CN106646546A - 一种卫星信号多维快速捕获方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星信号多维快速捕获方法及系统，其捕获系统包括数字中频混频器，本地码发生器，分段匹配滤波器PMF，快速傅里叶变换FFT模块，捕获检测模块，捕获验证模块和捕获判决模块；通过频率自适应调整、分段匹配滤波和快速傅里叶变换等算法，可解决高动态环境下卫星信号捕获算法检测频偏范围有限、硬件实现复杂度高、处理时延长等技术难题；具有结构简单、技术实现复杂度低、处理时延小、可检测频偏范围大等显著优点，可检测多普勒频移范围为±50KHz，多普勒频率变化率为±50Hz，即可实现飞行速度20Ma、加速度为180g极高动态环境下的无线电通信的稳定接收，捕获跟踪时间小于100ms。

Description

一种卫星信号多维快速捕获方法及系统
技术领域
本发明涉及一种信号捕获技术，特别是涉及一种卫星信号多维快速捕获方法及系统，属于卫星应用技术领域。
背景技术
随着卫星技术的飞速发展，空间飞行器的数量迅速增加，卫星通信的需求越来越大，受天线增益、平台规模的限制以及收发信机的相对运动，通信双方常在高动态低信噪比环境下进行通信，在高动态低信噪比环境下，传统的同步技术在低信噪比和高动态的通信条件下性能较差，甚至会导致任务的失败。这是由于高动态环境意味着较大的多普勒频移，这往往已经超过了传统载波锁相环的捕获带，因此利用传统的同步技术，将不能保证载波信号进行正确的捕获，为了提高接收机的捕获带，就必须增加环路带宽，这样会引入过多的带宽噪声，使得信噪比恶化，当噪声大于阈值门限时，也会使载波跟踪环路难以锁定，导致解调数据无法争取恢复。所以在高动态和低信噪比的环境下，传统的载波同步技术将不再适用，需要根据环境特点提出新的载波同步技术。
卫星信号的快速捕获是卫星接收机的核心关键技术，是接收机同步的重要组成部分，捕获部分实现信号的载波多普勒和码相位的粗略估计，是实现后续精确估计的前提和基础。快速捕获主要分为时域和频域两个方面，时域的快速捕获方法主要基于匹配滤波器的并行或穿行捕获，频域的快速捕获主要利用FFT作循环相关实现伪码的并行搜索。上述几种方法都需要在频域进行串行搜索，因此在大频偏的情况下，搜索范围较大，捕获时间相应的会变长。
我国对于高动态卫星信号接收捕获技术的研究起步较晚，受应用环境、电子器件水平等方面的限制，现有的高动态环境下卫星信号接收捕获技术存在实现复杂度高、检测频率范围有限、处理延时大等局限。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种卫星信号多维快速捕获方法及系统，可解决高动态环境下卫星信号捕获算法检测频偏范围有限、硬件实现复杂度高、处理时延长等技术难题，实现对卫星信号的高效快速捕获。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种卫星信号多维快速捕获方法，包括以下步骤：
1)计算多普勒频偏初始值fdr和多普勒频率变化率的初始值δfdr|max，并确定捕获参数；
多普勒频偏初始值fdr的计算公式为其中，fr为系统接收载波频率，vdm为系统相对运动速度，c为光速，取3×108米/秒；
多普勒频率变化率初始值的计算公式为其中，为相对运动加速度；
根据计算得到的多普勒频偏和多普勒频率变化率的初始值大小，确定捕获参数；其中，捕获参数包括快速傅里叶变换FFT的变换点数N和匹配滤波的块数M；
快速傅里叶变换FFT的变换点数N和匹配滤波的块数M的参数值根据处理时钟速率fclock、码片速率Rc、多普勒频偏初始值fdr共同确定，使得捕获后码片误差控制在半个码片以内。
