CN109725337B - 一种B2a信号匹配滤波捕获方法、装置及计算机存储介质 - Google Patents

一种B2a信号匹配滤波捕获方法、装置及计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明属于卫星导航技术领域，公开了一种B2a信号匹配滤波捕获方法、装置及计算机存储介质。该方法包括：对卫星数据进行下变频处理，得到卫星中频信号；利用剥离载波后的卫星中频信号，在各码相位下顺序搜索以确定当前卫星对应的码相位及多普勒频率；在各码相位下进行搜索时，先对伪随机码进行重采样，并指定对应的起始码片，利用指定了起始码片的伪随机码进行解扩，进而对解扩后的数据进行FFT处理；当完成所有码片的搜索时，根据所得FFT数据，判断是否捕获成功。本发明能够解决传统的码相位并行捕获方法计算量较大、硬件实现难度大的问题，能够快速捕获B2a信号，且简单易行，灵敏度较高。

Description

一种B2a信号匹配滤波捕获方法、装置及计算机存储介质
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种B2a信号匹配滤波捕获方法、装置及计算机存储介质。
背景技术
北斗卫星导航系统是由中国自行研制的全球卫星导航系统，是全球四大卫星导航系统之一。北斗卫星导航系统简称北斗系统，分为三个建设发展阶段，第一阶段为北斗一代，第二阶段为北斗二代，第三阶段为北斗三代。
北斗三代新型信号B2a现已逐渐步入使用，为了能够获得B2a卫星的测距码以及导航电文信息等，需要对接收到的B2a信号进行处理，而首要任务是对B2a信号进行捕获。但由于B2a信号码长为10230个码片，码速率是10.23Mcps，而在传统的码相位并行捕获方法中，码片数量决定了FFT点数，如果采用传统的码相位并行方法对信号直接进行捕获，会导致需要做的FFT点数太多，使得硬件实现难度变大，需要更多的内存空间以及更大的计算量。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种B2a信号匹配滤波捕获方法及装置，以至少解决传统的码相位并行捕获方法由于需要的FFT点数过多导致计算量较大、硬件实现难度大的问题，能够快速捕获B2a信号，且简单易行，灵敏度较高。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，提供一种B2a信号匹配滤波捕获方法，包括：
对所述卫星中频信号进行载波剥离，利用所得剥离载波后的卫星中频信号，在各码相位下顺序搜索以确定当前卫星对应的码相位及多普勒频率；
其中，在各码相位下进行搜索时，先对伪随机码进行重采样，并指定对应的起始码片，利用指定了起始码片的伪随机码进行解扩，进而对解扩后的数据进行FFT处理；当完成所有码片的搜索时，根据所得FFT数据，判断对当前卫星的捕获是否成功；若对当前卫星的捕获成功，则根据当前卫星对应的码相位和多普勒频率，对当前卫星进行跟踪；若对当前卫星的捕获失败，则更新卫星编号，对新的卫星进行捕获。
第二方面，提供一种B2a信号匹配滤波捕获装置，包括：获取单元以及搜索单元；
其中，所述获取单元，用于获取北斗天线接收到的卫星数据，并对所述卫星数据进行下变频处理，得到卫星中频信号；
所述搜索单元，用于对所述卫星中频信号进行载波剥离，利用所得剥离载波后的卫星中频信号，在各码相位下顺序搜索以确定当前卫星对应的码相位及多普勒频率；
其中，所述搜索单元在各码相位下进行搜索时，先对伪随机码进行重采样，并指定对应的起始码片，利用指定了起始码片的伪随机码进行解扩，进而对解扩后的数据进行FFT处理；当完成所有码片的搜索时，根据所得FFT数据，判断对当前卫星的捕获是否成功；若对当前卫星的捕获成功，则根据当前卫星对应的码相位和多普勒频率，对当前卫星进行跟踪；若对当前卫星的捕获失败，则更新卫星编号，对新的卫星进行捕获。
第三方面，提供一种B2a信号匹配滤波捕获装置，所述装置包括：存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于运行所述计算机程序时，执行第一方面所述方法的步骤。
