CN112904373A - 卫星信号捕获装置及方法、卫星导航接收机 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及通信技术领域，提供一种卫星信号捕获装置及方法、卫星导航接收机，将待捕获卫星系统中所有卫星的数字中频数据输入卫星信号捕获装置，并被处理为检测数据和验证数据；同时生成任意一颗目标卫星的本地伪码并处理为检测伪码和验证伪码；然后，通过检测单元对检测数据和检测伪码进行并行检测得到码相位最大值和多普勒最大值；验证单元根据验证数据和验证伪码，对码相位最大值和多普勒最大值进行验证，得到目标卫星的捕获结果；最终得到系统中每一颗卫星的捕获结果后统一上报给中央处理器，使得中央处理器对捕获成功的卫星进行跟踪，从而大大提高了捕获效率，缩短了系统的冷启动时间。

Description

卫星信号捕获装置及方法、卫星导航接收机

技术领域

本申请实施例涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种卫星信号捕获装置及方法、卫星导航接收机。

背景技术

目前，针对单个或者多个系统，采用逐个卫星捕获的方法进行不同卫星信号多普勒和码相位的二维搜索。由于每个系统总得可见卫星数目在32颗以上，如果逐颗卫星捕获，时间消耗会随着待捕获卫星数目的增加而增加，从而影响系统的冷启动时间。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种卫星信号捕获装置及方法、卫星导航接收机，用以改善现有技术中逐个卫星捕获的方法捕获时间长的问题。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种卫星信号捕获装置，所述卫星信号捕获装置包括第一数据处理单元、第二数据处理单元、检测单元、验证单元和存储单元，所述第一数据处理单元和所述第二数据处理单元分别与所述检测单元和所述验证单元连接，所述验证单元与所述检测单元和所述存储单元均连接，所述存储单元与中央处理器通信连接；

所述第一数据处理单元，用于获取待捕获卫星系统中所有卫星的数字中频数据，并将所述数字中频数据处理为卫星输入数据，所述卫星输入数据包括检测数据和验证数据；

所述第二数据处理单元，用于生成所述待捕获卫星系统中任意一颗目标卫星的本地伪码，并将所述本地伪码处理为伪码输入数据，所述伪码输入数据包括检测伪码和验证伪码；

所述检测单元，用于对所述检测数据和所述检测伪码进行并行检测，得到码相位最大值和多普勒最大值，并将所述码相位最大值和所述多普勒最大值输入所述验证单元；

所述验证单元，用于根据所述验证数据和所述验证伪码，对所述码相位最大值和所述多普勒最大值进行验证，得到所述目标卫星的捕获结果；

所述存储单元，用于存储所述待捕获卫星系统中每一颗卫星的捕获结果，以便所述中央处理器读取所有所述捕获结果，并根据所述捕获结果对所述待捕获卫星系统中捕获成功的卫星进行跟踪。