2)基带信号剥离并存储；
通过数字中频混频器从接收到的卫星信号剥离出I、Q两路基带信号，并将I、Q两路基带信号存储入存储器；
3)本地码序列生成；
在剥离出I、Q两路基带信号的同时，按照I、Q两路基带信号的码生成多项式，通过本地码发生器产生两路本地码序列，记为PN_I、PN_Q；
4)进行分段匹配滤波；
采用循环移位的方式，通过分段匹配滤波器PMF以M个信号数据为单元依次从存储器中分段读取I、Q两路基带信号，依次与本地码发生器输出的两路本地码序列PN_I、PN_Q进行匹配相关，得到两路匹配滤波数据，记为PMF_real、PMF_imag；
每完成一个单元的M个信号数据的分段匹配滤波，将循环计数器Counter_flag自动加1；
5)进行快速傅里叶变换；
将两路匹配滤波数据PMF_real、PMF_imag送入变换点数为N点的快速傅里叶变换FFT模块中，经快速傅里叶变换后，通过频率抽取得到两路变换数据，记为FFT_real、FFT_imag；
6)捕获检测；
通过捕获检测模块对两路变换数据FFT_real、FFT_imag进行取模平方运算，得到N个实部数据；并对该N个实部数据进行搜索查找，得到N个实部数据的最大值Acc_Max和最大值位置Max_pos；
将最大值Acc_Max送入存储深度为K的存储空间，K取16或32，计算出这K个最大值的平均值averg_Max；
设定判决用的门限值Decide_TH，该门限值Decide_TH为计算出的平均值averg_Max的N倍，N取4～16之间的自然数；
当存储空间每送进一个新的最大值Acc_Max，则更新一次门限值Decide_TH；
将存储空间中的最大值Acc_Max与门限值Decide_TH相比较，当出现某个值大于门限值时，依次搜索该值后的最大值，如果依次搜索的最大值都大于门限值，则认为捕获到最大值，输出捕获锁定指示，并记录最大值和最大值位置；否则，没有捕获到卫星信号，执行步骤9)；
7)捕获验证；
通过捕获验证模块将捕获时刻的快速傅里叶变换FFT模块输出的最大值与所计算的平均值进行作比，当两者的比值大于设定阈值时，则认为此次捕获是一次正确捕获；否则，认为捕获失败；
8)捕获判决；
通过捕获判决模块将通过捕获验证后的最大值位置Max_pos和捕获锁定指示进行输出，并根据最大值位置Max_pos和捕获锁定指示计算得到所检测的多普勒频偏估计值和码初始相位Initial_phase，
Initial_phase＝M*Counter_flag
其中，fs为采样速率；
将计算得到的多普勒频偏估计值和码初始相位Initial_phase送入数字中频混频器中进行补偿；
9)频率自适应调整；
初始状态时，数字中频混频器中的数控振荡器NCO设置的起始频率finit等于fr；
若无法捕获到卫星信号，则输入多普勒频偏不在检测范围内的指示给数字中频混频器，此时数字中频混频器中的数控振荡器NCO对起始频率finit进行自适应调整，以finit＝fr±10KHz频率步进调整数控振荡器NCO输出频率进行重新捕获，重复步骤6)～步骤8)，直至捕获到卫星信号为止。
本发明的捕获方法进一步设置为：所述步骤2)中的通过数字中频混频器从接收到的卫星信号剥离出I、Q两路基带信号，具体为，数字中频混频器对接收到的卫星信号进行数字下变频及采样，截取信号有效位数进行基带信号剥离。
本发明的捕获方法进一步设置为：所述步骤3)中的I、Q两路基带信号的特征多项式为
fI(x)＝1+x3+x10
fQ(x)＝1+x10
其中，x为变量。
