CN106896385A - 一种频率搜索的装置及实现频率搜索的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种频率搜索的装置及实现频率搜索的方法，包括：对接收来自频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段傅里叶变换；将完成分段傅里叶变换的信号通过相干累加单元进行相干累加后进行取模输出；或，对接收来自频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段相干累加处理；将完成分段相干累加处理的信号进行傅里叶变换处理并取模输出。本发明方法通过对同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段傅里叶变换和相干累加处理，或进行傅里叶变换之前进行分段相干累加处理，减小了傅里叶变换长度，降低了傅里叶变换处理的复杂程度。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理技术，尤指一种频率搜索的装置及实现频率搜索的方法。
背景技术
全球卫星导航系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)在人们的日常生活中发挥着越来越不可替代的重要作用，尤其在导航、定时、测绘等领域得到越来越多的应用。目前，全球卫星导航系统主要包括美国的GPS系统、中国的北斗(BD)系统、俄罗斯的全球导航卫星定位系统(GLONASS，GLObal NAvigation Satellite System)，以及欧洲的伽利略(Galileo)系统。在中国和亚太地区，GPS和北斗系统应用较为广泛；而在俄罗斯，以GPS和GLONASS应用较多。由于伽利略系统远未成熟，尚不可提供正式服务。利用全球卫星导航系统进行定位、定时等业务时，首先需要捕获到至少四颗可见卫星的无线信号，通过捕获的无线信号实现三维搜索算法，三维搜索算法包括：卫星伪码、码相位和多普勒频移。
常见的线性搜索方法按照一维、二维、三维的顺序逐步搜索，耗时太长。为了较少耗时，并行搜索方法得到了发展，例如、并行频率搜索算法，可明显减小用时。图1为现有的频率搜索电路的原理图，如图1所示，在傅里叶变换单元接收同相和正交处理的相关结果信号之前，频率搜索电路是对称的两路之路，通过一路之路对相关器处理之前的电路进行说明；对粗捕获(C/A，Coarse Acquisition)发生器输出的各延时相位的C/A码，分别进行以下处理：将实数形式的数字中频输入信号通过混频器首先与接收机内部复制数字控制振荡器(NCO)的中频进行混频处理生成混频信号；将混频信号与C/A码发生器输出的C/A码通过相关器做相关计算获得相关结果信号。相关器处理之后，两路对称电路的相关结果信号分别进行同相和正交处理，傅里叶变换单元对接收同相相关结果信号和正交相关结果信号作傅里叶变换；对傅里叶变换单元的输出至取模单元进行取模，输出同相相关结果信号和正交相关结果信号在各个频率成分处的强度；通过调整C/A码发生器的延时相位，可以获得各延时相位C/A码相应的同相相关结果信号和正交相关结果信号在各个频率成分处的强度。搜索所有延时相位的C/A码的同相相关结果信号和正交相关结果信号在各个频率成分处的强度中的最大值，将该最大值对应的C/A码延时相位作为输入信号的码相位值，确定对应的频率值为多普勒频移值。
上述算法利用傅里叶变换一次可以搜索一个C/A码延时相位的码相位值及对应的所有频率值，明显加快了搜索速度。但是，傅里叶变换存在算法复杂度的问题；假设傅里叶变换的频率分辨率为Δf＝fs/N，fs为参与傅里叶变换的数据采样率，N为傅里叶变换数据块长度。当傅里叶变换数据块长度N过长时，将造成傅里叶变换计算复杂。另外，由于傅里叶变化计算复杂度较高，N不可能无限加大，而多普勒频移值有可能较小，决定了傅里叶变换的频率分辨率较小，造成傅里叶变换计算复杂；混频信号中包含了2倍中频输入信号的频率成分，为了防止频率折叠给多普勒频移取值判断带来模糊度，采样率fs不能太小，也容易造成傅里叶变换计算复杂。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种频率搜索的装置及实现频率搜索的方法，能够降低傅里叶变换的复杂程度。
为了达到本发明目的，本发明提供了一种频率搜索的装置，包括：分段傅里叶变换单元、相干累加单元和取模单元，
分段傅里叶变换单元接收频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段傅里叶变换；将完成分段傅里叶变换的信号通过相干累加单元进行相干累加后输出至取模单元；
或者，
包括：分段相干累加单元、傅里叶变换单元和取模单元，
分段相干累加单元接收频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段相干累加处理，将完成分段相干累加处理的信号输出至傅里叶变换单元，将傅里叶变换单元处理后的信号输出至取模单元。
