CN111708058A

CN111708058A - 信号捕获方法和装置

Info

Publication number: CN111708058A
Application number: CN202010624205.2A
Authority: CN
Inventors: 朱志敏
Original assignee: Hunan Goke Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Hunan Goke Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2020-09-25
Anticipated expiration: 2040-06-30
Also published as: CN111708058B

Abstract

本发明实施例提供的信号捕获方法和装置，涉及信号捕获领域，所述方法包括：接收待捕获信号，根据待捕获信号的电平值划分待捕获信号的强弱等级；根据强弱等级设置待捕获信号的对应的相关积分时间和非相干积分时间；根据相关积分时间和非相干积分时间完成待捕获信号的积分运算；对积分运算后的待捕获信号进行帧同步和定位解算，以得到待捕获信号的定位数据；通过划分待捕获信号的强弱等级来设置不同的相关积分时间和非相干积分时间，再根据对应的相关积分时间和非相干积分时间完成待捕获信号的积分运算，提升了接收机的捕获效率和成功率，以及缩短了冷启动时间。

Description

信号捕获方法和装置

技术领域

本发明涉及信号捕获领域，具体而言，涉及一种信号捕获方法和装置。

背景技术

在导航系统的信号捕获方法中，目前的做法一般是接收1ms长的信号数据，1ms的信号数据的码片个数和导航系统有关，然后用循环相关的方法，找到1ms信号数据内的相关峰。这里循环相关指的是本地存储的扩频码循环移位，扩频码的长度和1ms信号数据的长度相等。例如做完一个码片的循环相关之后，扩频码整体左移移位，原来扩频码的第一个符号迁移至当前移位后的扩频码的末尾。以B1I信号为例，循环做2046次之后，就得到1ms信号数据内的相关结果。

这样做有一个缺点是，当接收信号的起始位置不在真实信号的1ms的起始边界上的时候，由于1ms内部存在比特翻转，导致信号的频谱发生裂变，尤其是当比特翻转发生在0.5ms的位置时，这个效应更加明显。在这种情况下，会导致搜索的多普勒频率的误差较大，影响后续的跟踪环路的收敛，甚至引起环路发散，导致捕获失败。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种信号捕获方法方法和装置。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本实施例提供一种信号捕获方法，应用于一接收机，所述方法包括：

接收待捕获信号，根据所述待捕获信号的电平值划分所述待捕获信号的强弱等级；

根据所述强弱等级设置所述待捕获信号的对应的相关积分时间和非相干积分时间；

根据所述相关积分时间和所述非相干积分时间完成所述待捕获信号的积分运算；

对积分运算后的所述待捕获信号进行帧同步和定位解算，以得到所述待捕获信号的定位数据。

在可选的实施方式中，根据所述相关积分时间和所述非相干积分时间强弱等级完成所述待捕获信号的积分运算的步骤，包括：

依据所述相关积分时间将所述待捕获信号进行循环移位，以使所述待捕获信号的比特边界与本地扩频码的比特边界对齐，得到相关积分结果；

依据所述非相关积分时间对所述待捕获信号进行非相关积分运算，得到非相关积分结果；

将所述相关积分结果与所述非相关积分结果累加，得到积分运算结果。

在可选的实施方式中，所述强弱等级包括强信号、中信号及弱信号；所述根据所述待捕获信号的电平值划分所述待捕获信号的强弱等级的步骤，包括：

将所述电平值大于等于第一阈值的所述待捕获信号划分为所述强信号；

将所述电平值小于等于第二阈值的所述待捕获信号划分为所述弱信号；

将所述电平值小于所述第一阈值且大于所述第二阈值的所述待捕获信号划分为所述中信号。

在可选的实施方式中，接收待捕获信号的步骤之前，包括：

利用所述接收机的射频模拟电路和基带信号预处理将射频信号转换成基带信号；

将所述基带信号存储在共享内存和捕获单元的内存中后关闭射频模拟电路；所述共享内存为所述接收机的CPU基带内存。

在可选的实施方式中，接收待捕获信号的步骤之后，包括：

若所述待捕获信号中包括有四颗卫星的完整导航电文，则对所述待捕获信号进行帧同步和定位解算，以得到所述待捕获信号的定位数据。

第二方面，本实施例提供一种信号捕获装置，应用于一接收机，所述装置包括：接收模块，用于接收待捕获信号，根据所述待捕获信号的电平值划分所述待捕获信号的强弱等级；

处理模块，用于根据所述强弱等级设置所述待捕获信号的对应的相关积分时间和非相干积分时间；

在可选的实施方式中，所述处理模块，还用于依据所述相关积分时间将所述待捕获信号进行循环移位，以使所述待捕获信号的比特边界与本地扩频码的比特边界对齐，得到相关积分结果；

