CN106526632B - 一种gnss捕获相干器和信号捕获方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种GNSS捕获相干器和信号捕获方法，其中，所述GNSS捕获相干器包括下变频机构、基带数据获取机构、相干累加机构、非相干累加机构以及门限判定机构。本发明提供的一种GNSS捕获相干器和信号捕获方法，能够针对当前的新体制信号，在高动态应用环境中减少信号捕获的时间，从而能够提高信号捕获的效率。

Description

一种GNSS捕获相干器和信号捕获方法
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，具体涉及一种GNSS捕获相干器和信号捕获方法。
背景技术
全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)在军事和民用领域都扮演着极其重要的地位。GNSS可为接收机提供定位、导航和授时服务，在军事和民用领域占有重要地位。随着导航系统的发展，多系统信息融合定位解算已经成为了当前的发展趋势，新体制信号广泛应用于美国的第三代GPS、欧盟的Galileo等导航卫星中，且新体制信号的码长为10230码片，码速率达到了10.23Mcps，是传统老体制导航信号码长和码速率的10倍。如果采用传统的滑动串行相关时频二维搜索算法，并行频率搜索算法或并行码相位搜索算法，会存在运算复杂度较大，搜索时间较长，影响接收机首次定位时间和热启动等问题，特别是在高动态应用环境中，制约了接收机的捕获效率。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种GNSS捕获相干器和信号捕获方法，能够针对当前的新体制信号，在高动态应用环境中减少信号捕获的时间，从而能够提高信号捕获的效率。
为实现上述目的，本发明实施例一方面提供一种GNSS捕获相干器，包括下变频机构、基带数据获取机构、相干累加机构、非相干累加机构以及门限判定机构，其中：所述下变频机构将输入的采样数据分为两路信号，并利用具备90°相位差的两个载波信号分别对所述两路信号进行下变频，得到正交调制信号中的同相信号和正交信号；所述基带数据获取机构分别对所述同相信号和所述正交信号进行分频和下采样累加，得到同相基带数据和正交基带数据；所述相干累加机构分别对所述同相基带数据和正交基带数据进行相干累加，并对相干累加后的数据进行并行码相位搜索，得到同相搜索信号和正交搜索信号；所述非相干累加机构将所述同相搜索信号和正交搜索信号进行相加，得到捕获信号；所述门限判定机构将所述捕获信号的能量值与预设门限信号的能量值进行对比，当所述捕获信号的能量值超过所述预设门限信号的能量值时，输出所述捕获信号。
进一步地，所述下变频机构包括用于生成正弦载波信号和余弦载波信号的数字控制振荡器、与所述数字控制振荡器相连的同相混频器和正交混频器，其中：一路采样数据通过同相混频器与正弦载波信号相乘，得到下变频后的同相信号；另一路采样数据通过正交混频器与余弦载波信号相乘，得到下变频后的正交信号。
进一步地，所述基带数据获取机构包括同相下采样累加器、正交下采样累加器以及与所述同相下采样累加器和正交下采样累加器相连的码相位累加器，其中：所述码相位累加器基于码频率控制字进行相位累加，并将相位累加信号作为所述同相下采样累加器和正交下采样累加器的使能信号，以对下变频后的同相信号和正交信号进行码片分频；所述同相下采样累加器和正交下采样累加器根据所述码相位累加器提供的相位累加信号，分别对码片分频后的同相信号和正交信号进行累加，得到同相基带数据和正交基带数据。
