储器中存储的伪码码片进行符号运算，运算结果累加到对应的输出单元；步骤2.伪码移位存储器中每存入一个伪码码片，重复步骤1一次。采用本发明的技术方案后，只需要少量的移位存储单元便可以完成复杂的伪码相位搜索运算，并且可以根据具体实现系统中的需求，灵活的调节并行搜索相位数，和流水线的长度来解决资源消耗和运算速度之间，以及搜索时间和系统灵敏之间的矛盾。

Description

一种GNSS卫星信号捕获中的伪码相位流水搜索方法
技术领域
本发明涉及卫星导航信号处理技术领域，尤其涉及一种GNSS卫星信号捕获中的伪码相位流水搜索方法。
背景技术
全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)利用导航卫星进行定时、定位和测距，能在全世界范围内实现全天候、全方位连续为海上、陆地和空中的用户提供实时高精度的三维空间、速度和时间信息。目前，GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo系统、中国的北斗导航系统，以GPS系统为例，该系统主要由三部分组成，即空间部分、地面控制部分和用户装置部分。空间部分由24颗卫星组成，分布在6个道平面上。地面控制部分由负责管理、协调整个地面控制系统的工作的主控站、在主控站的控制下，向卫星注入寻电文的地面天线、作为数据自动收集中心的监测站和通讯辅助系统组成。用户装置部分主要由GPS接收机和卫星天线组成。 
目前，在对GNSS卫星信号进行捕获时，由于伪码码长通常较长，所以对伪码相位的搜索涉及到巨大的运算。现有技术通常采用缓存数据，集中剥离的方式，具体操作如附图1所示:
101为信号数据流，由数据包组成，每个数据包是以伪码码片长度为单位的信号相干积分值。
102为用于存储数据包的移位存储器，每间隔一个码片时长，该存储器就会把已存信号左移一次，并将当前包存储在存储器最右边的单元内，每当完成n个数据包的存储时，102将其所有存储内容复制给103。
103为数据存储器，其作用是保存连续n个码片时长的数据包，在接下来的n个码片时间内不变，直到完成这些数据内所有码相位的匹配搜索。
104为一个完整的卫星原始伪码，即0相位码，从第一个码片到最后一个码片顺序排列，为不失一般性，码长设为m。
105和106分别是通过对104左移而得到的1相位码，和m-1相位码。
附图1中描述了目前普遍应用，并且行之有效的伪码剥离方法。
附图1中所取的数据长度为n，最为简单的一种实施方案便是取n的值为码长m，一次轮运算就能完成一个码长周期上所有码相位的剥离操作，处理效率极高，但这种方式的资源消耗是不能接受的。
以北斗II卫星信号为例，伪码长度为2046，假设一个数据包的数据位宽为10比特，在一轮运算中进行2046个数据上的2046个伪码相位的搜索，资源消耗情况为：
1.   数据存储单元40920（002和003，单位：bit）；
2.   伪码移位存储单元2046（004,005和006，单位：bit）；
3.   数据移位次数41861160（按bit计，单位：bit*次）；
4.   伪码移动次数4186116（按bit计，单位：bit*次）；
5.   相关累计次数4186116（20比特加）；
6.   码片剥离次数4186116（根据码片正负，对数据去补码或者原码）；
7.   遍历搜索时间1毫秒。
这种数量的资源消耗是不能接受的，为了解决资源消耗的问题，传统作法也对此方法作了优化，即并不在一轮运算中完成2046个码片长度上的所有相位搜索。假设每次匹配32个码片（取32并不存在特殊含义，只是为了给出一个统一的量化值，方便和本发明的资源消耗做等效对比）长度上的32个伪码相位。     
这种方式在一个伪码长度上的资源消耗情况为：
1.   数据存储单元640（002和003，单位：bit）；
2.   伪码移位存储单元2046（004,005和006，单位：bit）；
3.   数据移位次数655360（按bit计，单位：bit*次）；
4.   伪码移动次数4186116（按bit计，单位：bit*次）；
5.   相关累计次数65472（20比特加）；
6.   码片剥离次数65472（根据码片正负，对数据去补码或者原码）；
7.   遍历搜索时间64毫秒。
 