以及还用于依据所述非相关积分时间对所述待捕获信号进行非相关积分运算，得到非相关积分结果；

以及还用于将所述相关积分结果与所述非相关积分结果累加，得到积分运算结果。

在可选的实施方式中，所述处理模块，还用于将所述电平值大于等于第一阈值的所述待捕获信号划分为所述强信号；

以及还用于将所述电平值小于等于第二阈值的所述待捕获信号划分为所述弱信号；

以及还用于将所述电平值小于所述第一阈值且大于所述第二阈值的所述待捕获信号划分为所述中信号。

在可选的实施方式中，所述处理模块，还用于利用所述接收机的射频模拟电路和基带信号预处理将射频信号转换成基带信号；

以及还用于将所述基带信号存储在共享内存和捕获单元的内存中后关闭射频模拟电路；所述共享内存为所述接收机的CPU基带内存。

在可选的实施方式中，所述处理模块，还用于若所述待捕获信号中包括有四颗卫星的完整导航电文，则对所述待捕获信号进行帧同步和定位解算，以得到所述待捕获信号的定位数据。

本发明实施例提供的信号捕获方法方法和装置，所述方法包括：接收待捕获信号，根据待捕获信号的电平值划分待捕获信号的强弱等级；根据强弱等级设置待捕获信号的对应的相关积分时间和非相干积分时间；根据相关积分时间和非相干积分时间完成待捕获信号的积分运算；对积分运算后的待捕获信号进行帧同步和定位解算，以得到待捕获信号的定位数据；通过划分待捕获信号的强弱等级来设置不同的相关积分时间和非相干积分时间，再根据对应的相关积分时间和非相干积分时间完成待捕获信号的积分运算，提升了接收机的捕获效率和成功率，以及缩短了冷启动时间。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的一种扩频码及导航信息码同步调制示意图。

图2示出了本发明实施例提供的一种信号频谱裂变示意图。

图3示出了本发明实施例提供的一种信号捕获方法的流程示意图。

图4示出了本发明实施例提供的另一种信号捕获方法的流程示意图。

图5示出了本发明实施例提供的一种信号捕获装置的功能模块图。

图标：10-D1导航电文；100-信号捕获装置；110-接收模块；120-处理模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在导航系统中，往往通过在信号结构的导频或者数据比特上加入NH(Neumann-Hoffman)码的二次调制的方式来提高导航系统抗窄带干扰能力以及降低卫星间的互相关特性。例如，在北斗导航系统的B1I信号和B3I信号的D1导航电文上调制的二次编码是指在速率为50bps的D1导航电文上调制一个NH码。该NH码的周期为1个导航信息位的宽度，1比特的NH码的宽度则与扩频码周期相同。

如图1所示，D1导航电文10中一个信息位宽度为20ms，本地扩频码周期为1ms，因此采用20比特的NH码(0，0，0，0，0，1，0，0，1，1,0，1，0，1，0，0，1，1，1，0)，码速率为1kbps，码宽为1ms，以模二加形式与扩频码及导航信息码同步调制。同样，在北斗导航系统的B2A的数据信号上以及在GPS导航系统的L5的导频和数据信号上都调制了NH码，区别是NH码的周期略有不同，B2A的数据NH码周期为5ms，L5的导频NH码周期为20ms，数据信号NH码周期为10ms。

由于NH码的存在，在接收机接收到的导航信号中，每ms的比特都会存在翻转，因此目前的信号捕获的做法一般都是把相干积分时间设置成1ms，通过增加非相干积分的时间长度来提高捕获灵敏度。通常接收机的捕获灵敏度在-140dBm以下，例如B1I的冷启动捕获灵敏度一般是-143～-146dBm，这就需要比较大的非相干积分，由于非相干积分会带来平方损耗，只能通过更大的非相干积分时间来弥补。为了达到这个灵敏度性能指标，非相干积分时间甚至会超过1000ms。

在信号的捕获方法中，目前的做法一般是接收1ms长的数据，1ms的数据的码片(chip)个数和导航系统有关，B1I信号的chip个数为2046，B3I/B2A/L5信号的chip个数为10230。然后用循环相关的方法，找到1ms内的相关峰。这里循环相关指的是本地存储的CA测距码循环移位，CA码的长度和数据信号1ms的长度相等。例如做完一个chip的循环相关之后，CA码整体左移移位，原来CA码的第一个符号迁移至当前移位后的CA码的末尾。B1I信号循环做2046次之后，就得到1ms内的相关结果。这样做有一个缺点是，当接收信号的起始位置不在真实信号的1ms的起始边界上的时候，由于1ms内部存在比特翻转，导致信号的频谱发生裂变，尤其是当比特翻转发生在0.5ms的位置时，这个效应更加明显，如图2所示。在这种情况下，会导致搜索的多普勒(Doppler)频率的误差较大，影响后续的跟踪环路的收敛，甚至引起环路发散，导致捕获失败。