进一步地，所述相干累加机构包括同相相干累加存储器、正交相干累加存储器以及与所述同相相干累加存储器和正交相干累加存储器相连的并行码相位搜索单元，所述同相相干累加存储器和正交相干累加存储器中均包括第一数据单元、第二数据单元和码相位单元，其中：针对周期小于预设周期阈值的基带数据，相干累加存储器将基带数据拆分为存在数据交叠的多个数据片段，并将所述多个数据片段进行累加后存入第一数据单元和第二数据单元，将一个周期的基带数据对应的码相位存入码相位单元；所述并行码相位搜索单元对所述第一数据单元、第二数据单元中的数据片段以及码相位单元中的码相位进行相位搜索；针对周期大于或者等于预设周期阈值的基带数据，相干累加存储器将一个周期的基带数据拆分为具备相同长度的至少两个子基带数据，并将相邻的两个子基带数据依次分别存于第一数据单元和第二数据单元；将一个周期的基带数据对应的码相位拆分为至少两个码相位片段，并将所述至少两个码相位片段依次存储于码相位单元中；所述并行码相位搜索单元对所述第一数据单元、第二数据单元中的当前子基带数据以及码相位单元中的当前码相位片段进行相位搜索，在相位搜索完成之后，更新所述第一数据单元、第二数据单元中的子基带数据以及更新所述码相位单元中码相位片段，并针对更新后的子基带数据和码相位片段，再次进行相位搜索。
进一步地，所述并行码相位搜索单元中包括第一FFT模块、第二FFT模块、复数共轭模块、乘法器、IFFT模块以及取模模块，其中：所述第一数据单元和第二数据单元通过所述第一FFT模块与所述乘法器相连，所述码相位单元依次通过所述第二FFT模块和复数共轭模块后与所述乘法器相连，所述乘法器的输出端口依次通过所述IFFT模块以及取模模块后，与所述非相干累加机构相连。
为实现上述目的，本发明另一方面还提供一种信号捕获方法，所述方法包括：将输入的采样数据分为两路信号，并利用具备90°相位差的两个载波信号分别对所述两路信号进行下变频，得到正交调制信号中的同相信号和正交信号；分别对所述同相信号和所述正交信号进行分频和下采样累加，得到同相基带数据和正交基带数据；分别对所述同相基带数据和正交基带数据进行相干累加，并对相干累加后的数据进行并行码相位搜索，得到同相搜索信号和正交搜索信号；将所述同相搜索信号和正交搜索信号进行相加，得到捕获信号；将所述捕获信号的能量值与预设门限信号的能量值进行对比，当所述捕获信号的能量值超过所述预设门限信号的能量值时，输出所述捕获信号。
进一步地，所述同相信号和正交信号通过下述方式确定：一路采样数据通过同相混频器与正弦载波信号相乘，得到下变频后的同相信号；另一路采样数据通过正交混频器与余弦载波信号相乘，得到下变频后的正交信号。
进一步地，分别对所述同相信号和所述正交信号进行分频和下采样累加，得到同相基带数据和正交基带数据具体包括：基于码频率控制字进行相位累加，得到相位累加信号，所述相位累加信号用于对下变频后的同相信号和正交信号进行码片分频；根据所述相位累加信号，分别对码片分频后的同相信号和正交信号进行累加，得到同相基带数据和正交基带数据。
进一步地，所述同相搜索信号和正交搜索信号按照下述方式确定：针对周期小于预设周期阈值的基带数据，将基带数据拆分为存在数据交叠的多个数据片段，并将所述多个数据片段进行累加后存入第一数据单元和第二数据单元，将一个周期的基带数据对应的码相位存入码相位单元；对所述第一数据单元、第二数据单元中的数据片段以及码相位单元中的码相位进行相位搜索；针对周期大于或者等于预设周期阈值的基带数据，将一个周期的基带数据拆分为具备相同长度的至少两个子基带数据，并将相邻的两个子基带数据依次分别存于第一数据单元和第二数据单元；将一个周期的基带数据对应的码相位拆分为至少两个码相位片段，并将所述至少两个码相位片段依次存储于码相位单元中；对所述第一数据单元、第二数据单元中的当前子基带数据以及码相位单元中的当前码相位片段进行相位搜索，在相位搜索完成之后，更新所述第一数据单元、第二数据单元中的子基带数据以及更新所述码相位单元中码相位片段，并针对更新后的子基带数据和码相位片段，再次进行相位搜索。
进一步地，所述相位搜索的步骤包括：将第一数据单元和第二数据单元中的数据进行FFT，得到数据信号；将所述码相位单元中的数据依次进行FFT和复数共轭运算，得到码信号；将所述数据信号和所述码信号相乘后依次进行IFFT和取模运算，得到同相搜索信号和正交搜索信号。