可选的，当该装置为包括分段相干累加单元、傅里叶变换单元和取模单元的装置时，该装置还包括第一下采样单元，用于对所述分段相干累加处理的信号进行第一下采样处理。
可选的，该装置还包括低通滤波器和/或第二下采样单元；其中，
低通滤波器和/或第二下采样单元与频率搜索电路的混频器连接，用于接收混频信号，将完成低通滤波和/或第二下采样处理的混频信号输出至频率搜索电路的相关器；或，
低通滤波器和/或第二下采样单元与频率搜索电路的相关器连接，用于接收相关结果信号，将完成低通滤波和/或第二下采样处理的混频信号输出至频率搜索电路的相关器。
可选的，该装置还包括粗捕获C/A码下采样单元，
用于当所述装置包括所述第二下采样单元，且所述第二下采样单元直接与所述混频器直接连接时，与C/A码发生器串联后，将C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样后发往相关器；或者，
当所述装置包括所述第二下采样单元和所述低通滤波器，且所述第二下采样单元与所述低通滤波器串联后经由所述低通滤波器与所述混频器连接时，与C/A码发生器串联后，将C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样后发往相关器。
可选的，当所述装置包括所述第二下采样单元和所述低通滤波器时，所述第二下采样单元和所述低通滤波器串联。
可选的，该装置还包括：低通滤波器和第二下采样单元；其中，
所述第二下采样单元连接于所述频率搜索电路的相关器的前侧，用于向相关器输出经过第二下采样处理的混频信号；所述低通滤波器与相关器连接，用于接收相关器的输出；或，
所述低通滤波器连接于所述频率搜索电路的相关器的前侧，用于向相关器输出经过下采样处理的混频信号；所述第二下采样单元与相关器连接，用于接收相关器的输出。
可选的，该装置还包括C/A码下采样单元，用于当第二下采样单元连接于所述频率搜索电路的相关器的前侧，向相关器输出经过下采样处理的混频信号时，与C/A码发生器串联后，将C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样后发往相关器。
另一方面，本申请还提供一种实现频率搜索的方法，
包括：对接收来自频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段傅里叶变换；将完成分段傅里叶变换的信号进行相干累加后进行取模输出；或者，
对接收来自频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段相干累加处理；将完成分段相干累加处理的信号进行傅里叶变换处理并取模输出。
可选的，当对接收来自频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段相干累加处理时，该方法还包括：
对所述分段相干累加处理的信号进行第一下采样处理。
可选的，该方法还包括：
对频率搜索电路混频器的混频信号进行低通滤波和/或第二下采样处理；或，
对频率搜索电路相关器的相关结果信号进行低通滤波和/或第二下采样处理。
可选的，对混频信号进行第二下采样处理时，该方法还包括：
对所述频率搜索电路的C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样处理。
可选的，该方法包括：
对频率搜索电路混频器的混频信号进行低通滤波处理；将通过低通滤波处理的混频信号输出至相关器后，进行第二下采样处理；或，
对频率搜索电路混频器的混频信号进行第二下采样处理；将第二下采样处理的混频信号输出至相关器；对相关器的输出进行低通滤波。
可选的，当对所述混频信号进行第二下采样处理时，所述相关器进行相关计算之前，该方法还包括：
对所述频率搜索电路的C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样处理。
与现有技术相比，本申请技术方案包括：包括：对接收来自频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段傅里叶变换；将完成分段傅里叶变换的信号通过相干累加单元进行相干累加后进行取模输出；或，对接收来自频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段相干累加处理；将完成分段相干累加处理的信号进行傅里叶变换处理并取模输出。本发明方法通过对同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段傅里叶变换和相干累加处理，或进行傅里叶变换之前进行分段相干累加处理，减小了傅里叶变换长度，降低了傅里叶变换处理的复杂程度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有的频率搜索电路原理图；
图2为本发明一种频率搜索的装置的结构框图；
图3为本发明另一种频率搜索的装置的结构框图；
图4为本发明还一种频率搜索的装置的结构框图；
图5为本发明还一种频率搜索的装置的结构框图；
