CN106707309A - 一种载波伪码二维搜索的精捕方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于卫星导航接收机信号处理领域，具体涉及一种载波伪码二维搜索的精捕方法；正交下变频得到的I、Q两路下变频数据和本地伪码送入短时相干积分模块，短时相干积分模块对伪码进行延时得到相位不同的伪码，伪码分别与I、Q支路下变频数据进行相关运算，得到短时相干积分结果，短时相干积分结果送入RAM进行缓存，缓存后送入FFT模块进行运算，对FFT输出结果求模，求模结果送入RAM实现非相干累加，最后对非相干累加的结果进行峰值检测，得到最大非相干累加峰值及其对应的载波频率和伪码相位，完成捕获；本发明具有捕获速度快、占用资源少、捕获灵敏度高的优点。

Description

一种载波伪码二维搜索的精捕方法
技术领域
本发明属于卫星导航接收机信号处理领域，具体涉及一种载波伪码二维搜索的精捕方法。
背景技术
由于卫星导航系统长码信号的码周期很长，主要有民码引导辅助捕获和长码直捕两种捕获方法。由于民码周期短，抗干扰能力差，且易于生成欺骗式干扰，有些环境下难以用民码引导长码捕获；长码直捕一般需要一个已知的时间不确定度范围，以减小码相位搜索范围，在本地时间±1s的精度下对长码进行直接捕获，码相位搜索范围比民码大2000倍，为了提高捕获速度，一般采用较大的码相位搜索间隔或载波频率搜索间隔。
长码捕获完成后，由于码相位和载波频率还可能有较大的误差，直接从捕获转到跟踪，跟踪环路难以锁定，为了提高捕获转跟踪的成功概率，一般需要对载波或伪码进行进一步小范围内的精确捕获。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的在于提供一种载波伪码二维搜索的精捕方法，提高长码捕获完成后，捕获转跟踪的成功概率。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案。
本发明的目的在于提供一种载波伪码二维搜索的精捕方法，包括以下步骤：正交下变频得到的I、Q两路下变频数据和本地伪码送入短时相干积分模块，短时相干积分模块对伪码进行延时得到相位不同的伪码，伪码分别与I、Q支路下变频数据进行相关运算，得到短时相干积分结果，短时相干积分结果送入RAM进行缓存，缓存后送入FFT模块进行运算，对FFT输出结果求模，求模结果送入RAM实现非相干累加，最后对非相干累加的结果进行峰值检测，得到最大非相干累加峰值及其对应的载波频率和伪码相位，完成捕获。
进一步，该方法包括以下步骤：
步骤一、短时相干积分模块对输入的伪码进行延时打拍，产生M路时间间隔依次为一个时钟周期的伪码序列，M路伪码与下变频后的信号进行时间长度为T的短时相干积分运算；
步骤二、M路短时相干积分结果按列存入RAM，写入地址依次相差N，每隔T时间写入一列数据，N×T时间后，共存入N列，M×N个数据；
步骤三、将RAM中的M×N个数据按行读出，每行N个数据读出后，送入FFT模块，补(L－N)个0做L点FFT变换，其中L为2的整数次方；
步骤四、FFT输出有效后，对FFT输出的实部和虚部分别求模并比较大小，通过公式(1)，近似求出信号模值；
式中：A、B分别代表FFT输出的实部和虚部；
步骤五、FFT求模后结果输入RAM缓存，进行K次非相干累加；
步骤六、在K次非相干累加结果中检测最大峰值，得到最大峰值及峰值对应的伪码相位和载波频率。
进一步，所述的M路伪码序列范围覆盖±1码片。
进一步，所述的N、T、L应满足如下关系：
(1)N×T为1比特时间的整数倍；
(2)N<L。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明一种载波伪码二维搜索的精捕方法，载波伪码二维并行搜索，一次捕获即可获得更精确的载波和伪码相位，具有捕获速度快的优点。
本发明一种载波伪码二维搜索的精捕方法，伪码只需很小的搜索范围，即可实现精捕，利用FPGA实现，具有占用FPGA资源少的优点。
本发明一种载波伪码二维搜索的精捕方法，采用多次非相干累加，以提高捕获灵敏度，具有捕获灵敏度高的优点。
附图说明
图1是本发明一种载波伪码二维搜索的精捕方法示意图；
图2是本发明短时相干积分结果缓存RAM读写时序示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明一种载波伪码二维搜索的精捕方法作详细说明。
如图1所示，本发明一种载波伪码二维搜索的精捕方法，正交下变频得到的I、Q两路下变频数据和本地伪码送入短时相干积分模块，短时相干积分模块对伪码进行延时得到相位不同的伪码，伪码分别与I、Q支路下变频数据进行相关运算，得到短时相干积分结果，短时相干积分结果送入RAM进行缓存，缓存后送入FFT模块进行运算，对FFT输出结果求模，求模结果送入RAM实现非相干累加，最后对非相干累加的结果进行峰值检测，得到最大非相干累加峰值及其对应的载波频率和伪码相位，完成捕获。
具体的，本发明一种载波伪码二维搜索的精捕方法包括以下步骤：
步骤一、短时相干积分模块对输入的伪码进行延时打拍，产生M路(M路伪码序列能够覆盖±1码片)时间间隔依次为一个时钟周期的伪码序列，M路伪码与下变频后的信号进行时间长度为T的短时相干积分运算；
步骤二、M路短时相干积分结果按列存入RAM，如图2所示，写入地址依次相差N，每隔T时间写入一列数据，N×T时间后，共存入N列，M×N个数据；
步骤三、将RAM中的M×N个数据按行读出，如图2所示，每行N个数据读出后，送入FFT模块，补(L－N)个0做L点FFT变换，其中L为2的整数次方；
步骤四、FFT输出有效后，对FFT输出的实部和虚部分别求模并比较大小，通过公式(1)，近似求出信号模值；
式中：A、B分别代表FFT输出的实部和虚部；
步骤五、FFT求模后结果输入RAM缓存，进行K次非相干累加；
步骤六、在K次非相干累加结果中检测最大峰值，得到最大峰值及峰值对应的伪码相位和载波频率。
所述的N、T、L应满足如下关系：
(1)N×T为1比特时间的整数倍；
(2)N<L。
以某种卫星导航系统的频点为例说明本方法：
在62MHz系统时钟驱动下利用移位寄存器，产生12路时间间隔依次为一个时钟周期的伪码序列，在伪码速率10.23MHz的情况下，12路不同相位的伪码约能覆盖±1码片的搜索范围，12路伪码与下变频后的信号进行50us短时相干积分运算，2ms后，每路伪码与下变频后信号运算得到40个相干积分结果，40个相干积分结果送入FFT模块进行128点FFT运算，计算可得频率分辨率为20KHz/128/2＝78.125Hz，FFT结果求模后进行10次非相干累加，最后对非相干累加结果进行峰值检测，得到捕获峰值及载波频率和伪码相位。
具体实施步骤如下：
(1)短时相干积分模块在62MHz(采样率)时钟驱动下，对输入的伪码进行延时打拍，产生12路＝时间间隔依次为一个时钟周期的伪码序列，在伪码速率10.23MHz的情况下，12路不同相位的伪码约能覆盖±1码片的搜索范围，12路伪码与下变频后的信号进行50us短时相干积分运算；
(2)12路50us短时相干积分结果按列存入RAM，如图2所示，写入地址依次相差40，每隔50us写入一列数据，2ms后，共存入40列，480个数据；
(3)将RAM中的480个数据按行读出，如图2所示，每行40个数据读出后，送入FFT模块，补88个0做128点FFT变换；
(4)FFT输出有效后，对FFT输出的实部和虚部分别求模并比较大小，通过公式，近似求出信号模值；
(5)FFT求模后结果输入RAM缓存，进行10次非相干累加；
在10次非相干累加结果中检测最大峰值，得到最大峰值及峰值对应的伪码相位和载波频率。
本发明在Xilinx K7系列FPGA中实现，占用FPGA资源如下表所示，占用的FPGA资源较少。
表1 FPGA资源占用表
逻辑资源类型 占用数量 可用数量 占用百分比
Number of Slice Registers 2013 407600 0.49％
Number of Slice LUTs 1928 203800 0.95％
Number of Block RAM/FIFO 2 445 0.45％
Number of DSP48E1s 40 840 4.76％
本发明能够在22ms的时间内完成捕获，具有捕获速度快的优点，且捕获灵敏度能够达到-139dBm，具有捕获灵敏度高的优点。