采用上述技术方案，本发明至少可取得下述技术效果：
本发明通过下变频机构可以得到正交调制信号中的同相信号和正交信号，通过对同相信号和正交信号进行下采样累加，可以得到对应的同相基带数据和正交基带数据。通过对同相基带数据和正交基带数据进行相干累加和并行码相位搜索，从而能够得到同相搜索信号和正交搜索信号。最终，将同相搜索信号和正交搜索信号经过非相干累加，从而可以得到捕捉的信号。如果捕捉的信号的能量值高于预设的阈值，那么则可以将该捕捉的信号输出，从而完成信号捕捉的过程。本发明提供的GNSS捕获相干器和信号捕获方法，能够适用于当前的GPS L1CA/L1C/L2C/L5C、BDS B1/B2-I、Galileo E5a/E5b以及GLONASS G1/G2等频点的信号，并且基于FFT的并行码相位搜索，能够减少高动态环境下的捕获时间，提高了信号捕获效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本实施例所述的GNSS捕获相干器的结构示意图；
图2是本实施例中下采样累加的原理示意图；
图3是本实施例中针对短周期码模式的相干累加机构的原理示意图；
图4是本实施例中针对长周期码模式的相干累加机构的原理示意图；
图5是本实施例中并行码相位搜索单元的结构示意图；
图6是本实施例中信号捕获方法的流程图。
贯穿附图，应该注意的是，相似的标号用于描绘相同或相似的元件、特征和结构。
具体实施方式
提供以下参照附图的描述来帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本公开的各种实施例。以下描述包括帮助理解的各种具体细节，但是这些细节将被视为仅是示例性的。因此，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可对本文所述的各种实施例进行各种改变和修改。另外，为了清晰和简洁，公知功能和构造的描述可被省略。
以下描述和权利要求书中所使用的术语和词汇不限于文献含义，而是仅由发明人用来使本公开能够被清晰和一致地理解。因此，对于本领域技术人员而言应该明显的是，提供以下对本公开的各种实施例的描述仅是为了示例性目的，而非限制由所附权利要求及其等同物限定的本公开的目的。
应该理解，除非上下文明确另外指示，否则单数形式也包括复数指代。因此，例如，对“组件表面”的引用包括对一个或更多个这样的表面的引用。
本申请实施方式提供的一种GNSS捕获相干器可以包括下变频机构、基带数据获取机构、相干累加机构、非相干累加机构以及门限判定机构，其中：
所述下变频机构将输入的采样数据分为两路信号，并利用具备90°相位差的两个载波信号分别对所述两路信号进行下变频，得到正交调制信号中的同相信号和正交信号。
所述基带数据获取机构分别对所述同相信号和所述正交信号进行分频和下采样累加，得到同相基带数据和正交基带数据。
所述相干累加机构分别对所述同相基带数据和正交基带数据进行相干累加，并对相干累加后的数据进行并行码相位搜索，得到同相搜索信号和正交搜索信号。
所述非相干累加机构将所述同相搜索信号和正交搜索信号进行相加，得到捕获信号。
所述门限判定机构将所述捕获信号的能量值与预设门限信号的能量值进行对比，当所述捕获信号的能量值超过所述预设门限信号的能量值时，输出所述捕获信号。
请参阅图1，在本实施方式中，所述下变频机构可以包括用于生成正弦载波信号和余弦载波信号的数字控制振荡器(NCO，numerically controlled oscillator)1、与所述数字控制振荡器1相连的同相混频器2和正交混频器3，其中：
一路采样数据通过同相混频器2与正弦载波信号相乘，得到下变频后的同相信号i；
另一路采样数据通过正交混频器3与余弦载波信号相乘，得到下变频后的正交信号q。
在本实施方式中，所述基带数据获取机构包括同相下采样累加器4、正交下采样累加器5以及与所述同相下采样累加器4和正交下采样累加器5相连的码相位累加器6，其中：
