CN106230475B - 一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种基于载波多普勒和伪码多普勒联合补偿的捕获方法及装置，包括一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法(简称本方法)及一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获装置(简称本装置)；本方法为：1射频前端对接收信号进行下变频及采样；2伪码相关模块对一个周期伪码序列进行采样，经FFT模块后存储；3并行频率搜索模块剥离载波多普勒；4折叠相加模块将3的结果以伪码周期为单位分组后折叠相加；5伪码相关模块计算折叠相加信号与本地伪码的相关结果；6码走动补偿模块估计不同频率搜索通道Tong检测器逗留需补偿的码多普勒走动；7Tong检测器模块检测并补偿码多普勒走动；8判断计数变量是否达到阈值并做相应操作。

Description

一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获方法及装置

技术领域

本发明涉及一种基于Tong检测器中伪码多普勒补偿捕获方法及装置，属于直接序列扩频通信以及联合域伪码捕获技术领域。

背景技术

直接序列扩频系统的基带信号处理主要包括捕获、跟踪两个模块，其中捕获模块需要实现对接收信号载波频率和伪码相位的二维粗略估计，捕获成功后将得到的粗估值送入跟踪模块作为跟踪模块的初始值。

在天基测控、卫星通信等应用环境中，由于动态高、传输距离远、信号发射功率受限等原因，低信息速率的直接序列扩频信号捕获将面临前所未有的难题。低信息速率导致所捕获需要的单次相干积分时间变长，使伪码多普勒频率在此时间内积累出较为明显的伪码走动，进而导致伪码相关结果的平台化效应，使每次的伪码相关峰值不再出现于同一位置，而是呈平台状。若伪码走动超过半个码片，捕获结果将受到严重影响，出现无法捕获甚至错误捕获的情况。

针对捕获中出现码多普勒走动的问题，目前的常用的一种补偿算法是通过调整伪码相关峰位置来补偿伪码走动(多普勒域和延迟域二维捕获方法及装置2015104712601)，该方法通过插值和抽取的方式改变伪码相关峰位置来实现码多普勒走动补偿，但此方法并未考虑符号跳变对积分长度的限制，并且此方法中所使用的非相干积分也会引入平方损耗，影响积累效果；另一种解决途径是基于调整本地伪码速率以消除码多普勒频率的方法(李洪,周辉,陆明泉,等.基于码多普勒补偿的微弱GNSS长码快速直接捕获算法.中国科学:物理学力学天文学,2010,40:560～567)，该算法根据所搜索的载波频率格进行码多普勒补偿，可以延长预检测积分时间从而改善捕获性能，但由于码多普勒频率相对于自身码速率来讲很小，因此在硬件实现中对本地伪码速率进行微小的调整并不方便；基于此类补偿方法的捕获结构还可利用半比特搜索法和差分积累增加积累时间(马永奎,张一,张中兆,等.改进的高动态高灵敏度GPS信号捕获算法.系统工程与电子技术,2009,31:265～269)，但由于积累时间较长，硬件实现中快速傅立叶变换的点数也随之增多，不利于节约硬件资源。

上述已有的码多普勒走动补偿技术虽然能通过调整本地伪码速率或相关峰位置来实现码多普勒走动的补偿，但依然存在不便于硬件实现或无法克服数据跳变的问题。本发明的目的旨在克服存在数据跳变下，捕获中出现码多普勒走动的技术问题，提出了一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法及装置。

发明内容

本发明的目的在于针对传统方法存在的码多普勒走动导致伪码相关结果平台化效应的缺陷，提出了一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获方法及装置。

一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获方法及装置包括一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法(简称本方法)以及一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获装置(简称本装置)；本装置包括接收机天线、射频前端、存储器模块、并行频率搜索模块、折叠相加模块、FFT模块、伪码相关模块、码走动补偿模块以及Tong检测模块；