本发明的捕获方法进一步设置为：所述步骤4)中的匹配相关，具体为，利用复数乘法器进行共轭相乘，依次计算出M个复数乘法器的共轭相乘结果，将M个共轭相乘结果送入累加器进行累加，依次延时一个码元宽度完成累加，从而得到两路匹配滤波数据。
本发明的捕获方法进一步设置为：所述步骤5)中的快速傅里叶变换采用频域的FFT算法。
本发明还提供一种卫星信号多维快速捕获系统，包括数字中频混频器，本地码发生器，分段匹配滤波器PMF，快速傅里叶变换FFT模块，捕获检测模块，捕获验证模块和捕获判决模块；
所述数字中频混频器，用于对接收到的卫星信号进行数字下变频及采样，截取信号有效位数从而剥离出I、Q两路基带信号，并将I、Q两路基带信号存储入存储器，以及从捕获判决模块中获得多普勒频偏估计值和码初始相位进行补偿，且在无法捕获到卫星信号时对起始频率进行自适应调整；
所述本地码发生器，用于按照I、Q两路基带信号的码生成多项式产生两路本地码序列；
所述分段匹配滤波器PMF，用于从存储器中分段读取I、Q两路基带信号，以M个信号数据为单元，依次与本地码发生器输出的两路本地码序列进行匹配相关，得到两路匹配滤波数据；
所述快速傅里叶变换FFT模块，用于对两路匹配滤波数据进行快速傅里叶变换，从时域和频域二维搜索，并进行频率抽取得到两路变换数据；
所述捕获检测模块，用于对两路变换数据进行取模平方运算和最大值搜索，捕获到最大值，输出捕获锁定指示，并记录最大值和最大值位置；
所述捕获验证模块，用于验证捕获检测模块所捕获到的最大值是否正确，输出捕获验证结果；
所述捕获判决模块，用于将捕获验证结果进行判决输出，并计算得到所检测的多普勒频偏估计值和码初始相位，将多普勒频偏估计值和码初始相位送入数字中频混频器。
本发明的捕获系统进一步设置为：所述数字中频混频器包括数控振荡器NCO、混频器复数乘法器和低通滤波器，数控振荡器NCO与混频器复数乘法器相连接，混频器复数乘法器与低通滤波器相连接。
本发明的捕获系统进一步设置为：所述分段匹配滤波器PMF包括PMF复数乘法器、滤波器和PMF累加器，PMF复数乘法器与滤波器相连，滤波器与PMF累加器相连接。
本发明的捕获系统进一步设置为：所述捕获检测模块包括捕获复数乘法器、捕获累加器、比较器和判决器，捕获复数乘法器与捕获累加器相连接，捕获累加器与比较器相连接将输出结果送入比较器，比较器与判决器相连接最终由判决器输出捕获指示。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明提供的卫星信号多维快速捕获方法及系统，具有结构简单、技术实现复杂度低、处理时延小、可检测频偏范围大等显著优点，通过频率自适应调整、分段匹配滤波和快速傅里叶变换等算法，可解决高动态环境下卫星信号捕获算法检测频偏范围有限、硬件实现复杂度高、处理时延长等技术难题；可检测多普勒频移范围为±50KHz，多普勒频率变化率为±50Hz，即可实现飞行速度20Ma、加速度为180g极高动态环境下的无线电通信的稳定接收，捕获跟踪时间小于100ms；特别适用于卫星通信、卫星导航等天基测控应用领域以及其他地基无线电通信领域的高动态环境下的接收同步，同时实现模块化的标准设计，可以进行批量生产。
上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1传统基于FFT的捕获方法的原理框图；
图2本发明捕获方法的原理框图；
图3本发明捕获方法中PMF数据相关处理的原理示意图；
图4本发明捕获系统的结构框图；
图5本发明捕获系统的本地码发生器结构框图；
图6本发明捕获方法的相关性能；
图7本发明捕获方法的检测概率和虚警概率性能。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