另外，在上述的导航系统中，跟踪环路稳定之后，需要进行比特同步的运算，找到导航电文的1比特20ms的边界，才能和20个NH码匹配上，之后才能做20ms的相关积分，以提高系统的接收灵敏度。比特同步的方法，一般是在跟踪环路稳定的跟踪出1ms的chip比特之后，和20个NH码做相关运算，找到最佳的匹配点就是20ms的数据比特边界。然而由于前述的信号捕获过程中非相干积分以及1ms符号内部比特翻转的影响，会导致比特同步的性能降低，直接表现为接收机的冷启动时间变长，而冷启动时间也是衡量接收机性能的重要指标。

基于上述问题，本发明实施例提供了一种信号捕获方法，在不增加接收机芯片面积的前提下，同时完成弱信号的捕获和导航电文的比特同步，提升了接收机的灵敏度性能，以及缩短了冷启动时间。

本发明实施例以B1I信号为例进行说明，其他导航系统信号体制的处理方式与之相同。

在冷启动捕获的过程中，分成五个步骤，即：信号捕获、信号跟踪、比特同步、导航电文帧同步以及定位解算。

在定位解算之前需要接收机正确完整的解出D1导航电文的子帧1、子帧2、子帧3，在本实施例中，这个过程至少需要18秒。在这个过程中，接收机内部的CPU的定位解算功能还没有开启，其中用到的Memory资源可以共享出来给冷启动捕获使用。

请参照图3，为本发明实施例提供的一种信号捕获方法的流程示意图。

步骤101，接收待捕获信号，根据待捕获信号的电平值划分待捕获信号的强弱等级。

步骤102，根据强弱等级设置待捕获信号的对应的相关积分时间和非相干积分时间。

步骤103，根据相关积分时间和非相干积分时间完成待捕获信号的积分运算。

步骤104，对积分运算后的待捕获信号进行帧同步和定位解算，以得到待捕获信号的定位数据。

在本实施例中，首先接收待捕获信号，根据待捕获信号的电平值划分待捕获信号的强弱等级；然后根据强弱等级设置待捕获信号的对应的相关积分时间和非相干积分时间；再根据相关积分时间和非相干积分时间完成待捕获信号的积分运算；最后对积分运算后的待捕获信号进行帧同步和定位解算，以得到待捕获信号的定位数据。通过划分待捕获信号的强弱等级来设置不同的相关积分时间和非相干积分时间，再根据对应的相关积分时间和非相干积分时间完成待捕获信号的积分运算，提升了接收机的捕获效率和成功率，以及缩短了冷启动时间。

请参照图4，为本发明实施例提供的另一种信号捕获方法的流程示意图。

需要说明的是，本实施例所提供的测试方法，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。

步骤201，利用接收机的射频模拟电路和基带信号预处理将射频信号转换成基带信号。

本步骤中，先将接收机的CPU基带的部分内存共享出来。在本实施例中，这部分内存为200KB。然后，开启芯片的射频模拟电路以及基带的信号预处理功能，将射频信号转换成基带信号，该基带信号的频率为2.046MHz，每个码片有间隔半个码片的两个采样点相位。

步骤202，将基带信号存储在共享内存和捕获单元的内存中后关闭射频模拟电路。

将每个码片间隔半个码片的两个采样点相位的数据存储在上述的共享内存以及捕获单元的内存中，存大约200ms长度的数据，然后关闭射频模拟电路，以节省功耗。

步骤203，接收待捕获信号。

步骤204，待捕获信号中是否包括有四颗卫星的完整导航电文。

若是，则执行步骤205；若否，则执行步骤206。

步骤205，对待捕获信号进行帧同步和定位解算，得到待捕获信号的定位数据。

当捕获到的待捕获信号有四颗卫星的导航电文完整接收之后，即在18秒内，如果有四颗卫星捕获到了，就对待捕获信号进行帧同步和定位解算，得到待捕获信号的定位数据，并转入慢速捕获状态。

在慢速捕获状态下，不再共享CPU的内存，而只需要存储40ms长度的数据，以便完成数据的滑动相关运算。

步骤206，根据待捕获信号的电平值划分待捕获信号的强弱等级。

强弱等级包括强信号、中信号及弱信号；

将电平值大于等于第一阈值的待捕获信号划分为强信号；

将电平值小于等于第二阈值的待捕获信号划分为弱信号；

将电平值小于第一阈值且大于第二阈值的待捕获信号划分为中信号。

在一种实施例中，第一阈值为-135dBm；第二阈值为-142dBm。

步骤207，根据强弱等级设置待捕获信号的对应的相关积分时间和非相干积分时间。

在一种实施例中，在强信号的条件下，相关积分时间为1ms，非相干积分时间为32；在中信号的条件下，相关积分时间为10ms，非相干积分时间为5ms；在弱信号条件下，相关积分时间为20ms，非相干积分时间为10ms。