第四方面，提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。
基于本发明提供的上述方案，通过对卫星数据进行下变频处理，得到卫星中频信号，进而对卫星中频信号进行载波剥离，利用所得剥离载波后的卫星中频信号，在各码相位下顺序搜索以确定当前卫星对应的码相位及多普勒频率。其中，在各码相位下进行搜索时，先对本地生成的伪随机码进行重采样，以使重采样后的伪随机码与卫星中频数据相匹配，从而在重采样伪随机码的基础上，对码相位进行串行搜索，并对频率维度进行FFT，从而获得当前卫星发送B2a信号对应的实际码相位和多普勒频率。基于本发明提供的B2a信号匹配滤波捕获方法、装置及计算机存储介质，由于对码相位进行了串行搜索后，再进行FFT处理，因此能够减少FFT点数，大大节省硬件资源，实现B2a信号的快速捕获，且简单易行，灵敏度较高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种B2a信号匹配滤波捕获方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种B2a信号匹配滤波捕获方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种B2a信号匹配滤波捕获装置的组成示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种B2a信号匹配滤波捕获装置的组成示意图；
图5为本发明实施例提供的一种B2a信号匹配滤波捕获装置的组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示为本发明实施例提供的一种B2a信号匹配滤波捕获方法的流程示意图。
如图1所示，本发明实施例提供的B2a信号匹配滤波捕获方法，包括以下步骤：
S101、获取北斗天线接收到的卫星数据，并对卫星数据进行下变频处理，得到卫星中频信号。
S102、对卫星中频信号进行载波剥离，利用所得剥离载波后的卫星中频信号，在各码相位下顺序搜索以确定当前卫星对应的码相位及多普勒频率。
其中，在各码相位下进行搜索时，先对伪随机码进行重采样，并指定对应的起始码片，利用指定了起始码片的伪随机码进行解扩，进而对解扩后的数据进行FFT处理；当完成所有码片的搜索时，根据所得FFT数据，判断对当前卫星的捕获是否成功；若对当前卫星的捕获成功，则根据当前卫星对应的码相位和多普勒频率，对当前卫星进行跟踪；若对当前卫星的捕获失败，则更新卫星编号，对新的卫星进行捕获。
优选的，如图2所示，本发明实施例提供的B2a信号匹配滤波捕获方法中，对卫星中频信号进行载波剥离，利用所得剥离载波后的卫星中频信号，在各码相位下顺序搜索以确定当前卫星对应的码相位及多普勒频率(即步骤S102)，具体可以包括以下步骤：
步骤S1021、生成本地载波，并将本地载波与卫星中频信号进行混频以剥离载波，得到剥离载波后的卫星中频信号；以及，生成当前卫星的B2a信号对应的伪随机码，对伪随机码进行重采样，得到重采样伪随机码。
其中，本地载波具体可以表示为：
其中，fi表示中频频率，fs表示采样频率。
步骤S1022，指定重采样伪随机码的起始码片，得到当前指定起始码片对应的伪随机码。
步骤S1023，利用当前指定起始码片对应的伪随机码，对剥离载波后的卫星中频信号进行解扩。
步骤S1024，对解扩后得到的数据进行分组采样，并按组求和，得到求和序列。
其中，对解扩后得到的数据进行分组采样，具体可以包括：
将解扩后得到的1毫秒对应的N个数据按顺序平均分成m组，以使得每组包括整数数目的数据。
其中，N和m均为正整数。
示例性的，以采样频率fs＝65476000为例，当采样频率fs＝65476000时，表示1ms对应有65476个数据，则可以将1ms对应的65476个数据顺次分成20组，每组对应3274的数据。按组求和即是指将这20组数据对应位置的数据相加，从而得到一组长度为3274的求和序列。
步骤S1025，对求和序列进行补零操作后，进行快速傅里叶变换FFT变换。