其中，射频前端包括下变频单元以及AD采样单元；

伪码相关模块包括预存的本地伪码快速傅立叶变换、乘法单元以及逆快速傅立叶变换单元；

并行频率搜索模块包含L个频率通道；

本装置的各模块连接关系如下：

接收机天线与射频前端相连，射频前端与并行频率搜索模块相连，并行频率搜索模块与折叠相加模块和码走动补偿模块相连，折叠相加模块与FFT模块相连，FFT模块和存储器模块均与伪码相关模块相连，伪码相关模块与码走动补偿模块均和Tong检测模块相连；

本装置的各模块功能如下：

接收机天线用于接收信号；

射频前端用于对接收信号进行下变频和采样；

存储器模块用于存储经过FFT变换后一个周期的本地伪码序列；

并行搜索模块用于按固定频率步进产生本地载波，再与接收信号相乘，以剥离多普勒频率，再将此剥离多普勒频率后的信号输出给折叠相加模块；

折叠相加模块用于将剥离多普勒频率后的信号以码元周期为单位进行分组，并将相关时间内包含的数个码元周期进行对应点累加，形成新的码元周期；

FFT模块用于对折叠相加模块输出的每一组序列进行快速傅立叶变换，得到伪码相关模块的输入FFT序列；

伪码相关模块用于将FFT模块的输出序列与本地伪码信号的快速傅立叶变换序列相乘，再通过逆快速傅立叶变换得到相关结果，取模值，其中乘法单元调用预存的本地伪码FFT序列，与折叠相加后FFT模块的输出依次相乘，IFFT单元对乘法单元的输出进行逆快速傅立叶变换，取模单元对IFFT单元的输出进行取模运算；

码走动补偿模块用于计算每个频率搜索通道内，Tong检测器每次逗留产生的码走动值，并按该值对Tong检测器检测结果进行循环移位，补偿码多普勒走动；

Tong检测模块用于检测码走动补偿模块补偿后输入Tong检测器的伪码相关值，依据其与恒虚警门限比较的结果改变计数变量，直至计数变量累计达到上门限，根据其所处的搜索通道位置得到载波多普勒频率估计值并由Tong检测器输出的峰值位置得到码相位估计值作为捕获结果；

一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法，包括以下步骤：

步骤一、接收机天线接收信号，再通过射频前端进行下变频及采样；

其中，下变频通过下变频单元实现，输出为带有数据调制的复信号；采样通过AD采样单元实现，采样率为f_s，采样结果为带有数据调制的基带采样序列，可以用如下公式(1)表示：

其中，N为总体采样点数；t_s＝1/f_s为时域采样间隔，D(nt_s)代表nt_s采样时刻的调制数据，为二进制数据，n代表第n个采样点；表示接收信号的伪码，τ₀代表伪码初始相位，表示载波多普勒频率，其中，c为光速，v为本装置相对于卫星的运动速度，f_RF为射频载波频率，ξ＝v/c，代表本装置相对于卫星的运动速度与光速的比值；exp代表以e为底的幂级数；j代表虚数单位；为射频载波初始相位；

步骤二、伪码相关模块以和AD采样单元的相同采样率对存储器模块产生的一个周期伪码序列进行采样，再输入FFT模块进行处理后存入存储器模块，具体为：

步骤2.1伪码相关模块以和AD采样单元的相同采样率对存储器模块产生的一个周期伪码序列，即对本地伪码进行采样，得到采样输出；

其中，所述的相同采样率为f_s；采样输出记为其表达式为如下公式(2)：

其中，表示带有估计相位的本地伪码；为本地伪码的估计相位，N_c＝T_cf_s是本地伪码一个伪码周期的采样点数，T_c＝LT_cp为本地伪码的伪码周期，T_cp＝1/R_cp为一个本地伪码的码片持续时间，R_cp为本地伪码的码速率；