所述码相位累加器6基于码频率控制字进行相位累加，并将相位累加信号作为所述同相下采样累加器4和正交下采样累加器5的使能信号，以对下变频后的同相信号和正交信号进行码片分频。
具体地，码频率控制字FCWco计算如下，其中输入数据采样率为fs，码速率为fco：
对于码相位累加器SUMco，累加过程如下：
SUMco[31:0]＝SUMco[31:0]+FCWco[31:0]
码相位累加器SUMco计满后返零，表示完成一个码片长度的相位累加。通过SUMco[31:30]的取值，可以对采样数据进行半码片或者1/4码片分频，进行累加即完成下采样操作。具体请参见图2，其中Ts表示采样周期，Tc表示采样时长，在每个采样周期内均可以对FCWco进行累加，从而得到不同的SUMco的值。
在本实施方式中，对不同频点进行下采样，可以得到不同倍数的基带数据，表1中给出了不同频点在下采样后需要达到的基带数据处理倍数。
表1基带处理数据倍数
频点 L1CA L1C L2C L5C B1I B2I E5 G1/G2
基带处理倍数 x2 x2 x4 x2 x1 x1 x2 x4
处理模式 短周期 长周期 长周期 长周期 短周期 短周期 长周期 短周期
这样，所述同相下采样累加器4和正交下采样累加器5可以根据所述码相位累加器6提供的相位累加信号，分别对码片分频后的同相信号和正交信号进行累加，得到同相基带数据和正交基带数据。
在本实施方式中，所述相干累加机构包括同相相干累加存储器7、正交相干累加存储器8以及与所述同相相干累加存储器7和正交相干累加存储器8相连的并行码相位搜索单元9，所述同相相干累加存储器7和正交相干累加存储器8中均包括第一数据单元、第二数据单元和码相位单元。
在本实施方式中，最终捕获信号的能量值可以为V，所述预设门限信号的能量值可以为Vi。当所述捕获信号的能量值超过所述预设门限信号的能量值时，输出所述捕获信号。如果没有超过，则重新进行信号捕获过程。
请参阅图3，针对周期小于预设周期阈值的基带数据(也就是短周期码模式)，相干累加存储器将基带数据拆分为存在数据交叠的多个数据片段，并将所述多个数据片段进行累加后存入第一数据单元和第二数据单元，将一个周期的基带数据对应的码相位存入码相位单元；所述并行码相位搜索单元对所述第一数据单元、第二数据单元中的数据片段以及码相位单元中的码相位进行相位搜索。
请参阅图4，针对周期大于或者等于预设周期阈值的基带数据(也就是长周期码模式)，相干累加存储器将一个周期的基带数据拆分为具备相同长度的至少两个子基带数据，并将相邻的两个子基带数据依次分别存于第一数据单元和第二数据单元；将一个周期的基带数据对应的码相位拆分为至少两个码相位片段，并将所述至少两个码相位片段依次存储于码相位单元中；所述并行码相位搜索单元对所述第一数据单元、第二数据单元中的当前子基带数据以及码相位单元中的当前码相位片段进行相位搜索，在相位搜索完成之后，更新所述第一数据单元、第二数据单元中的子基带数据以及更新所述码相位单元中码相位片段，并针对更新后的子基带数据和码相位片段，再次进行相位搜索。
请参阅图5，所述并行码相位搜索单元中包括第一FFT模块11、第二FFT模块12、复数共轭模块13、乘法器14、IFFT模块15以及取模模块16。
所述第一数据单元和第二数据单元通过所述第一FFT模块11与所述乘法器14相连，所述码相位单元依次通过所述第二FFT模块12和复数共轭模块13后与所述乘法器14相连，所述乘法器14的输出端口依次通过所述IFFT模块15以及取模模块16后，与所述非相干累加机构相连。
在本实施方式中，第一数据单元和第二数据单元中的数据进行FFT后，可以得到数据信号。所述码相位单元中的数据依次进行FFT和复数共轭运算后，可以得到码信号。这样，将所述数据信号和所述码信号相乘后依次进行IFFT和取模运算，便可以得到同相搜索信号和正交搜索信号。
请参阅图1，在本申请实施方式中，所述GNSS捕获相干器中还可以包括一些辅助机构，例如所述捕获参数配置模块100可以为GNSS捕获相干器中的其它模块配置运行所需的参数；扩频码发生器200则可以为所述并行码相位搜索单元提供扩频码；捕获控制模块300则可以在信号捕获过程中调度各个模块，以完成信号捕获的过程，