图1给出了传统基于FFT的捕获方法的原理框图，考虑到扩频码的周期性以及一个信息码元内扩频码的重复性，对信号的相关运算，可以等效为循环卷积，其数学表达式如下：
一个扩频码周期内所有的相关值两个长度为N的序列a和b之间的循环互相关函数为：
式中，b'＝(b(-n))N，为将序列b周期延拓翻转后取主值序列可得。
又有序列a与序列b的循环卷积为：
令序列a(n)和b(n)的傅里叶变换分别为Xa(k)和Xb(k)，即：
Xa(k)＝DFT[a(n)]，Xb(k)＝DFT[b(n)]
序列b'的傅里叶变换为：Xb'(k)＝conj(Xb(n))，conj表示取复共轭。
则有Rab(m)＝IDFT[Xa(k)·Xb'(k)]＝IDFT[Xa(k)·conj(Xb(k))]。
对于长度为N的两个数字数列，采用时域的FFT算法，完成互相关运算的运算量级为N2；采用频域的FFT算法，运算量级为3×N×log2N+N。随着N的增加，频域方法的运算量将远远小于时域方法。
多普勒频移的纠正可以通过频域循环移位实现：
Cab(n)ej2πkn/N＝IDFT[Xab(N-k)N]
然而，传统的FFT捕获算法存在检测频偏范围有限、实现复杂度大、捕获时间长等局限。
本发明提供一种卫星信号多维快速捕获方法，如图2所示，包括以下步骤：
1)计算多普勒频偏初始值fdr和多普勒频率变化率的初始值δfdr|max，并确定捕获参数；
计算由于高速运动引起的多普勒频偏初始值fdr和由于加速度引起的多普勒频率变化率初始值δfdr|max；多普勒频偏初始值fdr的计算公式为其中，fr为系统接收载波频率，vdm为系统相对运动速度，c为光速，取3×108米/秒；
多普勒频率变化率初始值的计算公式为其中，为相对运动加速度；
根据计算得到的多普勒频偏和多普勒频率变化率的初始值大小，确定捕获参数；其中，捕获参数包括快速傅里叶变换FFT的变换点数N和匹配滤波的块数M；
快速傅里叶变换FFT的变换点数N和匹配滤波的块数M的参数值根据处理时钟速率fclock、码片速率Rc、多普勒频偏初始值fdr共同确定，使得捕获后码片误差控制在半个码片以内。
2)基带信号剥离并存储；
通过数字中频混频器从接收到的卫星信号剥离出I、Q两路基带信号，并将I、Q两路基带信号存储入存储器；
具体为，数字中频混频器对接收到的卫星信号进行数字下变频及采样，截取信号有效位数进行基带信号剥离。
3)本地码序列生成；
在剥离出I、Q两路基带信号的同时，按照I、Q两路基带信号的码生成多项式，通过本地码发生器产生两路本地码序列，记为PN_I、PN_Q；
其中，I、Q两路基带信号的码生成多项式为
fI(x)＝1+x3+x10
fQ(x)＝1+x10
其中，x为变量。
4)进行分段匹配滤波；
采用循环移位的方式，通过分段匹配滤波器PMF以M个信号数据为单元从存储器中分段读取I、Q两路基带信号，依次与本地码发生器输出的两路本地码序列PN_I、PN_Q进行匹配相关，得到两路匹配滤波数据，记为PMF_real、PMF_imag；
每完成一个单元的M个信号数据的分段匹配滤波，将循环计数器Counter_flag自动加1；
匹配相关，具体为，利用复数乘法器进行共轭相乘，依次计算出M个复数乘法器的共轭相乘结果，将M个共轭相乘结果送入累加器进行累加，依次延时一个码元宽度完成累加，从而得到两路匹配滤波数据。
5)进行快速傅里叶变换；
将两路匹配滤波数据PMF_real、PMF_imag送入变换点数为N点的快速傅里叶变换FFT模块中，经采用频域的FFT算法快速傅里叶变换后，通过频率抽取得到两路变换数据，记为FFT_real、FFT_imag。