步骤2.2 FFT模块对步骤2.1的采样输出进行FFT变换并取共轭；

其中，FFT变换并取共轭得到其表达式为如下公式(3)：

其中，表示对本地伪码的采样输出进行FFT变换，表示对FFT变换后的结果取共轭，k表示本地伪码经过FFT处理后变换到频域的点数；

步骤2.3将步骤2.2所得的结果存入存储器模块；

步骤三、并行频率搜索模块确定搜索频率，并进行载波多普勒剥离，具体为：

步骤3.1并行频率搜索模块根据信道先验信息估计载波多普勒频偏范围；

其中，所述的信道先验信息为可预知的最大载波多普勒频偏；所述的载波多普勒频偏范围，记为：(-f_d,max,f_d,max)，f_d,max即最大载波多普勒频偏；

步骤3.2将频偏范围按固定搜索步进划分成多个频率单元；

其中，固定搜索步进，记为Δf_d，划分成L个频率单元，且第l个本地频率单元对应的搜索频率可以用如下公式(4)表示：

f_l＝-f_d,max+lΔf_d,l＝0,1,2,...,L-1 (4)

其中，表示对2f_d,max/Δf_d向上取整：

步骤3.3并行频率搜索模块将本地载波与接收信号相乘完成载波多普勒剥离，具体为：

所述的载波多普勒剥离可以用如下公式(5)表示：

其中，M表示相关时间T_corr内的伪码周期个数，即T_corr＝MT_c；P_l表示Tong检测器逗留次数；

步骤四、折叠相加模块将步骤三输出的剥离多普勒频率后的信号以伪码周期为单位进行分组，并将相关时间内包含的数个伪码周期进行对应点累加，形成新的伪码周期，具体为：

步骤4.1折叠相加模块先将第l条搜索通道的接收信号r_l(n)以每行采样点长度为一个伪码周期N_c，分MP_l行进行折叠，令i＝0,1,...,MP_l-1，折叠后的r_l(n)，即折叠序列，可写为：

步骤4.2折叠相加模块再将步骤4.1重新划分后的折叠序列以M行为一组，对应采样点进行折叠相加，得到折叠相加信号，即：P_l个长度为N_c的新采样序列r′_l(p_l,n)，表示为如下公式(7)：

其中，所述的折叠相加需要满足在相关时间内，伪码多普勒走动小于半个码片的条件，即

步骤五、伪码相关模块计算步骤4.2的折叠相加信号与本地伪码的循环相关结果，并取模值，具体为：

步骤5.1伪码相关模块对步骤4.2的折叠相加信号按行做FFT，得到每行的FFT结果如下公式(8)：

r′_l(p_l,k)＝FFT[r′_l(p_l,n)],k＝0,1,2,...,N_c-1 (8)

步骤5.2伪码相关模块取步骤5.1的结果与步骤2.2的结果进行逐点相乘，并进行IFFT变换，得到第l条频率搜索通道的Tong检测器P_l次逗留的相关结果y_l(p_l,n)如下公式(9)：

其中，表示循环卷积，此时上式(9)可化简为：

其中，T_corr≤T_D；

步骤六、码走动补偿模块根据不同搜索通道对应的多普勒频率估计值，估计Tong检测器在该通道每次逗留所需补偿的伪码多普勒走动量；

其中，码走动补偿模块对第l条频率搜索通道中，Tong检测器第p_l次逗留所估计的码多普勒走动量可用如下公式(11)表示：

其中，[f_sT_cp_lf_lR_cp/f_RF]表示对f_sT_cp_lf_lR_cp/f_RF做取整处理；

步骤七、Tong检测器模块多次逗留检测并补偿码多普勒走动，具体为：

步骤7.1Tong检测器模块完成其各项参数设定；

其中，Tong检测器虚警检测门限设为V_t，Tong检测器计数变量设为n＝0,1,...,N_c-1,l＝0,1,...,L-1，计数变量初始值设为B，上门限设为A；