步骤208，根据相关积分时间和非相干积分时间完成待捕获信号的积分运算。

在相关积分时间内做滑动相关，根据待捕获信号的强弱等级，由强到弱依次完成积分运算，即先捕获到强信号，然后再中等信号，最后是弱信号。这样操作的目的是强信号的捕获速度非常快，其次是中信号，耗费最长时间的是弱信号。

需要说明的是，步骤208包括三个子步骤，本步骤中未提及之处将在其子步骤中进行详细的阐述。

步骤208-1，依据相关积分时间将待捕获信号进行循环移位，以使待捕获信号的比特边界与本地扩频码的比特边界对齐，得到相关积分结果。

在强信号时的1ms的相关积分情况下，就是本地存储的CA码保持不变，存储的数据依次做1ms相关运算，即CA码不动，数据的起始位置顺序加一。当滑动1ms的2046个chip之后，就得到了该1ms内的相关结果，当然每个chip的两个相位时同时做相同的处理的。然后再做32个非相干积分累加，就得到了一次完整的滑动相关的结果。

在中等强度和弱信号的10ms和20ms的相干积分结果和1ms的不同，区别在于本地存储的CA码和NH码结合起来分别变成10ms和20ms长度的CA码，1ms的CA码按照NH码的符号，复制20份，10ms的CA码取20ms的CA码的前20460个。相关的顺序和1ms的类似，CA码不动，数据的起始位置依次滑动20460个chip，得到的相干积分结果有20460个数据。然后在完成剩余的非相干积分累加，就得到了完整的积分结果。在这个结果会有20个间隔1ms的峰值，但是其中会有一个最大的峰值。小峰值对应的是每个1ms的本地CA码的起始位置，即1ms的NH码的比特边界，而最大的峰值对应的是D1导航电文的20ms长度的数据比特边界，即完成了导航电文的比特同步。

步骤208-2，依据非相关积分时间对待捕获信号进行非相关积分运算，得到非相关积分结果。

步骤208-3，将相关积分结果与非相关积分结果累加，得到积分运算结果。

步骤209，对积分运算后的待捕获信号进行帧同步和定位解算，以得到待捕获信号的定位数据。

综上所述，本发明实施例提供的信号捕获方法方法和装置，所述方法包括：接收待捕获信号，根据待捕获信号的电平值划分待捕获信号的强弱等级；根据强弱等级设置待捕获信号的对应的相关积分时间和非相干积分时间；根据相关积分时间和非相干积分时间完成待捕获信号的积分运算；对积分运算后的待捕获信号进行帧同步和定位解算，以得到待捕获信号的定位数据；通过划分待捕获信号的强弱等级来设置不同的相关积分时间和非相干积分时间，再根据对应的相关积分时间和非相干积分时间完成待捕获信号的积分运算，提升了接收机的捕获效率和成功率，以及缩短了冷启动时间。

为了执行上述实施例及各个可能的方式中的相应步骤，下面给出一种信号捕获装置的实现方式。进一步地，请参阅图5，图5为本发明实施例提供的一种信号捕获装置的功能模块图。需要说明的是，本实施例所提供的信号捕获装置，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。该信号捕获装置100包括：接收模块110、处理模块120。

可以理解的，在一种实施例中，通过接收模块110执行步骤203。

可以理解的，在一种实施例中，通过处理模块120执行步骤201、步骤202、步骤204、步骤205、步骤206、步骤207、步骤208及步骤209。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种信号捕获方法，其特征在于，应用于一接收机，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述相关积分时间和所述非相干积分时间强弱等级完成所述待捕获信号的积分运算的步骤，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述强弱等级包括强信号、中信号及弱信号；所述根据所述待捕获信号的电平值划分所述待捕获信号的强弱等级的步骤，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接收待捕获信号的步骤之前，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接收待捕获信号的步骤之后，包括：

6.一种信号捕获装置，其特征在于，应用于一接收机，所述装置包括：

接收模块，用于接收待捕获信号，根据所述待捕获信号的电平值划分所述待捕获信号的强弱等级；

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述处理模块，还用于依据所述相关积分时间将所述待捕获信号进行循环移位，以使所述待捕获信号的比特边界与本地扩频码的比特边界对齐，得到相关积分结果；

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述强弱等级包括强信号、中信号及弱信号；

所述处理模块，还用于将所述电平值大于等于第一阈值的所述待捕获信号划分为所述强信号；

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述处理模块，还用于利用所述接收机的射频模拟电路和基带信号预处理将射频信号转换成基带信号；

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述处理模块，还用于若所述待捕获信号中包括有四颗卫星的完整导航电文，则对所述待捕获信号进行帧同步和定位解算，以得到所述待捕获信号的定位数据。