CN110881013A

CN110881013A - 一种信号捕获方法

Info

Publication number: CN110881013A
Application number: CN201911145352.5A
Authority: CN
Inventors: 张遂征; 刘威; 秦虎; 芦毅
Original assignee: BEIJING HONGDEXIN ZHIYUAN INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING HONGDEXIN ZHIYUAN INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2020-03-13

Abstract

本发明保护一种信号捕获方法，包括：对待捕获信号的C/A码进行快速傅里叶变换生成C/A码频域数据；使用预设频率，对采样信号进行载波剥离；对剥离后的信号进行快速傅里叶变化，得到采样频域信号；对所述采样频域信号进行n次平移，得到n个平移采样频域信号；将所述n个平移采样频域信号中的每个平移采样频域信号与所述C/A码频域数据进行频域卷积，得到n个频域卷积信号；对所述n个频域卷积信号中的每个频域卷积信号做逆傅里叶变换，得到n个时域卷积序列；对所述n个时域卷积序列进行捕获判定。本发明通过平移基准频率的变换结果来得到其他频率的变换结果，减少计算量，加快捕获搜索过程，并且平移带来搜索速度的提升，对硬件的需求降低。

Description

一种信号捕获方法

技术领域

本发明的目的是提供一种信号捕获方法，可以有效减少对于信号捕获的过程中频率串行部分计算量大的问题。

背景技术

为了能让信号接收机跟踪环路成功的跟踪信号，接收机内部初始复制的载波和C/A码信号必须与接收信号吻合到一定程度，否则环路会失锁丢失信号。在信号跟踪之前，首先需要估算接收信号的载波频率和码相位这两个参数，然后根据参数初始化跟踪环路，信号捕获的目的就是为了获取信号的载波频率和码相位的粗略估计值。若带捕获信号在同一频率上播发，经不同的伪码调制，这种码分多址运行机制意味着接收机需要相当的时间和计算才能捕获到信号。

为接收机跟踪信号提供正确的初始频率和初始码相位，常用方法依据对频率和码相位搜索方式分为频率码相位串行搜索、频率串行码相位并行搜索以及码相位串行频率并行搜索等方法。使用频率串行码相位并行即循环相关搜索方法时，搜索次数受到频率搜索间隔和码片数量影响，其中码片数量决定了一次搜索时FFT及IFFT的长度，而对每一个搜索频率，需要进行一次下变频、FFT及IFFT，因此频率搜索间隔决定了频率搜索次数，即下变频、FFT和IFFT运行的次数。若搜索码片数较多，导致使用循环相关方法时，运行FFT和IFFT的点数较多，算法较复杂，计算量大。

并行码相位捕获搜索捕获算法实际上利用傅里叶变换这种数字信号处理技术来替代数字相关器的相关运算。

其中A(n)对应码相位相关值；C/A为复制C/A码，

即是对复制CA码进行离散傅立叶变换后取复共轭结果，复数；S_IF为接收的中频信号用扫描频率进行载波剥离后的采样序列，FFT(S_IF)即是对载波剥离后的采样序列进行离散傅立叶变换，

为相关运算，

为对相关运算结果进行离散傅立叶逆变换。

这样每个频率都需要对采样进行FFT与逆FFT变换，耗时巨大，本算法主要利用傅立叶变换对信号有调制和解调特性来减少频率搜索中的计算量，用基准频率变换结果平移来替代载波剥离、FFT与逆FFT变换。

公开内容

本公开的目的是提供一种信号捕获方法，包括：对待捕获信号的C/A码进行快速傅里叶变换生成C/A码频域数据；

使用预设频率，对采样信号进行载波剥离；

对剥离后的信号进行快速傅里叶变化，得到采样频域信号；

对所述采样频域信号进行n次平移，得到n个平移采样频域信号；

将所述n个平移采样频域信号中的每个平移采样频域信号与所述C/A码频域数据进行频域卷积，得到n个频域卷积信号；

对所述n个频域卷积信号中的每个频域卷积信号做逆傅里叶变换，得到n个时域卷积序列；

对所述n个时域卷积序列进行捕获判定。

在一个示例中，所述使用预设频率，对采样信号进行载波剥离包括：

采样信号序列为x(n)＝sin(2π·n·f/s)，其中n＝0～N。定义f为数据的为载波中心频率，s为数据采样频率，f_c为进行载波剥离的频率，N为采样点数，则载波剥离频率f_c的正弦数据序列为x_sinc(n)＝sin(2π·n·f_c/s)；载波剥离频率f_c的余弦数据序列为x_cosc(n)＝cos(2π·n·f_c/s)；载波剥离后，生成I路和Q路信号：