步骤7.2Tong检测器模块将步骤5.2的输出相关结果与步骤7.1设置的恒虚警门限进行比较，并将比较结果按照步骤六得到的码多普勒走动量进行循环移位后进行相应的处理，具体为：

Tong检测器模块将第p_l次逗留的相关结果y_l(p_l,n)与V_t进行比较，计大于V_t的位置为n^up，小于V_t的位置为n^down，将n^up、n^down分别按照循环移位后，得到并将前者对应的值加1，后者对应的值减1；

步骤八、判断计数变量是否达到上门限或者减为0，并进行相应操作：

8.1若计数变量达到上门限或者减为0，则本次捕获结束；

其中，若Tong检测器计数变量K_n达到上门限A，记录其对应点位置n_max及频率搜索通道数l_max，则频偏估计值为码相位估计值为若Tong检测器出现所有计数变量K_n均减为0，则认为本次捕获失败；

8.2若计数变量未达到上门限或者减为0，则Tong检测器继续重复步骤五到七N_dwell次；

其中，N_dwell表示Tong检测器检测逗留次数，其范围是1到60；

至此，从步骤一到步骤八完成了一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法。

有益效果

一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法及装置，与传统的多普勒频率以及码相位二维捕获算法与装置相比，具有如下有益效果：

1.在搜索载波多普勒频率的同时补偿Tong检测多次逗留时产生的伪码多普勒走动，克服了高动态、低信息速率和低信噪比环境下，传统伪码并行捕获算法由于出现伪码走动以及相关结果平台化导致的检测能力不足，捕获时间较长的问题，实现了多普勒域和延迟域的二维快速捕获；

2.在接收信号与本地伪码循环相关的过程中，本发明使用对接收信号进行折叠相加策略，缩短了做快速傅立叶变换所需的点数，节省了实现中硬件资源消耗。

附图说明

图1为本发明“一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法及装置”及实施例1的示意图；

图2为本发明“一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法及装置”及实施例2的工作过程示意图；

图3为本发明“一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法及装置”及实施例3基于折叠相加的相关算法示意图；

图4为本发明“一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法及装置”实施例4中与传统的未经过码多普勒走动补偿的方法所得Tong检测器检测结果进行比较的结果图；

图5为本发明“一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法及装置”实施例4中不同载噪比下，捕获概率的仿真统计图；

图6为本发明“一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法及装置”实施例4中不同载噪比下，平均捕获时间的仿真统计图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明涉及的实施例做进一步详细说明。

实施例1

本实施例阐述了将本发明“一种基于Tong检测器中伪码多普勒补偿捕获方法及装置”应用于大频偏、低信噪比下直接序列扩频信号捕获的结构框图。本实施例以射频频率为f_RF＝2.2GHz，伪码周期为1023，码片速率为R_cp＝3.069Mcps，数据速率为R_D＝2kbps，取相关时间长度为2个伪码周期，即M＝2，载波多普勒频率为f_d∈(-200kHz,200kHz)为例，由图1可以看出，接收机天线接收信号，再通过射频前端下变频和采样，再进行频率并行搜索，其结果输出给折叠相加模块及伪码走动补偿模块；折叠相加模块的输出送至FFT模块，FFT模块处理后，输出值伪码相关模块并与存储器模块中存储的本地伪码序列FFT结果进行相关运算，再经Tong检测模块与码走动补偿模块输出联合处理得出捕获结果。

实施例2

本实施例阐述了将本发明“一种基于Tong检测器中伪码多普勒补偿捕获方法及装置”应用于大频偏、低信噪比下直接序列扩频信号捕获的示意图。

图2为本方法的示意图以及本实施例的示意图，从图中可以看出，本方法包含如下步骤：

步骤A：进行下变频及采样率为f_s＝6.138MHz的AD采样，得到上述输入信号r_d(n)；

步骤B：伪码相关模块以和AD采样单元的相同采样率对存储器模块产生的一个周期伪码序列进行采样，再输入FFT模块进行处理后存入存储器模块，具体为：

步骤B.1伪码相关模块以和AD采样单元的相同采样率f_s对存储器模块产生的一个周期伪码序列，即对本地伪码进行采样，得到一个伪码周期N＝(f_s/R_cp)·1023＝2046个采样点；