6)捕获检测；
通过捕获检测模块对两路变换数据FFT_real、FFT_imag进行取模平方运算，得到N个实部数据；并对该N个实部数据进行搜索查找，得到N个实部数据的最大值Acc_Max和最大值位置Max_pos；
将最大值Acc_Max送入存储深度为K的存储空间，K取16或32，计算出这K个最大值的平均值averg_Max，可方便硬件处理；
设定判决用的门限值Decide_TH，该门限值Decide_TH为计算出的平均值averg_Max的N倍，N取4～16之间的自然数；
当存储空间每送进一个新的最大值Acc_Max，则更新一次门限值Decide_TH；
将存储空间中的最大值Acc_Max与门限值Decide_TH相比较，当出现某个值大于门限值时，依次搜索该值后的最大值，如果依次搜索的最大值都大于门限值，则认为捕获到最大值，输出捕获锁定指示，并记录最大值和最大值位置；否则，没有捕获到卫星信号，执行步骤9)。
7)捕获验证；
通过捕获验证模块将捕获时刻的快速傅里叶变换FFT模块输出的最大值与所计算的平均值进行作比，当两者的比值大于设定阈值时，则认为此次捕获是一次正确捕获；否则，认为捕获失败。
8)捕获判决；
通过捕获判决模块将通过捕获验证后的最大值位置Max_pos和捕获锁定指示进行输出，并根据最大值位置Max_pos和捕获锁定指示计算得到所检测的多普勒频偏估计值和码初始相位Initial_phase，
Initial_phase＝M*Counter_flag
其中，fs为采样速率；
将计算得到的多普勒频偏估计值和码初始相位Initial_phase送入数字中频混频器中进行补偿。
9)频率自适应调整；
初始状态时，数字中频混频器中的数控振荡器NCO设置的起始频率finit等于fr；
若无法捕获到卫星信号，则输入多普勒频偏不在检测范围内的指示给数字中频混频器，此时数字中频混频器中的数控振荡器NCO对起始频率finit进行自适应调整，以finit＝fr±10KHz频率步进调整数控振荡器NCO输出频率进行重新捕获，重复步骤6)～步骤8)，直至捕获到卫星信号为止。
图3示出了PMF数据相关处理的原理示意图，首先本地码选取一段从基准零相位起的伪码，由于PN码是一种伪随机码，它具有良好的自相关特性，只要错开一个码元宽度，码的自相关值就会变的很小，利用这个性质，可以将接收信号复制为多组，依次延时一个码元后与原信号进行叠加；再对叠加后的信号进行PMF捕获，对于本地复现的PN码，只有与之相差在一个码元宽度之内的信号才能被检测出来，其它的叠加信号会被当作是白噪声，所以，如果在捕获过程中出现了峰值，就可以在获得多普勒频率粗略估计值的同时，将码相位的模糊度限制在参与叠加的那几个相位中，这样就大大的缩小了搜索范围，然后在通过进一步的捕获过程来获得较为精确的码相位信息，如果未能实现捕获，就跳过那一段参加叠加捕获的相位，重复上面的过程继续进行捕获搜索。
本发明还提供一种卫星信号多维快速捕获系统，如图4所示，包括数字中频混频器，本地码发生器，分段匹配滤波器PMF，快速傅里叶变换FFT模块，捕获检测模块，捕获验证模块和捕获判决模块；
所述数字中频混频器，用于对接收到的卫星信号进行数字下变频及采样，截取信号有效位数从而剥离出I、Q两路基带信号，并将I、Q两路基带信号存储入存储器，以及从捕获判决模块中获得多普勒频偏估计值和码初始相位进行补偿，且在无法捕获到卫星信号时进行频率自适应调整；
所述本地码发生器，用于按照I、Q两路基带信号的码生成多项式产生两路本地码序列，其结构如图5所示；
所述分段匹配滤波器PMF，用于从存储器中分段读取I、Q两路基带信号，以M个信号数据为单元，依次与本地码发生器输出的两路本地码序列进行匹配相关，得到两路匹配滤波数据；