I(n)＝x(n)·x_sinc(n),n＝0～N

Q(n)＝x(n)·x_cosc(n),n＝0～N。

在一个示例中，所述对所述采样频域信号进行n次平移，得到n个平移采样频域信号包括：根据n次平移中的每次平移的平移点数确定与所述平移点数对应的载波频率偏移量；根据n次平移中每次平移对应的所述载波频率偏移量，确定所述n个平移采样频域信号。

在一个示例中，对所述n个时域卷积序列中的每个时域卷积序列进行捕获判定包括：对时域卷积序列中的每个元素取模，当取模后的最大值与次大值的比例值超过设置门限值时，认为捕获成功。

本发明还公开了一种信号捕获装置，包括：

C/A码频域数据获取模块，用于对待捕获信号的C/A码进行快速傅里叶变换生成C/A码频域数据；

载波剥离模块，用于使用预设频率，对采样信号进行载波剥离；

采样频域信号获取模块，用于对剥离后的信号进行快速傅里叶变化，得到采样频域信号；

平移采样频域信号获取模块，用于对所述采样频域信号进行n次平移，得到n个平移采样频域信号；

频域卷积信号获取模块，用于将所述n个平移采样频域信号中的每个平移采样频域信号与所述C/A码频域数据进行频域卷积，得到n个频域卷积信号；

时域卷积序列获取模块，用于对所述n个频域卷积信号中的每个频域卷积信号做逆傅里叶变换，得到n个时域卷积序列；

捕获判定模块，用于对所述n个时域卷积序列进行捕获判定。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述信号捕获方法。

本发明还公开了一种电子设备，所述电子设备包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述信号捕获方法。

本公开与现有技术相比的有益效果为:通过平移基准频率的变换结果来得到其他频率的变换结果，减少计算量，加快捕获搜索过程，并且平移带来搜索速度的提升，对硬件的需求降低。

附图说明

图1为信号捕获方法示意图。

具体实施方式

使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明实施例可以应用于终端设备、计算机系统、服务器等电子设备，其可与众多其它通用或专用计算系统环境或配置一起操作。

步骤11：对待捕获信号的C/A码进行快速傅里叶变换生成C/A码频域数据，用CF表示；

步骤12：使用预设频率，对采样信号进行载波剥离，得到剥离后的信号S1。

采样信号序列为x(n)＝sin(2π·n·f/s)，其中n＝0～N。定义f为数据的为载波中心频率，s为数据采样频率，f_c为进行载波剥离的频率，N为采样点数。

载波剥离频率f_c的正弦数据序列

x_sinc(n)＝sin(2π·n·f_c/s)，n＝0～N

载波剥离频率f_c的余弦数据序列

x_cosc(n)＝cos(2π·n·f_c/s)，n＝0～N

载波剥离后，生成I路和Q路信号

I(n)＝x(n)·x_sinc(n),n＝0～N

Q(n)＝x(n)·x_cosc(n),n＝0～N

步骤13：对剥离后的信号S1进行快速傅里叶变化(FFT)，得到采样频域信号，用S1F表示，其中快速傅里叶变化(FFT)为常见的现有技术，不再赘述；

步骤14：对所述采样频域信号进行n次平移，得到n个平移采样频域信号S2F、S3F、S4F….Sn+1F，其中S2F是对S1F平移1个点得到的，S3F是对S1F平移2个点得到的，Sn+1F是对S1F平移n个点得到的。