步骤B.2FFT模块对步骤2.B的采样输出进行2048点的FFT变换并取共轭，得到

步骤B.3将步骤B.2所得的结果存入存储器模块；

步骤C：并行频率搜索模块确定搜索频率，并进行载波多普勒剥离，具体为：

步骤C.1并行频率搜索模块根据信道先验信息估计载波多普勒频偏范围f_d∈(-200kHz,200kHz)，即f_d,max＝200kHz；

步骤C.2将频偏范围按固定搜索步进Δf_d＝1kHz划分成个频率单元；

步骤C.3并行频率搜索模块产生频率为f_l＝-f_d,max+lΔf_d＝(-200+l)kHz的本地载波，将本地载波与接收信号相乘完成载波多普勒剥离，得到401组r_l(n)；

步骤D：折叠相加模块将步骤C.3输出的401组信号r_l(n)以一个伪码周期为单位进行分组，并将相关时间内包含的数个码元周期进行对应点累加，形成新的码元周期，具体为：

步骤D.1折叠相加模块先对401组信号r_l(n)均以一个伪码周期为长度进行分组折叠，每组长度为2046个采样点；

步骤D.2折叠相加模块再将步骤D.1重新划分后的折叠序列以2行为一组，对应采样点进行相加，得到折叠相加信号r′_l(p_l,n)，长度依然为2046；

步骤E：伪码相关模块计算步骤D.2的折叠相加信号与本地伪码的循环相关结果，并取模值，具体为：

步骤E.1伪码相关模块对步骤D.2的折叠相加信号按行做2048点FFT，得到每行的FFT结果r′_l(p_l,k)，k＝0,1,2,...,2047；

步骤E.2伪码相关模块取步骤E.1的结果与步骤B.3的结果进行逐点相乘，并进行IFFT变换，得到第l条频率搜索通道的Tong检测器P_l次逗留的相关结果y_l(p_l,n)，共401个频率搜索通道，每个通道需要做P_l次2048点的FFT-IFFT；

步骤F：码走动补偿模块根据401条搜索通道对应的多普勒频率估计值，计算在不同通道Tong检测器第p_l次逗留所需补偿的伪码多普勒走动

步骤G：Tong检测器模块多次逗留检测并补偿码多普勒走动，具体为：

步骤G.1Tong检测器都根据虚警概率10^-6，设定统一的恒虚警检测门限V_t＝1962.79，以及计数变量的初始值B＝2，上门限A＝15；

步骤G.2将第p_l次逗留的相关结果y_l(p_l,n)与V_t进行比较，计大于V_t的位置为n^up，小于V_t的位置为n^down，将n^up、n^down按照循环移位后，得到并将前者对应的值加1，后者对应的值减1；

步骤H：判断计数变量是否达到上门限或者减为0，并进行以下操作：

步骤H.1若计数变量达到上门限或者减为0，则本次捕获结束；

其中，若Tong检测器计数变量K_n达到上门限A，记录其对应点位置n_max及频率搜索通道数l_max，则频偏估计值为码相位估计值为若Tong检测器出现所有计数变量K_n均减为0，则认为本次捕获失败；