在实际应用场景中，首先对需要捕获的频点进行配置。此时接收机自动选择下采样方式和相关器存储方式，开始进行捕获功能。当搜索频率接近实际信号频率时，经过码相位累加器后，可以消除高动态造成的采样点偏移，下游模块相关器可以得到良好的相关结果，捕获成功。如果搜索频率和实际信号频率相差较大时，捕获不成功，需要继续搜索剩余频点。
具体地，在下采样累加阶段，若要得到4倍过采样基带数据，可以通过高两位SUMco[31:30]取值区分1/4码片长度，分别将(00、01、10、11)对应的码相位累加，得到四个1/4码片累加值。
若要得到2倍采样基带数据，可以通过最高位SUMco[31]取值区分半个码片长度，将值为(0、1)时所有的采样点进行累加，分别得到前/后半个码片数据累加值。
若要得到单倍采样基带数据，需首先通过SUMco[31]累加，得到半个码片的累加值。然后将两倍采样率数据两两相加，形成单倍数据Seven和Sodd，分别进行捕获后判断峰值位置。设采样点si,i＝1,2,3,...，单倍数据累加结果如下：
在相干累加存储阶段，GPS L1CA、BDS B1/B2、BDS B1/B2以及GLONASS均属于短周期码模式。
对于GPS L1CA相干器设计，可以将1～N ms数据折叠累加成1ms数据，存储在第一数据单元中，2～N+1ms数据折叠累加成1ms数据，存储在第二数据单元中，存储1ms的码相位在码相位单元中，经过IFFT后得到Nms相干结果。
对于BDS B1/B2频点的D1码相干器设计，数据折叠累加前需先和NH码相乘。1～Nms数据折叠累加成1ms数据，存储在第一数据单元中，2～N+1ms数据折叠累加成1ms数据，存储在第二数据单元中；存储1ms码相位在码相位单元中，经过IFFT得到N ms相干结果。滑动NH码20次进行如上操作则可以完成相干累加过程。如果只做1ms相干积分，可以不用乘以NH码。
对于BDS B1/B2频点D2码相干器设计，1～2ms数据折叠累加成1ms数据，存储在第一数据单元中，2～3ms数据折叠累加成1ms数据，存储在第二数据单元中；存储1ms码相位在码相位单元中，经过IFFT后得到2ms相干结果。
对于GLONASS相干器设计，1～N ms数据折叠累加成1ms数据，存储在第一数据单元中，2～N+1ms数据折叠累加成1ms数据，存储在第二数据单元中，存储1ms的码相位在码相位单元中，经过IFFT后得到Nms相干结果。
GPS L1C、GPS L2C、GPS L5C以及Galileo E5则属于长周期码模式。
对于GPS L1C相干器设计，捕获采用导频通路，将TMBOC(6，1，4/33)作为BOC(1，1)来处理。码周期10ms，10230个码片，分段段数M＝10。1～2ms数据存储在第一数据单元和第二数据单元中；存储1ms码相位在码相位单元中，IFFT后得到1ms相干结果。更新存储数据2～3ms存储，更新码第2ms存储，进行并行码搜索，得到第2ms相干积分结果。总共需要进行10次，完成10ms相干积分。
对于GPS L2C相干器设计，先捕获CM码，然后再利用CM和CL码之间的固定关系，进行CL码的捕获。CM码周期20ms，10230个码片，分段段数M＝20。两种码时分复用(TDM)，因此数据需要分时存储，1～2ms中前一半数据存储在第一数据单元和第二数据单元中；存储CM码1ms在码相位单元中，IFFT后得到1ms相干结果。更新存储数据2～3ms存储，更新码第2ms存储，进行并行码搜索，得到第2ms相干积分结果。总共需要进行20次，完成20ms相干积分。
对于GPS L5C相干器设计，先捕获导频通路，调制10ms周期的NH码，导频通路码周期1ms，10230个码片，分段段数M＝10。前0.2ms数据存储在第一数据单元和第二数据单元中，存储0.1ms码在码相位单元中，IFFT后得到0.1ms相干结果。更新存储数据，更新0.1ms码，进行并行搜索，得到另外0.1ms相干积分结果，重复10次后得到1ms相干积分结果。