本领域技术人员容易理解，对求和序列进行补零操作主要有以下两方面目的：其一，是使数据点数为2的整次幂，以便于使用FFT；其二，是对原数据起到做插值的作用，一方面克服“栏栅”效应，使谱的外观平滑，另一方面，由于对数据截短时引起的频域泄漏，有可能在频谱中出现一些难以确认的谱峰补零后有可能消除这种现象。
步骤S1026，对FFT变换得到的数据进行取模操作，得到当前码相位对应的FFT模值数据。
步骤S1027，返回步骤S1022重新指定起始码片，并重复执行步骤S1023至S1026，直至得到所有码片对应的FFT模值数据，进而确定全部FFT模值数据中的最大值。
步骤S1028，将最大值与预设门限值进行比较：若最大值超过预设门限值，则确定当前卫星的捕获成功，并且最大值对应的码片即为当前卫星发送B2a信号对应的码相位，最大值所在频率即为当前卫星发送B2a信号对应的多普勒频率；若最大值未超过预设门限值，则确定当前卫星的捕获失败。
需要说明的是，若最大值超过预设门限值，则确定当前卫星的捕获成功，此时即可根据当前卫星对应的码相位和多普勒频率，对当前卫星进行跟踪；若最大值未超过预设门限值，也就是说未捕获到当前卫星，即步骤S101中获取的卫星数据中并未包含当前卫星发送的B2a信号。此时可以指定新的卫星编号，利用本发明实施例提供的方法对新的卫星进行捕获。
基于本发明实施例上述方案，通过对卫星数据进行下变频处理，得到卫星中频信号，进而对卫星中频信号进行载波剥离，利用所得剥离载波后的卫星中频信号，在各码相位下顺序搜索以确定当前卫星对应的码相位及多普勒频率。其中，在各码相位下进行搜索时，先对本地生成的伪随机码进行重采样，以使重采样后的伪随机码与卫星中频数据相匹配，从而在重采样伪随机码的基础上，对码相位进行串行搜索，并对频率维度进行FFT，从而获得当前卫星发送B2a信号对应的实际码相位和多普勒频率。基于本发明提供的B2a信号匹配滤波捕获方法，由于由于对码相位进行了串行搜索后，再进行FFT处理，因此能够减少FFT点数，大大节省硬件资源，实现B2a信号的快速捕获，且简单易行，灵敏度较高。
基于上述B2a信号匹配滤波捕获方法，本发明实施例还提供了一种B2a信号匹配滤波捕获装置30，如图3所示。
参见图3，本发明实施例提供的B2a信号匹配滤波捕获装置30包括：获取单元301以及搜索单元302；
其中，获取单元301，用于获取北斗天线接收到的卫星数据，并对卫星数据进行下变频处理，得到卫星中频信号。
搜索单元302，用于对卫星中频信号进行载波剥离，利用所得剥离载波后的卫星中频信号，在各码相位下顺序搜索以确定当前卫星对应的码相位及多普勒频。
其中，搜索单元302在在各码相位下进行搜索时，先对伪随机码进行重采样，并指定对应的起始码片，利用指定了起始码片的伪随机码进行解扩，进而对解扩后的数据进行FFT处理；当完成所有码片的搜索时，根据所得FFT数据，判断对当前卫星的捕获是否成功；若对当前卫星的捕获成功，则根据当前卫星对应的码相位和多普勒频率，对当前卫星进行跟踪；若对当前卫星的捕获失败，则更新卫星编号，对新的卫星进行捕获。
具体的，获取单元301具体可通过下变频模块3011实现。
优选的，如图4所示，本发明实施例提供的B2a信号匹配滤波捕获装置30中，搜索单元302具体包括：本地载波发生器3021、混频器3022、伪随机码发生器3023、第一重采样模块3024、乘法器3025、第二重采样模块3026、FFT模块3027以及捕获检测模块3028。
其中，本地载波发生器3021，用于生成本地载波。
混频器3022，用于将本地载波与卫星中频信号进行混频以剥离载波，得到剥离载波后的卫星中频信号。
伪随机码发生器3023，用于生成当前卫星的B2a信号对应的伪随机码。
第一重采样模块3024，用于对伪随机码进行重采样，得到重采样伪随机码；以及，指定重采样伪随机码的起始码片，得到当前指定起始码片对应的伪随机码。
乘法器3025，用于利用当前指定起始码片对应的伪随机码，对剥离载波后的卫星中频信号进行解扩。
第二重采样模块3026，用于对解扩后得到的数据进行分组采样，并按组求和，得到求和序列。
FFT模块3027，用于对求和序列进行补零操作后，进行快速傅里叶变换FFT变换；对FFT变换得到的数据进行取模操作，得到各码片对应的FFT模值数据。