完成整个2046个数据上2046个相位搜索消耗时间为前一种方案的64倍。显然这是一种资源消耗，和运算速度折中的优化，使两者都处于可以接受的范围内。
附图1给出了目前采用的伪码相位搜索方法，本发明是在该基础上，提出的一种新的应用于GNSS卫星信号捕获中的伪码相位流水搜索方法，能够更有效的节省资源消耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于GNSS卫星信号捕获中的伪码相位流水搜索方法，能够有效减少伪码相位搜索时候的资源消耗。
本发明提供一种应用于GNSS卫星信号捕获中的伪码相位流水搜索方法，所述方法包括： 
步骤1，数据流中当前数据与伪码移位存储器中存储的伪码码片进行符号运算，运算结果累加到对应的输出单元；
步骤2，伪码移位存储器中每存入一个伪码码片，重复步骤1一次。
更进一步，所述符号运算是指，当伪码为1的时候，对数据取补码；当伪码为0的时候，对数据取原码。
更进一步，所述对应的输出单元，是指与伪码移位存储器中每个码片对应的输出单元。
更进一步，当最后一个伪码码片重复步骤1后，选择输出单元中相位值最大的作为搜索结果输出。
更进一步，所述GNSS卫星信号为北斗2代卫星信号。 
采用本发明的技术方案后，只需要少量的移位存储单元便可以完成复杂的伪码相位搜索运算，并且可以根据具体实现系统中的需求，灵活的调节并行搜索相位数，和流水线的长度来解决资源消耗和运算速度之间，以及搜索时间和系统灵敏之间的矛盾。
 
附图说明
图1是GNSS卫星信号的一般伪码相位搜索示意图；
图2是本发明实施例GNSS卫星信号伪码相位流水搜索示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是GNSS卫星信号的一般伪码相位搜索示意图；图2是本发明实施例GNSS卫星信号伪码相位流水搜索示意图。
本发明的方案根据实时信号的流水特点设计，只需要少量的移位存储单元便可以完成复杂的伪码相位搜索运算，并且可以根据具体实现系统中的需求，灵活的调节并行搜索相位数，和流水线的长度来解决资源消耗和运算速度之间，以及搜索时间和系统灵敏之间的矛盾。
附图2给出了本发明实施例的具体实施步骤：
201,202,203,204为数据流，在本实施例中只需要当前数据参与运算，所以不需要数据存储器。
205,206,207,208为伪码移位存储器，位宽1bit。
209,210,211,212为输出单元，相位相干积分值通过输出单元的串行累计得到，即
第一步:
相位0=码1*D1；
第二步：
相位0=码1*D1 + 码2*D2；
相位1=码1*D2；
第n步；
相位0=码1*D1 + 码2*D2+ 码3*D3+ ……+码n*Dn；
相位1=码1*D2 + 码2*D3+ 码3*D4+ ……+码n-1*Dn；
……
相位n=码1*Dn；
第一步中，用当前第一个数据和第一个码片进行符号运算剥离伪码（根据码片正负，对数据去补码或者原码），相位0开始累加，然后码1下滑，码2被放在码1的位置；
第二步中，用当前数据分别和码1码2作符号运算，相位0和相位1同时累加，然后依次下滑；
第n步中，伪码填满伪码移位存储器，n个相位同时累加；
第n+1步中，因为便于和现有方案对比，只做n个相位，所以码1滑出移位存储器，不再参与运算。
本实例中充分利用了数据和伪码的流水特性，对存储器作了最大的优化。同样以n=32为例，详细资源消耗情况如下：
1.   数据存储单元0（没有数据存储器）；
2.   伪码移位存储单元32（205,206,207,208，单位：bit）；
3.   数据移位次数0（只有当前数据参与运算）；
4.   伪码移动次数65472（按bit计，单位：bit*次）；
5.   相关累计次数65472（20比特加）；
6.   码片剥离次数65472（根据码片正负，对数据去补码或者原码）；
7.   遍历搜索时间64毫秒。
本方法通过充分利用数据和伪码的流水特性，对存储资源进行了最大的优化。
本实例利用数据和伪码流水性的特点，可以较大程度减少存储空间和移位操作次数。基于时刻来运算，每次就处理数据流中的当前数据包，那么数据存储单元就不再需要。
需要额外指出的是，本发明设计的n个码片中的n的数量，是可以根据具体情况来设定的，不局限于本发明实施例中的n=32。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种GNSS卫星信号捕获中的伪码相位流水搜索方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，数据流中当前数据与伪码移位存储器中存储的伪码码片进行符号运算，运算结果累加到对应的输出单元；
步骤2，伪码移位存储器中每存入一个伪码码片，重复步骤1一次。
2.根据权利要求1所述的GNSS卫星信号捕获中的伪码相位流水搜索方法，其特征在于，所述符号运算是指，当伪码为1的时候，对数据取补码；当伪码为0的时候，对数据取原码。
3.根据权利要求1和2所述的GNSS卫星信号捕获中的伪码相位流水搜索方法，其特征在于，所述对应的输出单元，是指与伪码移位存储器中每个码片对应的输出单元。
4.根据权利要求1至3所述的GNSS卫星信号捕获中的伪码相位流水搜索方法，其特征在于，当最后一个伪码码片重复步骤1后，选择输出单元中相位值最大的作为搜索结果输出。
5.根据权利要求1至4所述的GNSS卫星信号捕获中的伪码相位流水搜索方法，其特征在于，所述GNSS卫星信号为北斗2代卫星信号。
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