对于Galileo E5相干器设计，采取E5a和E5b半边带单独捕获方式。码周期1ms，10230个码片，分段段数M＝10。前0.2ms数据存储在第一数据单元和第二数据单元中，存储0.1ms码在码相位单元中，IFFT后得到0.1ms相干结果。更新存储数据，更新0.1ms码，进行并行搜索，得到另外0.1ms相干积分结果。重复10次后得到1ms相干积分结果。
请参阅图6，本申请实施例还提供一种信号捕获方法。需要说明的是，虽然下文描述的流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。所述方法包括以下步骤。
S1：将输入的采样数据分为两路信号，并利用具备90°相位差的两个载波信号分别对所述两路信号进行下变频，得到正交调制信号中的同相信号和正交信号；
S2：分别对所述同相信号和所述正交信号进行分频和下采样累加，得到同相基带数据和正交基带数据；
S3：分别对所述同相基带数据和正交基带数据进行相干累加，并对相干累加后的数据进行并行码相位搜索，得到同相搜索信号和正交搜索信号；
S4：将所述同相搜索信号和正交搜索信号进行相加，得到捕获信号；
S5：将所述捕获信号的能量值与预设门限信号的能量值进行对比，当所述捕获信号的能量值超过所述预设门限信号的能量值时，输出所述捕获信号。
在本申请实施例中，所述同相信号和正交信号通过下述方式确定：
一路采样数据通过同相混频器与正弦载波信号相乘，得到下变频后的同相信号；
另一路采样数据通过正交混频器与余弦载波信号相乘，得到下变频后的正交信号。
在本申请实施例中，分别对所述同相信号和所述正交信号进行分频和下采样累加，得到同相基带数据和正交基带数据具体包括：
基于码频率控制字进行相位累加，得到相位累加信号，所述相位累加信号用于对下变频后的同相信号和正交信号进行码片分频；
根据所述相位累加信号，分别对码片分频后的同相信号和正交信号进行累加，得到同相基带数据和正交基带数据。
在本申请实施例中，所述同相搜索信号和正交搜索信号按照下述方式确定：
针对周期小于预设周期阈值的基带数据，将基带数据拆分为存在数据交叠的多个数据片段，并将所述多个数据片段进行累加后存入第一数据单元和第二数据单元，将一个周期的基带数据对应的码相位存入码相位单元；对所述第一数据单元、第二数据单元中的数据片段以及码相位单元中的码相位进行相位搜索；
针对周期大于或者等于预设周期阈值的基带数据，将一个周期的基带数据拆分为具备相同长度的至少两个子基带数据，并将相邻的两个子基带数据依次分别存于第一数据单元和第二数据单元；将一个周期的基带数据对应的码相位拆分为至少两个码相位片段，并将所述至少两个码相位片段依次存储于码相位单元中；对所述第一数据单元、第二数据单元中的当前子基带数据以及码相位单元中的当前码相位片段进行相位搜索，在相位搜索完成之后，更新所述第一数据单元、第二数据单元中的子基带数据以及更新所述码相位单元中码相位片段，并针对更新后的子基带数据和码相位片段，再次进行相位搜索。
在本申请实施例中，所述相位搜索的步骤包括：
将第一数据单元和第二数据单元中的数据进行FFT，得到数据信号；
将所述码相位单元中的数据依次进行FFT和复数共轭运算，得到码信号；
将所述数据信号和所述码信号相乘后依次进行IFFT和取模运算，得到同相搜索信号和正交搜索信号。
采用上述技术方案，本发明至少可取得下述技术效果：
本发明通过下变频机构可以得到正交调制信号中的同相信号和正交信号，通过对同相信号和正交信号进行下采样累加，可以得到对应的同相基带数据和正交基带数据。通过对同相基带数据和正交基带数据进行相干累加和并行码相位搜索，从而能够得到同相搜索信号和正交搜索信号。最终，将同相搜索信号和正交搜索信号经过非相干累加，从而可以得到捕捉的信号。如果捕捉的信号的能量值高于预设的阈值，那么则可以将该捕捉的信号输出，从而完成信号捕捉的过程。本发明提供的GNSS捕获相干器和信号捕获方法，能够适用于当前的GPS L1CA/L1C/L2C/L5C、BDS B1/B2-I、Galileo E5a/E5b以及GLONASS G1/G2等频点的信号，并且基于FFT的并行码相位搜索，能够减少高动态环境下的捕获时间，提高了信号捕获效率。