步骤H.2若计数变量未达到上门限或者减为0，则Tong检测器继续重复步骤E到G共N_dwell次；

其中，N_dwell取60。

实施例3

本实施例具体阐述了本发明步骤四中叙述的折叠相加方法及实施例1中步骤D的折叠相加算法，算法示意如图3所示。从图3中可以看出，折叠相加算法的具体步骤为：

步骤D.1原伪码序列(原序列)包含M个采样点数为L的伪码周期序列，伪码周期相应的采样点用a₀,...a_L-1表示，本实施例中，M＝2，L＝2046；

步骤D.2折叠相加模块对采样点数为M×L的原序列均以一个伪码周期为长度进行分组折叠，每组长度为2046个采样点；

步骤D.3折叠相加模块再将步骤D.2重新划分后的折叠序列以2行为一组，对应采样点进行相加，得到折叠相加后的新序列，用b₀,...,b_L-1表示，长度依然为2046；

实施例4

本实施例按照实施例1所述的参数、实施例2中所述的工作流程以及实施例3中所述的折叠相加算法，具体阐述了执行本发明步骤一到七后Tong检测模块输出伪码相位的检测结果，同时与传统的未经过码多普勒走动补偿的方法所得Tong检测器检测结果进行比较，比较结果如图4；

图4中，横坐标表示码相位，其单位为码片(chip)；纵坐标表示Tong检测器输出的归一化幅值；

从图4中可见，本实施例中，真实码相位为820，传统未经过码多普勒走动补偿的方法，由于码相位走动，会导致Tong检测结果出现平台化效应，即在多个码相位处均出现峰值，而本方法经过码多普勒走动补偿后，峰值均被校正到正确码相位处；由对比可见，使用传统捕获方法，伪码相关输出结果会出现平台化，因而使Tong检测器无法正常工作，而使用本发明所述的捕获方法则通过校正Tong检测器检测结果的位置，避免了平台化，从而提高了Tong检测器的检测准确性。

为了更好的检测本方法的捕获性能，对本方法的捕获时间和捕获概率均进行仿真统计，图5表示不同载噪比CN₀下，本方法按照实施例1所述的参数进行仿真得到的捕获概率，横坐标为载噪比CN₀，单位为dB·Hz，变化范围是38dB·Hz至43dB·Hz，纵坐标为捕获概率；图6表示不同载噪比CN₀下，本方法按照实施例1所述的参数进行仿真得到的平均捕获时间，横坐标为载噪比CN₀，单位为dB·Hz，变化范围是38dB·Hz至43dB·Hz，纵坐标为平均捕获时间，单位为s；

由上两图可知，CN₀＝39.5dB·Hz时，本发明所述的捕获算法捕获概率已经达到95％以上，且平均捕获时间只需要0.55s。

以上所述的具体描述，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获装置，其特征在于：包括接收机天线、射频前端、存储器模块、并行频率搜索模块、折叠相加模块、FFT模块、伪码相关模块、码走动补偿模块以及Tong检测模块；

其中，射频前端包括下变频单元以及AD采样单元；

伪码相关模块包括预存的本地伪码快速傅立叶变换、乘法单元以及逆快速傅立叶变换单元；并行频率搜索模块包含L个频率通道；

本装置的各模块连接关系如下：

接收机天线与并行频率搜索模块相连，并行频率搜索模块与折叠相加模块相连，折叠相加模块与FFT模块相连，FFT模块与伪码相关模块相连，伪码相关模块与码走动补偿模块均和Tong检测模块相连；

本装置的各模块功能如下：

并行搜索模块用于按固定频率步进产生本地载波，再与接收信号相乘，以剥离多普勒频率，再将此剥离多普勒频率后的信号输出给折叠相加模块；

折叠相加模块用于将剥离多普勒频率后的信号以码元周期为单位进行分组，并将相关时间内包含的数个码元周期进行对应点累加，形成新的码元周期；

FFT模块用于对折叠相加模块输出的每一组序列进行快速傅立叶变换，得到伪码相关模块的输入FFT序列；

伪码相关模块用于将FFT模块的输出序列与本地伪码信号的快速傅立叶变换序列相乘，再通过逆快速傅立叶变换得到相关结果，取模值，其中乘法单元调用预存的本地伪码FFT序列，与折叠相加后FFT模块的输出依次相乘，IFFT单元对乘法单元的输出进行逆快速傅立叶变换，取模单元对IFFT单元的输出进行取模运算；