图6为本发明还一种频率搜索的装置的结构框图；
图7为本发明还一种频率搜索的装置的结构框图；
图8为本发明又一种频率搜索的装置的结构框图；
图9为本发明再一种频率搜索的装置的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
图2为本发明一种频率搜索的装置的结构框图，如图2所示，包括：分段傅里叶变换单元、相干累加单元和取模单元，
分段傅里叶变换单元接收频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段傅里叶变换；将完成分段傅里叶变换的信号通过相干累加单元进行相干累加后输出至取模单元。
本发明装置还包括：低通滤波器和/或第二下采样单元；其中，
低通滤波器和/或第二下采样单元与频率搜索电路的混频器连接，用于接收混频信号，将完成低通滤波和/或第二下采样处理的混频信号输出至频率搜索电路的相关器。
本发明装置还包括粗捕获(C/A)码下采样单元，用于与C/A码发生器串联后，将C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样后发往相关器。
本发明方法通过对同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段傅里叶变换和相干累加处理，减小了傅里叶变换长度，降低了傅里叶变换处理的复杂程度。进一步地，通过低通滤波器和/或第二下采样单元进一步降低了傅里叶变换的复杂度。
图3为本发明另一种频率搜索的装置的结构框图，如图3所示，包括：分段傅里叶变换单元、相干累加单元和取模单元，
分段傅里叶变换单元接收频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段傅里叶变换；将完成分段傅里叶变换的信号通过相干累加单元进行相干累加后输出至取模单元。
本发明装置还包括：低通滤波器和/或第二下采样单元，
低通滤波器和/或第二下采样单元与频率搜索电路的相关器连接，用于接收相关结果信号，将完成低通滤波和/或第二下采样处理的混频信号输出至频率搜索电路的相关器。
图4为本发明还一种频率搜索的装置的结构框图，如图4所示，包括：分段相干累加单元、傅里叶变换单元和取模单元，
分段相干累加单元接收频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段相干累加处理，将完成分段相干累加处理的信号输出至傅里叶变换单元，将傅里叶变换单元处理后的信号输出至取模单元。
本发明装置还包括第一下采样单元，用于对分段相干累加处理的信号进行第一下采样处理。
本发明装置还包括：低通滤波器和/或第二下采样单元；其中，
低通滤波器和/或第二下采样单元与频率搜索电路的混频器连接，用于接收混频信号，将完成低通滤波和/或第二下采样处理的混频信号输出至频率搜索电路的相关器；
包含第二下采样单元时，本发明装置还包括C/A码下采样单元，用于与C/A码发生器串联后，将C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样后发往相关器。
图5为本发明还一种频率搜索的装置的结构框图，如图5所示，包括：分段相干累加单元、傅里叶变换单元和取模单元，
分段相干累加单元接收频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段相干累加处理，将完成分段相干累加处理的信号输出至傅里叶变换单元，将傅里叶变换单元处理后的信号输出至取模单元。
本发明装置还包括第一下采样单元，用于对分段相干累加处理的信号进行第一下采样处理。
本发明装置还包括低通滤波器和/或第二下采样单元；其中，
低通滤波器和/或第二下采样单元与频率搜索电路的相关器连接，用于接收相关结果信号，将完成低通滤波和/或第二下采样处理的混频信号输出至频率搜索电路的相关器；
包含第二下采样单元时，本发明装置还包括粗捕获C/A码下采样单元，用于与C/A码发生器串联后，将C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样后发往相关器。
图6为本发明还一种频率搜索的装置的结构框图，如图6所示，包括：分段傅里叶变换单元、相干累加单元和取模单元，
分段傅里叶变换单元接收频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段傅里叶变换；将完成分段傅里叶变换的信号通过相干累加单元进行相干累加后输出至取模单元。
本发明装置还包括：低通滤波器和第二下采样单元；其中，
第二下采样单元连接于频率搜索电路的相关器的前侧，用于向相关器输出经过第二下采样处理的混频信号；低通滤波器与相关器连接，用于接收相关器的输出。
本发明装置还包括C/A码下采样单元，用于向相关器输出经过下采样处理的混频信号时，与C/A码发生器串联后，将C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样后发往相关器。
图7为本发明还一种频率搜索的装置的结构框图，如图7所示，包括：分段傅里叶变换单元、相干累加单元和取模单元，