捕获检测模块3028，用于确定全部FFT模值数据中的最大值，并将最大值与预设门限值进行比较：若最大值超过预设门限值，则确定当前卫星的捕获成功，并且最大值对应的码相位即为当前卫星发送B2a信号对应的码相位，最大值所在频率即为当前卫星发送B2a信号对应的多普勒频率；若最大值未超过预设门限值，则确定当前卫星的捕获失败。
进一步的，本发明实施例提供的B2a信号匹配滤波捕获装置中，第二重采样模块3026具体可以用于：
将解扩后得到的1毫秒对应的N个数据按顺序平均分成m组，以使得每组包括整数数目的数据。
其中，N和m均为正整数。
需要说明的是：上述实施例提供的B2a信号匹配滤波捕获装置在进行捕获时，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述处理分配由不同的程序模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的程序模块，以完成以上描述的全部或者部分处理。另外，上述实施例提供的B2a信号匹配滤波捕获装置与捕获方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，其有益效果同方法实施例，这里不再赘述。
基于上述B2a信号匹配滤波捕获装置，为了实现本发明实施例提供的方法，本发明实施例还提供了一种B2a信号匹配滤波捕获装置50，如图5所示，所述装置50包括：存储器501和处理器502。
其中，所述存储器501，用于存储计算机程序。
所述处理器502，用于运行所述计算机程序时，执行本发明前述B2a信号匹配滤波捕获方法的步骤。
当然，实际应用时，如图5所示，该装置还可以包括通信接口503。该装置50中的各个组件通过总线系统504耦合在一起。可理解，总线系统504用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统504除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图5中将各种总线都标为总线系统504。
在示例性实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，上述计算机程序可由L5信号捕获装置50的处理器501执行，以完成前述方法所述步骤。计算机可读存储介质可以是磁性随机存取存储器(FRAM，ferromagnetic random access memory)、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，Electrically Erasa ble Prog ramma ble Read-Only Memory)、快闪存储器(FlashMemory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory)等存储器。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和智能设备，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种B2a信号匹配滤波捕获方法，其特征在于，包括：
获取北斗天线接收到的卫星数据，并对所述卫星数据进行下变频处理，得到卫星中频信号；
对所述卫星中频信号进行载波剥离，利用所得剥离载波后的卫星中频信号，在各码相位下顺序搜索以确定当前卫星对应的码相位及多普勒频率；具体包括以下步骤：
步骤S1、生成本地载波，并将所述本地载波与所述卫星中频信号进行混频以剥离载波，得到剥离载波后的卫星中频信号；以及，生成当前卫星的B2a信号对应的伪随机码，对所述伪随机码进行重采样，得到重采样伪随机码；
步骤S2，指定重采样伪随机码的起始码片，得到当前指定起始码片对应的伪随机码；
步骤S3，利用当前指定起始码片对应的伪随机码，对剥离载波后的卫星中频信号进行解扩；
步骤S4，对解扩后得到的数据进行分组采样，并按组求和，得到求和序列；
所述对解扩后得到的数据进行分组采样，具体包括：
