CN108169772A - 一种加窗fft的卫星信号捕获方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于卫星导航领域，其公开了一种加窗FFT的卫星信号捕获方法，解决传统技术中的卫星信号搜索算法存在的捕获时间长和不能适应所有卫星频点的问题。本发明中卫星基带数据以2倍码速率存入FPGA内部RAM中，再以100MHz速率高速读出，送至多路并行相关器。并行相关器分段相关后将相关值存入乒乓RAM并通知FFT模块，FFT模块读取各相关器的分段相关值与窗函数相乘，FFT后求模送至非相干累加RAM，非相干累加次数满后查找5个最大值。至此，一个大相位搜索完毕，将卫星基带数据存储RAM读地址偏移一个大相位，重复上述步骤，搜索下一个大相位，直到搜索完指定的大相位。

Description

一种加窗FFT的卫星信号捕获方法
技术领域
本发明属于卫星导航领域，具体涉及一种加窗FFT的卫星信号捕获方法。
背景技术
目前已投入使用的卫星导航系统有美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲GALILEO和中国北斗系统，要实现导航必须对卫星射频信号进行下变频到中频、粗跟踪、精跟踪、导航电文解调等阶段，本发明中的卫星信号捕获方法属于粗跟踪阶段。
粗跟踪是在码相位域上(时域)和多普勒域上(频域)对中频信号进行二维搜索的过程，通常采用循环相关或部分匹配滤波+FFT等算法。循环相关算法把时域并行相关运算等效为频域FFT+IFFT运算；部分匹配滤波+FFT算法把本地伪码作为滤波器系数，将相关运算等效为FIR滤波器结构。
此两种算法均存在一定缺陷：
循环相关算法在码相位域上并行搜索，在多普勒域上则是串行搜索，若要达到较高的频率分辨率，多普勒域上的搜索次数显著增加，捕获时间加长；部分匹配滤波+FFT算法则在码相位域、多普勒域上同时搜索，捕获时间相对缩短，但匹配滤波器阶数难以适应所有卫星频点，通常按码速率最快的频点来设计阶数，一定程度上浪费了资源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种加窗FFT的卫星信号捕获方法，解决传统技术中的卫星信号搜索算法存在的捕获时间长和不能适应所有卫星频点的问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种加窗FFT的卫星信号捕获方法，包括以下步骤：
a.对中频信号复数下变频，变换成I路、Q路基带信号；
b.I路、Q路基带信号分别经低通滤波后，用2倍码速率进行降采样，并存入数据存储器；
c.以1倍码速率产生伪码，再用2倍码速率上采样后，存入PN码存储器；
d.从数据存储器和PN码存储器中读取数据同时送入多个并行相关器，相关完成后将相关值存入乒乓缓存；
e.从乒乓缓存中读取相关值，与窗函数相乘，经过128点FFT变换求模后与上一次的结果相加，并存入非相干累积缓存；
f.非相干累加次数满后，从非相干累积缓存中读出所有累加值，找出N个最大的峰值，与预设门限比较，超过则捕获成功，否则判定为捕获失败；
g.将数据存储器和PN码存储器的读地址加上一定偏移后，重复步骤d-f，直至完成指定相位的搜索。
作为进一步优化，步骤d中，所述并行相关器的个数为11个。
作为进一步优化，步骤f中，所述N＝5。
作为进一步优化，步骤d中，11个并行相关器可灵活配置，适应现有卫星导航系统内所有频点。
作为进一步优化，步骤e中，从乒乓缓存中读取的相关值与窗函数相乘后才进行128点FFT变换。
本发明的有益效果是：
本发明采用基于存储的时域多路并行相关器+频域加窗FFT算法同时搜索码相位和多普勒；多路并行相关器可灵活配置适应不同频点，优化捕获时间；频域FFT加窗后使峰值能量更集中，提高频率分辨率。
附图说明
图1为本发明中的加窗FFT的卫星信号捕获方法流程框图。
具体实施方式
本发明旨在提出一种加窗FFT的卫星信号捕获方法，解决传统技术中的卫星信号搜索算法存在的捕获时间长和不能适应所有卫星频点的问题。
本发明采用多路并行相关器加FFT频率估计的方法进行快速搜索：卫星基带数据以2倍码速率存入FPGA内部RAM中，再以100MHz速率高速读出，送至多路并行相关器。并行相关器分段相关后将相关值存入乒乓RAM并通知FFT模块，FFT模块读取各相关器的分段相关值与窗函数相乘，FFT后求模送至非相干累加RAM，非相干累加次数满后查找5个最大值。至此，一个大相位搜索完毕，将卫星基带数据存储RAM读地址偏移一个大相位，重复上述步骤，搜索下一个大相位，直到搜索完指定的大相位。
在具体实现上，如图1所示，本发明中的加窗FFT的卫星信号捕获方法包括以下步骤：
1.对中频信号复数下变频，变换成I路、Q路基带信号；
2.I路、Q路基带信号分别经低通滤波后，用2倍码速率进行降采样，并存入数据存储器；
3.以1倍码速率产生伪码，再用2倍码速率上采样后，存入PN码存储器；
4.从数据存储器和PN码存储器中读取数据同时送入11个并行相关器，相关完成后将相关值存入乒乓缓存；
5.从乒乓缓存中读取相关值，与窗函数相乘，经过128点FFT变换求模后与上一次的结果相加，并存入非相干累积缓存；
6.非相干累加次数满后，从非相干累积缓存中读出所有累加值，找出5个最大的峰值，与预设门限比较，超过则捕获成功，否则判定为捕获失败；
7.将数据存储器和PN码存储器的读地址加上一定偏移后，重复步骤4-6，直至完成指定相位的搜索；
本发明中的11个并行相关器可灵活配置，能适应现有卫星导航系统内的所有频点；优化捕获时间，而在进行FFT运算之前进行加窗运算，能提高频率分辨率，有利于转入信号精跟踪阶段；在从非相干累积缓存中读出所有累加值后，查找5个最大值，根据各个最大值对应的码相位、多普勒的关系能准备判断出真实信号、假信号、转发式干扰信号。