所述快速傅里叶变换FFT模块，用于对两路匹配滤波数据进行快速傅里叶变换，从时域和频域二维搜索，并进行频率抽取得到两路变换数据；
所述捕获检测模块，用于对两路变换数据进行取模平方运算和最大值搜索，捕获到最大值，输出捕获锁定指示，并记录最大值和最大值位置；
所述捕获验证模块，用于验证捕获检测模块所捕获到的最大值是否正确，输出捕获验证结果；
所述捕获判决模块，用于将捕获验证结果进行判决输出，并计算得到所检测的多普勒频偏估计值和码初始相位，将多普勒频偏估计值和码初始相位送入数字中频混频器。
所述数字中频混频器包括数控振荡器NCO、混频器复数乘法器和低通滤波器，数控振荡器NCO与混频器复数乘法器相连接，混频器复数乘法器与低通滤波器相连接。
所述分段匹配滤波器PMF包括PMF复数乘法器、滤波器和PMF累加器，PMF复数乘法器与滤波器相连，滤波器与PMF累加器相连接。
所述捕获检测模块包括捕获复数乘法器、捕获累加器、比较器和判决器，捕获复数乘法器与捕获累加器相连接，捕获累加器与比较器相连接将输出结果送入比较器，比较器与判决器相连接最终由判决器输出捕获指示。
本发明针对传统FFT捕获算法检测频偏范围有限、实现复杂度大、捕获时间长等局限通过自适应频率调整、分段匹配滤波和快速傅里叶变换等算法，具有结构简单、技术实现复杂度低、处理时延小、可检测频偏范围大等显著优点。其中，自适应频率调整主要针对捕获检测结果自适应调整数字中频混频器中心频率，若无法捕获到接收信号，则以一定频率步进去自适应调整数字中频混频器频率，再进行捕获检测，直至捕获到接收信号为止；分段匹配滤波器PMF主要作用是对接收信号进行部分解扩，得到一定的扩频增益，从而提高信噪比；同时运用快速傅里叶变换又对数据降速处理，减少了FFT运算的点数。根据分段匹配滤波结构的幅频响应和IP核的运算能力，合理选择匹配滤波器的块数M的大小和FFT的点数N，以达到最佳效果；搜索伪码相位和估计多普勒频移同时进行，也就是说将原来的相位、频率二维搜索过程变为伪码相位的一维搜索，大大减少了捕获时间。
技术指标计算：
根据目前设计的IP模块，要求每次PMF+FFT操作需要10000次主时钟周期。对于采用200MHz的处理速率，Tp为每次PMF+FFT所需要的时间，
扩频码捕获时间Tmax为：
PMF的相关长度取32个间隔采样样本(由于间隔取样，相当于64个采样样本的间隔)，FFT长度选用1024。
计算得所对应的扫描范围为：
一次FFT所分析的样本数为：
一次对32768样点也是在该环境下(最大多普勒频率52KHz相当于频率稳定度为52KHz/2000000KHz＝26ppm)最大允许采样样点数。
在Eb/N0＝0～10dB环境下，通过对6.4个数据(相当于信噪比提高：10·lg(6.4)＝8dB)符号进行分析，图6为本发明捕获方法的自相关性能，图7为本发明捕获方法的检测概率与虚警概率图(每一个驻真点为500次进行统计)，由此可以看出，本发明捕获方法可满足检测概率与虚警概率之间的均衡要求。
本发明的创新点在于，通过频率自适应调整、分段匹配滤波和快速傅里叶变换等算法，可解决高动态环境下卫星信号捕获算法检测频偏范围有限、硬件实现复杂度高、处理时延长等技术难题；具有结构简单、技术实现复杂度低、处理时延小、可检测频偏范围大等显著优点，可检测多普勒频移范围为±50KHz，多普勒频率变化率为±50Hz，即可实现飞行速度20Ma、加速度为180g极高动态环境下的无线电通信的稳定接收，捕获跟踪时间小于100ms。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种卫星信号多维快速捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)计算多普勒频偏初始值fdr和多普勒频率变化率的初始值δfdr|max，并确定捕获参数；