将解扩后得到的1毫秒对应的N个数据按顺序平均分成m组，以使得每组包括整数数目的数据；其中，N和m均为正整数；
步骤S5，对所述求和序列进行补零操作后，进行快速傅里叶变换FFT变换；
步骤S6，对FFT变换得到的数据进行取模操作，得到当前码相位对应的FFT模值数据；
步骤S7，返回步骤S2重新指定起始码片，并重复执行步骤S3至S6，直至得到所有码片对应的FFT模值数据，进而确定全部FFT模值数据中的最大值；
步骤S8，将所述最大值与预设门限值进行比较：
若所述最大值超过所述预设门限值，则确定当前卫星的捕获成功，并且所述最大值对应的码相位即为当前卫星发送B2a信号对应的码相位，所述最大值所在频率即为当前卫星发送B2a信号对应的多普勒频率；若所述最大值未超过所述预设门限值，则确定当前卫星的捕获失败；
其中，在各码相位下进行搜索时，先对伪随机码进行重采样，并指定对应的起始码片，利用指定了起始码片的伪随机码进行解扩，进而对解扩后的数据进行FFT处理；当完成所有码片的搜索时，根据所得FFT数据，判断对当前卫星的捕获是否成功；若对当前卫星的捕获成功，则根据当前卫星对应的码相位和多普勒频率，对当前卫星进行跟踪；若对当前卫星的捕获失败，则更新卫星编号，对新的卫星进行捕获。
2.一种B2a信号匹配滤波捕获装置，其特征在于，包括：获取单元以及搜索单元；
其中，所述获取单元，用于获取北斗天线接收到的卫星数据，并对所述卫星数据进行下变频处理，得到卫星中频信号；
所述搜索单元，用于对所述卫星中频信号进行载波剥离，利用所得剥离载波后的卫星中频信号，在各码相位下顺序搜索以确定当前卫星对应的码相位及多普勒频率；
其中，所述搜索单元在各码相位下进行搜索时，先对伪随机码进行重采样，并指定对应的起始码片，利用指定了起始码片的伪随机码进行解扩，进而对解扩后的数据进行FFT处理；当完成所有码片的搜索时，根据所得FFT数据，判断对当前卫星的捕获是否成功；若对当前卫星的捕获成功，则根据当前卫星对应的码相位和多普勒频率，对当前卫星进行跟踪；若对当前卫星的捕获失败，则更新卫星编号，对新的卫星进行捕获；
所述搜索单元具体包括：本地载波发生器、混频器、伪随机码发生器、第一重采样模块、乘法器、累加器、第二重采样模块、FFT模块以及捕获检测模块；
其中，所述本地载波发生器，用于生成本地载波；
所述混频器，用于将所述本地载波与所述卫星中频信号进行混频以剥离载波，得到剥离载波后的卫星中频信号；
所述伪随机码发生器，用于生成当前卫星的B2a信号对应的伪随机码；
所述第一重采样模块，用于对所述伪随机码进行重采样，得到重采样伪随机码；以及，指定重采样伪随机码的起始码片，得到当前指定起始码片对应的伪随机码；
所述乘法器，用于利用当前指定起始码片对应的伪随机码，对剥离载波后的卫星中频信号进行解扩；
所述第二重采样模块，用于对解扩后得到的数据进行分组采样，并按组求和，得到求和序列；
所述FFT模块，用于对所述求和序列进行补零操作后，进行快速傅里叶变换FFT变换；对FFT变换得到的数据进行取模操作，得到各码片对应的FFT模值数据；
所述捕获检测模块，用于确定全部FFT模值数据中的最大值，并将所述最大值与预设门限值进行比较：
若所述最大值超过所述预设门限值，则确定当前卫星的捕获成功，并且所述最大值对应的码相位即为当前卫星发送B2a信号对应的码相位，所述最大值所在频率即为当前卫星发送B2a信号对应的多普勒频率；若所述最大值未超过所述预设门限值，则确定当前卫星的捕获失败；
所述第二重采样模块具体用于：
将解扩后得到的1毫秒对应的N个数据按顺序平均分成m组，以使得每组包括整数数目的数据；其中，N和m均为正整数。
3.一种B2a信号匹配滤波捕获装置，其特征在于，包括：存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于运行所述计算机程序时，执行权利要求1所述方法的步骤。
4.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1所述方法的步骤。
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