分段傅里叶变换单元接收频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段傅里叶变换；将完成分段傅里叶变换的信号通过相干累加单元进行相干累加后输出至取模单元。
本发明装置还包括：低通滤波器和第二下采样单元；其中，
低通滤波器和/或第二下采样单元与频率搜索电路的相关器连接，用于接收相关结果信号，将完成低通滤波和/或第二下采样处理的混频信号输出至频率搜索电路的相关器。
图8为本发明又一种频率搜索的装置的结构框图，如图8所示，包括：分段相干累加单元、傅里叶变换单元和取模单元，
分段相干累加单元接收频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段相干累加处理，将完成分段相干累加处理的信号输出至傅里叶变换单元，将傅里叶变换单元处理后的信号输出至取模单元。
本发明装置还包括第一下采样单元，用于对分段相干累加处理的信号进行第一下采样处理。
本发明装置还包括：低通滤波器和第二下采样单元；其中，
第二下采样单元连接于频率搜索电路的相关器的前侧，用于向相关器输出经过第二下采样处理的混频信号；低通滤波器与相关器连接，用于接收相关器的输出；
包含第二下采样单元时，本发明装置还包括C/A码下采样单元，用于与C/A码发生器串联后，将C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样后发往相关器。
图9为本发明再一种频率搜索的装置的结构框图，如图9所示，包括：分段相干累加单元、傅里叶变换单元和取模单元，
分段相干累加单元接收频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段相干累加处理，将完成分段相干累加处理的信号输出至傅里叶变换单元，将傅里叶变换单元处理后的信号输出至取模单元。
本发明装置还包括第一下采样单元，用于对分段相干累加处理的信号进行第一下采样处理。
本发明装置还包括：低通滤波器和第二下采样单元；其中，
低通滤波器连接于频率搜索电路的相关器的前侧，用于向相关器输出经过下采样处理的混频信号；第二下采样单元与相关器连接，用于接收相关器的输出。
一种实现频率搜索的方法，
包括：对接收来自频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段傅里叶变换；将完成分段傅里叶变换的信号进行相干累加后进行取模输出；或者，
对接收来自频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段相干累加处理；将完成分段相干累加处理的信号进行傅里叶变换处理并取模输出。
当对接收来自频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段相干累加处理时，本发明方法还包括：对分段相干累加处理的信号进行第一下采样处理。
本发明方法还包括：
对频率搜索电路混频器的混频信号进行低通滤波和/或第二下采样处理；或，
对频率搜索电路相关器的相关结果信号进行低通滤波和/或第二下采样处理。
对混频信号进行第二下采样处理时，本发明方法还包括：
对频率搜索电路的C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样处理。
本发明方法包括：
对频率搜索电路混频器的混频信号进行低通滤波处理；将通过低通滤波处理的混频信号输出至相关器后，进行第二下采样处理；或，
对频率搜索电路混频器的混频信号进行第二下采样处理；将第二下采样处理的混频信号输出至相关器；对相关器的输出进行低通滤波。
当对混频信号进行第二下采样处理时，相关器进行相关计算之前，本发明方法还包括：
对频率搜索电路的C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样处理。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (13)
1.一种频率搜索的装置，其特征在于，
包括：分段傅里叶变换单元、相干累加单元和取模单元，
分段傅里叶变换单元接收频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段傅里叶变换；将完成分段傅里叶变换的信号通过相干累加单元进行相干累加后输出至取模单元；
或者，
包括：分段相干累加单元、傅里叶变换单元和取模单元，
分段相干累加单元接收频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段相干累加处理，将完成分段相干累加处理的信号输出至傅里叶变换单元，将傅里叶变换单元处理后的信号输出至取模单元。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当该装置为包括分段相干累加单元、傅里叶变换单元和取模单元的装置时，该装置还包括第一下采样单元，用于对所述分段相干累加处理的信号进行第一下采样处理。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该装置还包括低通滤波器和/或第二下采样单元；其中，