Claims (5)

1.一种加窗FFT的卫星信号捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.对中频信号复数下变频，变换成I路、Q路基带信号；
b.I路、Q路基带信号分别经低通滤波后，用2倍码速率进行降采样，并存入数据存储器；
c.以1倍码速率产生伪码，再用2倍码速率上采样后，存入PN码存储器；
d.从数据存储器和PN码存储器中读取数据同时送入多个并行相关器，相关完成后将相关值存入乒乓缓存；
e.从乒乓缓存中读取相关值，与窗函数相乘，经过128点FFT变换求模后与上一次的结果相加，并存入非相干累积缓存；
f.非相干累加次数满后，从非相干累积缓存中读出所有累加值，找出N个最大的峰值，与预设门限比较，超过则捕获成功，否则判定为捕获失败；
g.将数据存储器和PN码存储器的读地址加上一定偏移后，重复步骤d-f，直至完成指定相位的搜索。
2.如权利要求1所述的一种加窗FFT的卫星信号捕获方法，其特征在于，步骤d中，所述并行相关器的个数为11个。
3.如权利要求1所述的一种加窗FFT的卫星信号捕获方法，其特征在于，步骤f中，所述N＝5。
4.如权利要求1所述的一种加窗FFT的卫星信号捕获方法，其特征在于，步骤d中，11个并行相关器可灵活配置，适应现有卫星导航系统内所有频点。
5.如权利要求1所述的一种加窗FFT的卫星信号捕获方法，其特征在于，步骤e中，从乒乓缓存中读取的相关值与窗函数相乘后才进行128点FFT变换。
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