应该注意的是，如上所述的本公开的各种实施例通常在一定程度上涉及输入数据的处理和输出数据的生成。此输入数据处理和输出数据生成可在硬件或者与硬件结合的软件中实现。例如，可在移动装置或者相似或相关的电路中采用特定电子组件以用于实现与如上所述本公开的各种实施例关联的功能。另选地，依据所存储的指令来操作的一个或更多个处理器可实现与如上所述本公开的各种实施例关联的功能。如果是这样，则这些指令可被存储在一个或更多个非暂时性处理器可读介质上，这是在本公开的范围内。处理器可读介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光学数据存储装置。另外，用于实现本公开的功能计算机程序、指令和指令段可由本公开所属领域的程序员容易地解释。
本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。
尽管已参照本公开的各种实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (8)

1.一种GNSS捕获相干器，其特征在于，包括下变频机构、基带数据获取机构、相干累加机构、非相干累加机构以及门限判定机构，其中：
所述下变频机构将输入的采样数据分为两路信号，并利用具备90°相位差的两个载波信号分别对所述两路信号进行下变频，得到正交调制信号中的同相信号和正交信号；
所述基带数据获取机构分别对所述同相信号和所述正交信号进行分频和下采样累加，得到同相基带数据和正交基带数据；
所述相干累加机构分别对所述同相基带数据和正交基带数据进行相干累加，并对相干累加后的数据进行并行码相位搜索，得到同相搜索信号和正交搜索信号；
所述非相干累加机构将所述同相搜索信号和正交搜索信号进行相加，得到捕获信号；
所述门限判定机构将所述捕获信号的能量值与预设门限信号的能量值进行对比，当所述捕获信号的能量值超过所述预设门限信号的能量值时，输出所述捕获信号；其中，
所述相干累加机构包括同相相干累加存储器、正交相干累加存储器以及与所述同相相干累加存储器和正交相干累加存储器相连的并行码相位搜索单元，所述同相相干累加存储器和正交相干累加存储器中均包括第一数据单元、第二数据单元和码相位单元，其中：
针对周期小于预设周期阈值的基带数据，相干累加存储器将基带数据拆分为存在数据交叠的多个数据片段，并将所述多个数据片段进行累加后存入第一数据单元和第二数据单元，将一个周期的基带数据对应的码相位存入码相位单元；所述并行码相位搜索单元对所述第一数据单元、第二数据单元中的数据片段以及码相位单元中的码相位进行相位搜索；
针对周期大于或者等于预设周期阈值的基带数据，相干累加存储器将一个周期的基带数据拆分为具备相同长度的至少两个子基带数据，并将相邻的两个子基带数据依次分别存于第一数据单元和第二数据单元；将一个周期的基带数据对应的码相位拆分为至少两个码相位片段，并将所述至少两个码相位片段依次存储于码相位单元中；所述并行码相位搜索单元对所述第一数据单元、第二数据单元中的当前子基带数据以及码相位单元中的当前码相位片段进行相位搜索，在相位搜索完成之后，更新所述第一数据单元、第二数据单元中的子基带数据以及更新所述码相位单元中码相位片段，并针对更新后的子基带数据和码相位片段，再次进行相位搜索。
2.根据权利要求1所述的GNSS捕获相干器，其特征在于，所述下变频机构包括用于生成正弦载波信号和余弦载波信号的数字控制振荡器、与所述数字控制振荡器相连的同相混频器和正交混频器，其中：
一路采样数据通过同相混频器与正弦载波信号相乘，得到下变频后的同相信号；
另一路采样数据通过正交混频器与余弦载波信号相乘，得到下变频后的正交信号。