低通滤波器和/或第二下采样单元与频率搜索电路的混频器连接，用于接收混频信号，将完成低通滤波和/或第二下采样处理的混频信号输出至频率搜索电路的相关器；或，
低通滤波器和/或第二下采样单元与频率搜索电路的相关器连接，用于接收相关结果信号，将完成低通滤波和/或第二下采样处理的混频信号输出至频率搜索电路的相关器。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，该装置还包括粗捕获C/A码下采样单元，
用于当所述装置包括所述第二下采样单元，且所述第二下采样单元直接与所述混频器直接连接时，与C/A码发生器串联后，将C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样后发往相关器；或者，
当所述装置包括所述第二下采样单元和所述低通滤波器，且所述第二下采样单元与所述低通滤波器串联后经由所述低通滤波器与所述混频器连接时，与C/A码发生器串联后，将C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样后发往相关器。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，当所述装置包括所述第二下采样单元和所述低通滤波器时，所述第二下采样单元和所述低通滤波器串联。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该装置还包括：低通滤波器和第二下采样单元；其中，
所述第二下采样单元连接于所述频率搜索电路的相关器的前侧，用于向相关器输出经过第二下采样处理的混频信号；所述低通滤波器与相关器连接，用于接收相关器的输出；或，
所述低通滤波器连接于所述频率搜索电路的相关器的前侧，用于向相关器输出经过下采样处理的混频信号；所述第二下采样单元与相关器连接，用于接收相关器的输出。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置还包括C/A码下采样单元，用于当第二下采样单元连接于所述频率搜索电路的相关器的前侧，向相关器输出经过下采样处理的混频信号时，与C/A码发生器串联后，将C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样后发往相关器。
8.一种实现频率搜索的方法，其特征在于，
包括：对接收来自频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段傅里叶变换；将完成分段傅里叶变换的信号进行相干累加后进行取模输出；或者，
对接收来自频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段相干累加处理；将完成分段相干累加处理的信号进行傅里叶变换处理并取模输出。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当对接收来自频率搜索电路的同相相关结果信号和正交相关结果信号进行分段相干累加处理时，该方法还包括：
对所述分段相干累加处理的信号进行第一下采样处理。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
对频率搜索电路混频器的混频信号进行低通滤波和/或第二下采样处理；或，
对频率搜索电路相关器的相关结果信号进行低通滤波和/或第二下采样处理。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，对混频信号进行第二下采样处理时，该方法还包括：
对所述频率搜索电路的C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样处理。
12.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，该方法包括：
对频率搜索电路混频器的混频信号进行低通滤波处理；将通过低通滤波处理的混频信号输出至相关器后，进行第二下采样处理；或，
对频率搜索电路混频器的混频信号进行第二下采样处理；将第二下采样处理的混频信号输出至相关器；对相关器的输出进行低通滤波。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，当对所述混频信号进行第二下采样处理时，所述相关器进行相关计算之前，该方法还包括：
对所述频率搜索电路的C/A码发生器产生的C/A码进行第三下采样处理。
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- 2015-12-18 CN CN201510959342.0A patent/CN106896385A/zh active Pending
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