Claims (4)

1.一种载波伪码二维搜索的精捕方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：正交下变频得到的I、Q两路下变频数据和本地伪码送入短时相干积分模块，短时相干积分模块对伪码进行延时得到相位不同的伪码，伪码分别与I、Q支路下变频数据进行相关运算，得到短时相干积分结果，短时相干积分结果送入RAM进行缓存，缓存后送入FFT模块进行运算，对FFT输出结果求模，求模结果送入RAM实现非相干累加，最后对非相干累加的结果进行峰值检测，得到最大非相干累加峰值及其对应的载波频率和伪码相位，完成捕获。
2.根据权利要求1所述的一种载波伪码二维搜索的精捕方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、短时相干积分模块对输入的伪码进行延时打拍，产生M路时间间隔依次为一个时钟周期的伪码序列，M路伪码与下变频后的信号进行时间长度为T的短时相干积分运算；
步骤二、M路短时相干积分结果按列存入RAM，写入地址依次相差N，每隔T时间写入一列数据，N×T时间后，共存入N列，M×N个数据；
步骤三、将RAM中的M×N个数据按行读出，每行N个数据读出后，送入FFT模块，补(L－N)个0做L点FFT变换，其中L为2的整数次方；
步骤四、FFT输出有效后，对FFT输出的实部和虚部分别求模并比较大小，通过公式(1)，近似求出信号模值；
A 2 + B 2 &ap; m a x ( | A | , | B | ) + 0.5 min ( | A | , | B | ) - - - ( 1 )
式中：A、B分别代表FFT输出的实部和虚部；
步骤五、FFT求模后结果输入RAM缓存，进行K次非相干累加；
步骤六、在K次非相干累加结果中检测最大峰值，得到最大峰值及峰值对应的伪码相位和载波频率。
3.根据权利要求2所述的一种载波伪码二维搜索的精捕方法，其特征在于，所述的M路伪码序列范围覆盖±1码片。
4.根据权利要求1所述的一种载波伪码二维搜索的精捕方法，其特征在于，所述的N、T、L应满足如下关系：
(1)N×T为1比特时间的整数倍；
(2)N<L。
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