3.根据权利要求1所述的GNSS捕获相干器，其特征在于，所述基带数据获取机构包括同相下采样累加器、正交下采样累加器以及与所述同相下采样累加器和正交下采样累加器相连的码相位累加器，其中：
所述码相位累加器基于码频率控制字进行相位累加，并将相位累加信号作为所述同相下采样累加器和正交下采样累加器的使能信号，以对下变频后的同相信号和正交信号进行码片分频；
所述同相下采样累加器和正交下采样累加器根据所述码相位累加器提供的相位累加信号，分别对码片分频后的同相信号和正交信号进行累加，得到同相基带数据和正交基带数据。
4.根据权利要求1所述的GNSS捕获相干器，其特征在于，所述并行码相位搜索单元中包括第一FFT模块、第二FFT模块、复数共轭模块、乘法器、IFFT模块以及取模模块，其中：
所述第一数据单元和第二数据单元通过所述第一FFT模块与所述乘法器相连，所述码相位单元依次通过所述第二FFT模块和复数共轭模块后与所述乘法器相连，所述乘法器的输出端口依次通过所述IFFT模块以及取模模块后，与所述非相干累加机构相连。
5.一种应用于如权利要求1至4中任一所述的GNSS捕获相干器中的信号捕获方法，其特征在于，所述方法包括：
将输入的采样数据分为两路信号，并利用具备90°相位差的两个载波信号分别对所述两路信号进行下变频，得到正交调制信号中的同相信号和正交信号；
分别对所述同相信号和所述正交信号进行分频和下采样累加，得到同相基带数据和正交基带数据；
分别对所述同相基带数据和正交基带数据进行相干累加，并对相干累加后的数据进行并行码相位搜索，得到同相搜索信号和正交搜索信号；
将所述同相搜索信号和正交搜索信号进行相加，得到捕获信号；
将所述捕获信号的能量值与预设门限信号的能量值进行对比，当所述捕获信号的能量值超过所述预设门限信号的能量值时，输出所述捕获信号；其中，
所述同相搜索信号和正交搜索信号按照下述方式确定：
针对周期小于预设周期阈值的基带数据，将基带数据拆分为存在数据交叠的多个数据片段，并将所述多个数据片段进行累加后存入第一数据单元和第二数据单元，将一个周期的基带数据对应的码相位存入码相位单元；对所述第一数据单元、第二数据单元中的数据片段以及码相位单元中的码相位进行相位搜索；
针对周期大于或者等于预设周期阈值的基带数据，将一个周期的基带数据拆分为具备相同长度的至少两个子基带数据，并将相邻的两个子基带数据依次分别存于第一数据单元和第二数据单元；将一个周期的基带数据对应的码相位拆分为至少两个码相位片段，并将所述至少两个码相位片段依次存储于码相位单元中；对所述第一数据单元、第二数据单元中的当前子基带数据以及码相位单元中的当前码相位片段进行相位搜索，在相位搜索完成之后，更新所述第一数据单元、第二数据单元中的子基带数据以及更新所述码相位单元中码相位片段，并针对更新后的子基带数据和码相位片段，再次进行相位搜索。
6.根据权利要求5所述的信号捕获方法，其特征在于，所述同相信号和正交信号通过下述方式确定：
一路采样数据通过同相混频器与正弦载波信号相乘，得到下变频后的同相信号；
另一路采样数据通过正交混频器与余弦载波信号相乘，得到下变频后的正交信号。
7.根据权利要求5所述的信号捕获方法，其特征在于，分别对所述同相信号和所述正交信号进行分频和下采样累加，得到同相基带数据和正交基带数据具体包括：
基于码频率控制字进行相位累加，得到相位累加信号，所述相位累加信号用于对下变频后的同相信号和正交信号进行码片分频；
根据所述相位累加信号，分别对码片分频后的同相信号和正交信号进行累加，得到同相基带数据和正交基带数据。
8.根据权利要求5所述的信号捕获方法，其特征在于，所述相位搜索的步骤包括：
将第一数据单元和第二数据单元中的数据进行FFT，得到数据信号；
将所述码相位单元中的数据依次进行FFT和复数共轭运算，得到码信号；
将所述数据信号和所述码信号相乘后依次进行IFFT和取模运算，得到同相搜索信号和正交搜索信号。
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