多普勒频偏初始值fdr的计算公式为其中，fr为系统接收载波频率，vdm为系统相对运动速度，c为光速，取3×108米/秒；
多普勒频率变化率初始值的计算公式为其中，为相对运动加速度；
根据计算得到的多普勒频偏和多普勒频率变化率的初始值大小，确定捕获参数；其中，捕获参数包括快速傅里叶变换FFT的变换点数N和匹配滤波的块数M；
快速傅里叶变换FFT的变换点数N和匹配滤波的块数M的参数值根据处理时钟速率fclock、码片速率Rc、多普勒频偏初始值fdr共同确定，使得捕获后码片误差控制在半个码片以内；
2)基带信号剥离并存储；
通过数字中频混频器从接收到的卫星信号剥离出I、Q两路基带信号，并将I、Q两路基带信号存储入存储器；
3)本地码序列生成；
在剥离出I、Q两路基带信号的同时，按照I、Q两路基带信号的码生成多项式，通过本地码发生器产生两路本地码序列，记为PN_I、PN_Q；
4)进行分段匹配滤波；
采用循环移位的方式，通过分段匹配滤波器PMF以M个信号数据为单元依次从存储器中分段读取I、Q两路基带信号，依次与本地码发生器输出的两路本地码序列PN_I、PN_Q进行匹配相关，得到两路匹配滤波数据，记为PMF_real、PMF_imag；
每完成一个单元的M个信号数据的分段匹配滤波，将循环计数器Counter_flag自动加1；
5)进行快速傅里叶变换；
将两路匹配滤波数据PMF_real、PMF_imag送入变换点数为N点的快速傅里叶变换FFT模块中，经快速傅里叶变换后，通过频率抽取得到两路变换数据，记为FFT_real、FFT_imag；
6)捕获检测；
通过捕获检测模块对两路变换数据FFT_real、FFT_imag进行取模平方运算，得到N个实部数据；并对该N个实部数据进行搜索查找，得到N个实部数据的最大值Acc_Max和最大值位置Max_pos；
将最大值Acc_Max送入存储深度为K的存储空间，K取16或32，计算出这K个最大值的平均值averg_Max；
设定判决用的门限值Decide_TH，该门限值Decide_TH为计算出的平均值averg_Max的N倍，N取4～16之间的自然数；
当存储空间每送进一个新的最大值Acc_Max，则更新一次门限值Decide_TH；
将存储空间中的最大值Acc_Max与门限值Decide_TH相比较，当出现某个值大于门限值时，依次搜索该值后的最大值，如果依次搜索的最大值都大于门限值，则认为捕获到最大值，输出捕获锁定指示，并记录最大值和最大值位置；否则，没有捕获到卫星信号，执行步骤9)；
7)捕获验证；
通过捕获验证模块将捕获时刻的快速傅里叶变换FFT模块输出的最大值与所计算的平均值进行作比，当两者的比值大于设定阈值时，则认为此次捕获是一次正确捕获；否则，认为捕获失败；
8)捕获判决；
通过捕获判决模块将通过捕获验证后的最大值位置Max_pos和捕获锁定指示进行输出，并根据最大值位置Max_pos和捕获锁定指示计算得到所检测的多普勒频偏估计值和码初始相位Initial_phase，
f ^ d r = ( M a x _ p o s - 1 ) N * f s / M
Initial_phase＝M*Counter_flag
其中，fs为采样速率；
将计算得到的多普勒频偏估计值和码初始相位Initial_phase送入数字中频混频器中进行补偿；
9)频率自适应调整；