码走动补偿模块用于计算每个频率搜索通道内，Tong检测器每次逗留产生的码走动值，并按该值对Tong检测器检测结果进行循环移位，补偿码多普勒走动；

Tong检测模块用于检测码走动补偿模块补偿后输入Tong检测器的伪码相关值，依据其与恒虚警门限比较的结果改变计数变量，直至计数变量累计达到上门限，根据其所处的搜索通道位置得到载波多普勒频率估计值并由Tong检测器输出的峰值位置得到码相位估计值作为捕获结果。

2.一种如权利要求1所述的基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获装置的捕获方法，其特征还在于：包括以下步骤：

步骤一、接收机天线接收信号，再通过射频前端进行下变频及采样；

步骤一中，下变频通过下变频单元实现，输出为带有数据调制的复信号；采样通过AD采样单元实现，采样率为f_s，采样结果为带有数据调制的基带采样序列，可以用如下公式(1)表示：

其中，N为总体采样点数；t_s＝1/f_s为时域采样间隔，D(nt_s)代表nt_s采样时刻的调制数据，为二进制数据，n代表第n个采样点；表示接收信号的伪码，τ₀代表伪码初始相位，表示载波多普勒频率，其中，c为光速，v为本装置相对于卫星的运动速度，f_RF为射频载波频率，ξ＝v/c，代表本装置相对于卫星的运动速度与光速的比值；exp代表以e为底的幂级数；j代表虚数单位；为射频载波初始相位；

步骤二、伪码相关模块以和AD采样单元的相同采样率对存储器模块产生的一个周期伪码序列进行采样，再输入FFT模块进行处理后存入存储器模块；

步骤二，具体为：

步骤2.1伪码相关模块以和AD采样单元的相同采样率对存储器模块产生的一个周期伪码序列，即对本地伪码进行采样，得到采样输出；

其中，所述的相同采样率为f_s；采样输出记为其表达式为如下公式(2)：

其中，表示带有估计相位的本地伪码；为本地伪码的估计相位，N_c＝T_cf_s是本地伪码一个伪码周期的采样点数，T_c＝LT_cp为本地伪码的伪码周期，T_cp＝1/R_cp为一个本地伪码的码片持续时间，R_cp为本地伪码的码速率；

步骤2.2FFT模块对步骤2.1的采样输出进行FFT变换并取共轭；

其中，FFT变换并取共轭得到其表达式为如下公式(3)：

其中，表示对本地伪码的采样输出进行FFT变换，表示对FFT变换后的结果取共轭，k表示本地伪码经过FFT处理后变换到频域的点数；

步骤2.3将步骤2.2所得的结果存入存储器模块；

步骤三、并行频率搜索模块确定搜索频率，并进行载波多普勒剥离；

步骤三，具体为：

步骤3.1并行频率搜索模块根据信道先验信息估计载波多普勒频偏范围；

其中，所述的信道先验信息为可预知的最大载波多普勒频偏；所述的载波多普勒频偏范围，记为：(-f_d,max,f_d,max)，f_d,max即最大载波多普勒频偏；

步骤3.2将频偏范围按固定搜索步进划分成多个频率单元；

其中，固定搜索步进，记为Δf_d，划分成L个频率单元，且第l个本地频率单元对应的搜索频率可以用如下公式(4)表示：

f_l＝-f_d,max+lΔf_d,l＝0,1,2,...,L-1 (4)

其中，表示对2f_d,max/Δf_d向上取整：

步骤3.3并行频率搜索模块将本地载波与接收信号相乘完成载波多普勒剥离，具体为：

所述的载波多普勒剥离可以用如下公式(5)表示：

其中，M表示相关时间T_corr内的伪码周期个数，即T_corr＝MT_c；P_l表示Tong检测器逗留次数；

步骤四、折叠相加模块将步骤三输出的剥离多普勒频率后的信号以伪码周期为单位进行分组，并将相关时间内包含的数个伪码周期进行对应点累加，形成新的伪码周期；步骤四，具体为：