FFT模块数字控制振荡器(NCO)的公式为X_N(n)＝e^j(α*n+β)；

配置载波剥离频率f_c的频率时，数字控制振荡器(NCO)配置为如下

输入FFT模块进行标准化处理，因此为

傅立叶变换对信号有调制和解调特性：

上式为对信号的调制，从FFT结果看相当于对采样数据FFT的频率序列向右移动。

如果对信号解调，应当对输入信号的FFT变换之后的频域序列进行左移。

设p为平移点数，则

α的值为配置NCO功能中

从中可以得到做载波剥离的频率，和未做载波剥离，在FFT频率之间关系。

因此

设载波频率f_c的变化量为Δf_c，平移点数的变化量为Δp。

则有如下关系

因此可得

当Δp＝1时，可得

所以采样频域信号S1F通过循环平移相应点数就能得到对应频率的频域结果而不需要在做载波剥离、FFT变换。如图1所示，S1F平移一个点可以得到载波频率偏移Δf_c后的频率变换结果S2F。平移关系对IFFT变换同样适用。

步骤15：将所述n个平移采样频域信号中的每个平移采样频域信号与所述C/A码频域数据进行频域卷积，得到n个频域卷积信号；

以第一个平移采样频域信号S2F为例，将S2F与C/A码频域数据CF逐点相乘得到频域卷积信号。

步骤16：对所述n个频域卷积信号中的每个频域卷积信号做逆傅里叶变换(IFFT)，得到n个时域卷积序列；

X＝{a₁+jb₁,a₂+jb₂,...,a_n+jb_n}

步骤16：对所述n个时域卷积序列进行捕获判定；

时域卷积序列中取模

取其中最大值为V₁，次大值为V₂(对于弱信号，可使用多毫秒积分捕获进行判定，需要将当前的时域卷积与上一次的时域卷积进行共轭乘加，生成新的序列，同样取模后取其中最大值为V₁，次大值为V₂)，V₁与V₂不应在同一码片上，当V₁/V₂超过设置门限值时，认为捕获成功。

本发明通过平移基准频率的变换结果来得到其他频率的变换结果，减少计算量，加快捕获搜索过程，并且平移带来搜索速度的提升，对硬件的需求降低。

本发明还公开了一种信号捕获装置，包括：

捕获判定模块，用于对所述n个时域卷积序列进行捕获判定。

本公开实施例的电子设备包括一个或多个处理器和存储器。处理器可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器可以运行程序指令，以实现上文的本公开的各个实施例的滤波方法以及/或者其他期望的功能。在计算机可读存储介质中还可以存储诸如输入信号、信号分量、噪声分量等各种内容。

除了上述方法和设备以外，本公开的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种实施例的滤波方法中的步骤。

所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本公开的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种实施例的滤波方法中的步骤。

还需要指出的是，在本公开的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。

Claims

1.一种信号捕获方法，包括：

对待捕获信号的C/A码进行快速傅里叶变换生成C/A码频域数据；

使用预设频率，对采样信号进行载波剥离；

对剥离后的信号进行快速傅里叶变化，得到采样频域信号；

对所述n个时域卷积序列进行捕获判定。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述使用预设频率，对采样信号进行载波剥离包括：

I(n)＝x(n)·x_sinc(n),n＝0～N

Q(n)＝x(n)·x_cosc(n),n＝0～N。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述对所述采样频域信号进行n次平移，得到n个平移采样频域信号包括：

根据n次平移中的每次平移的平移点数确定与所述平移点数对应的载波频率偏移量；

根据n次平移中每次平移对应的所述载波频率偏移量，确定所述n个平移采样频域信号。

4.如权利要求1所述的方法，其中，对所述n个时域卷积序列中的每个时域卷积序列进行捕获判定包括：

对时域卷积序列中的每个元素取模，当取模后的最大值与次大值的比例值超过设置门限值时，认为捕获成功。

5.一种信号捕获装置，包括：

捕获判定模块，用于对所述n个时域卷积序列进行捕获判定。

6.一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述权利要求1-4任一所述的方法。

7.一种电子设备，所述电子设备包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述权利要求1-4任一所述的方法。