初始状态时，数字中频混频器中的数控振荡器NCO设置的起始频率finit等于fr；
若无法捕获到卫星信号，则输入多普勒频偏不在检测范围内的指示给数字中频混频器，此时数字中频混频器中的数控振荡器NCO对起始频率finit进行自适应调整，以finit＝fr±10KHz频率步进调整数控振荡器NCO输出频率进行重新捕获，重复步骤6)～步骤8)，直至捕获到卫星信号为止。
2.根据权利要求1所述的一种卫星信号多维快速捕获方法，其特征在于：所述步骤2)中的通过数字中频混频器从接收到的卫星信号剥离出I、Q两路基带信号，具体为，数字中频混频器对接收到的卫星信号进行数字下变频及采样，截取信号有效位数进行基带信号剥离。
3.根据权利要求1所述的一种卫星信号多维快速捕获方法，其特征在于：所述步骤3)中的I、Q两路基带信号的特征多项式为
fI(x)＝1+x3+x10
fQ(x)＝1+x10
其中，x为变量。
4.根据权利要求1所述的一种卫星信号多维快速捕获方法，其特征在于：所述步骤4)中的匹配相关，具体为，利用复数乘法器进行共轭相乘，依次计算出M个复数乘法器的共轭相乘结果，将M个共轭相乘结果送入累加器进行累加，依次延时一个码元宽度完成累加，从而得到两路匹配滤波数据。
5.根据权利要求1所述的一种卫星信号多维快速捕获方法，其特征在于：所述步骤5)中的快速傅里叶变换采用频域的FFT算法。
6.一种卫星信号多维快速捕获系统，其特征在于：包括数字中频混频器，本地码发生器，分段匹配滤波器PMF，快速傅里叶变换FFT模块，捕获检测模块，捕获验证模块和捕获判决模块；
所述数字中频混频器，用于对接收到的卫星信号进行数字下变频及采样，截取信号有效位数从而剥离出I、Q两路基带信号，并将I、Q两路基带信号存储入存储器，以及从捕获判决模块中获得多普勒频偏估计值和码初始相位进行补偿，且在无法捕获到卫星信号时对起始频率进行自适应调整；
所述本地码发生器，用于按照I、Q两路基带信号的码生成多项式产生两路本地码序列；
所述分段匹配滤波器PMF，用于从存储器中分段读取I、Q两路基带信号，以M个信号数据为单元，依次与本地码发生器输出的两路本地码序列进行匹配相关，得到两路匹配滤波数据；
所述快速傅里叶变换FFT模块，用于对两路匹配滤波数据进行快速傅里叶变换，从时域和频域二维搜索，并进行频率抽取得到两路变换数据；
所述捕获检测模块，用于对两路变换数据进行取模平方运算和最大值搜索，捕获到最大值，输出捕获锁定指示，并记录最大值和最大值位置；
所述捕获验证模块，用于验证捕获检测模块所捕获到的最大值是否正确，输出捕获验证结果；
所述捕获判决模块，用于将捕获验证结果进行判决输出，并计算得到所检测的多普勒频偏估计值和码初始相位，将多普勒频偏估计值和码初始相位送入数字中频混频器。
7.根据权利要求6所述的一种卫星信号多维快速捕获系统，其特征在于：所述数字中频混频器包括数控振荡器NCO、混频器复数乘法器和低通滤波器，数控振荡器NCO与混频器复数乘法器相连接，混频器复数乘法器与低通滤波器相连接。
8.根据权利要求6所述的一种卫星信号多维快速捕获系统，其特征在于：所述分段匹配滤波器PMF包括PMF复数乘法器、滤波器和PMF累加器，PMF复数乘法器与滤波器相连，滤波器与PMF累加器相连接。
9.根据权利要求6所述的一种卫星信号多维快速捕获系统，其特征在于：所述捕获检测模块包括捕获复数乘法器、捕获累加器、比较器和判决器，捕获复数乘法器与捕获累加器相连接，捕获累加器与比较器相连接将输出结果送入比较器，比较器与判决器相连接最终由判决器输出捕获指示。
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