步骤4.1折叠相加模块先将第l条搜索通道的接收信号r_l(n)以每行采样点长度为一个伪码周期N_c，分MP_l行进行折叠，令i＝0,1,...,MP_l-1，折叠后的r_l(n)，即折叠序列，可写为：

步骤4.2折叠相加模块再将步骤4.1重新划分后的折叠序列以M行为一组，对应采样点进行折叠相加，得到折叠相加信号，即：P_l个长度为N_c的新采样序列r′_l(p_l,n)，表示为如下公式(7)：

其中，所述的折叠相加需要满足在相关时间内，伪码多普勒走动小于半个码片的条件，即

步骤五、伪码相关模块计算步骤4.2的折叠相加信号与本地伪码的循环相关结果，并取模值；

步骤六、码走动补偿模块根据不同搜索通道对应的多普勒频率估计值，估计Tong检测器在该通道每次逗留所需补偿的伪码多普勒走动量；

步骤七、Tong检测器模块多次逗留检测并补偿码多普勒走动；

步骤八、判断计数变量是否达到上门限或者减为0，并进行相应操作。

3.如权利要求2所述的一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获装置的捕获方法，其特征在于：步骤五，具体为：

步骤5.1伪码相关模块对步骤4.2的折叠相加信号按行做FFT，得到每行的FFT结果如下公式(8)：

r′_l(p_l,k)＝FFT[r′_l(p_l,n)],k＝0,1,2,...,N_c-1 (8)

步骤5.2伪码相关模块取步骤5.1的结果与步骤2.2的结果进行逐点相乘，并进行IFFT变换，得到第l条频率搜索通道的Tong检测器P_l次逗留的相关结果y_l(p_l,n)如下公式(9)：

其中，表示循环卷积，此时上式(9)可化简为：

其中，T_corr≤T_D。

4.如权利要求2所述的一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获装置的捕获方法，其特征在于：步骤六中，码走动补偿模块对第l条频率搜索通道中，Tong检测器第p_l次逗留所估计的码多普勒走动量可用如下公式(11)表示：

其中，[f_sT_cp_lf_lR_cp/f_RF]表示对f_sT_cp_lf_lR_cp/f_RF做取整处理。

5.如权利要求2所述的一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获装置的捕获方法，其特征在于：步骤七，具体为：

步骤7.1Tong检测器模块完成其各项参数设定；

其中，Tong检测器虚警检测门限设为V_t，Tong检测器计数变量设为n＝0,1,...,N_c-1,l＝0,1,...,L-1，计数变量初始值设为B，上门限设为A；

步骤7.2Tong检测器模块将步骤5.2的输出相关结果与步骤7.1设置的恒虚警门限进行比较，并将比较结果按照步骤六得到的码多普勒走动量进行循环移位后进行相应的处理，具体为：

Tong检测器模块将第p_l次逗留的相关结果y_l(p_l,n)与V_t进行比较，计大于V_t的位置为n^up，小于V_t的位置为n^down，将n^up、n^down分别按照循环移位后，得到并将前者对应的值加1，后者对应的值减1。

6.如权利要求2所述的一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获装置的捕获方法，其特征在于：步骤八，具体为：

8.1若计数变量达到上门限或者减为0，则本次捕获结束；

其中，若Tong检测器计数变量K_n达到上门限A，记录其对应点位置n_max及频率搜索通道数l_max，则频偏估计值为码相位估计值为若Tong检测器出现所有计数变量K_n均减为0，则认为本次捕获失败；

8.2若计数变量未达到上门限或者减为0，则Tong检测器继续重复步骤五到七N_dwell次；

其中，N_dwell表示Tong检测器检测逗留次数，其范围是1到60。