可选地，所述第一数据处理单元包括数字下变频单元和输入数据处理单元；

所述数字下变频单元，用于对所述数字中频数据进行解调处理，输出解调后的数字中频数据；

所述输入数据处理单元，用于对所述解调后的数字中频数据进行降采样处理，得到所述卫星输入数据。

可选地，所述第二数据处理单元包括伪码数字控制振荡器NCO、本地码产生单元和本地伪码处理单元；

伪码NCO，用于根据预先配置的并行捕获卫星数，控制所述本地码产生单元工作；

所述本地码产生单元，用于在所述伪码NCO的作用下，生成所述目标卫星的本地伪码；

所述本地伪码处理单元，用于对所述本地码产生单元生成的本地伪码进行信号处理，得到所述伪码输入数据。

可选地，所述检测单元包括匹配滤波器、傅里叶变换FFT单元、第一非相干累积单元、第一判决器和有效相位存储单元；

所述匹配滤波器，用于对所述检测数据和所述检测伪码进行匹配滤波，以完成解扩及相干累加处理；

FFT单元，用于对所述匹配滤波器的输出结果进行傅里叶变换；

所述第一非相干累积单元，用于对所述FFT单元的输出结果进行非相干累加，得到一个码相位下的并行多普勒搜索结果；

所述第一判决器，用于将所述目标卫星的所有码相位下的并行多普勒搜索结果进行判决，得到所述目标卫星的所述码相位最大值和所述多普勒最大值；

所述有效相位存储单元，用于存储所述码相位最大值和所述多普勒最大值。

可选地，所述验证单元还用于：

根据所述验证数据和所述验证伪码进行多次捕获，验证所述码相位最大值和所述多普勒最大值是否仍为最大值；

若否，则确定所述目标卫星捕获失败，得到所述捕获结果，所述捕获结果包括捕获失败标志和所述目标卫星的编号；

若是，则将所述码相位最大值和所述多普勒最大值与设定门限值进行比较；

如果未超过所述设定门限值，则确定所述目标卫星捕获失败，得到所述捕获结果，所述捕获结果包括所述捕获失败标志和所述目标卫星的编号；

如果超过所述设定门限值，则确定所述目标卫星捕获成功，得到所述捕获结果，所述捕获结果包括捕获成功标志、所述目标卫星的编号、所述码相位最大值和所述多普勒最大值。

第二方面，本申请实施例还提供了一种卫星信号捕获方法，应用于上述的卫星信号捕获装置，所述卫星信号捕获方法包括：

所述第一数据处理单元获取待捕获卫星系统中所有卫星的数字中频数据，并将所述数字中频数据处理为卫星输入数据，所述卫星输入数据包括检测数据和验证数据；

所述第二数据处理单元生成所述待捕获卫星系统中任意一颗目标卫星的本地伪码，并将所述本地伪码处理为伪码输入数据，所述伪码输入数据包括检测伪码和验证伪码；

所述检测单元对所述检测数据和所述检测伪码进行并行检测，得到码相位最大值和多普勒最大值，并将所述码相位最大值和所述多普勒最大值输入所述验证单元；

所述验证单元根据所述验证数据和所述验证伪码，对所述码相位最大值和所述多普勒最大值进行验证，得到所述目标卫星的捕获结果；

所述存储单元存储所述待捕获卫星系统中每一颗卫星的捕获结果，以便所述中央处理器读取每一所述捕获结果，并根据每一所述捕获结果对所述待捕获卫星系统中捕获成功的卫星进行跟踪。

可选地，所述第一数据处理单元包括数字下变频单元和输入数据处理单元；

所述第一数据处理单元将所述数字中频数据处理为卫星输入数据，包括：

所述数字下变频单元对所述数字中频数据进行解调处理，输出解调后的数字中频数据；

所述输入数据处理单元对所述解调后的数字中频数据进行降采样处理，得到所述卫星输入数据。

可选地，所述检测单元包括匹配滤波器、傅里叶变换FFT单元、第一非相干累积单元、第一判决器和有效相位存储单元；

所述检测单元对所述检测数据和所述检测伪码进行并行检测，得到码相位最大值和多普勒最大值，包括：

所述匹配滤波器对所述检测数据和所述检测伪码进行匹配滤波，以完成解扩及相干累加处理；

FFT单元对所述匹配滤波器的输出结果进行傅里叶变换；

所述第一非相干累积单元对所述FFT单元的输出结果进行非相干累加，得到一个码相位下的并行多普勒搜索结果；

所述第一判决器将所述目标卫星的所有码相位下的并行多普勒搜索结果进行判决，得到所述目标卫星的所述码相位最大值和所述多普勒最大值；

所述有效相位存储单元存储所述码相位最大值和所述多普勒最大值。

可选地，所述验证单元根据所述验证数据和所述验证伪码，对所述码相位最大值和所述多普勒最大值进行验证，得到所述目标卫星的捕获结果，包括：

根据所述验证数据和所述验证伪码进行多次捕获，验证所述码相位最大值和所述多普勒最大值是否仍为最大值；

若否，则确定所述目标卫星捕获失败，得到所述捕获结果，所述捕获结果包括捕获失败标志和所述目标卫星的编号；

若是，则将所述码相位最大值和所述多普勒最大值与设定门限值进行比较；

如果未超过所述设定门限值，则确定所述目标卫星捕获失败，得到所述捕获结果，所述捕获结果包括所述捕获失败标志和所述目标卫星的编号；

如果超过所述设定门限值，则确定所述目标卫星捕获成功，得到所述捕获结果，所述捕获结果包括捕获成功标志、所述目标卫星的编号、所述码相位最大值和所述多普勒最大值。

第三方面，本申请实施例还提供了一种卫星导航接收机，所述卫星导航接收机包括中央处理器及上述的卫星信号捕获装置，所述中央处理器和所述卫星信号捕获装置通信连接；

所述中央处理器，用于根据待捕获卫星系统，对所述卫星信号捕获装置进行参数配置；

所述卫星信号捕获装置，用于在参数配置完成后，并行处理所述待捕获卫星系统中的所有卫星信号，得到所述待捕获卫星系统中每一颗卫星的捕获结果；

所述中央处理器，还用于读取所有所述捕获结果，并根据所述捕获结果对所述待捕获卫星系统中捕获成功的卫星进行跟踪。

相对现有技术，本申请实施例提供的一种卫星信号捕获装置及方法、卫星导航接收机，将待捕获卫星系统中所有卫星的数字中频数据输入卫星信号捕获装置，通过第一数据处理单元将数字中频数据处理为卫星输入数据，并缓存为检测数据和验证数据；通过第二数据处理单元生成任意一颗目标卫星的本地伪码，并将本地伪码处理为伪码输入数据后缓存为检测伪码和验证伪码；然后，通过检测单元对检测数据和检测伪码进行并行检测得到码相位最大值和多普勒最大值；验证单元根据验证数据和验证伪码对码相位最大值和多普勒最大值进行验证，得到目标卫星的捕获结果；最终得到系统中每一颗卫星的捕获结果后统一上报至中央处理器，使得中央处理器对捕获成功的卫星进行跟踪。也就是，本申请实施例能够并行捕获指定系统的所有卫星信号，最终将所有捕获结果并行送入跟踪流程，大大提高了捕获效率，缩短了系统的冷启动时间。

附图说明

图1示出了本申请实施例提供的卫星导航接收机的结构示意图。

图2示出了本申请实施例提供参数配置流程的示例图。

图3示出了本申请实施例提供的卫星信号捕获装置的一种结构示意图。

图4示出了本申请实施例提供的捕获多颗卫星的时序图。

图5示出了本申请实施例提供的卫星信号捕获装置的另一种结构示意图。

图6示出了本申请实施例提供的卫星信号捕获方法的流程示意图。

图标：10-卫星导航接收机；11-中央处理器；12-射频模块；100-卫星信号捕获装置；110-第一数据处理单元；120-第二数据处理单元；130-检测单元；140-验证单元；150-存储单元；111-数字下变频单元；112-输入数据处理单元；121-伪码NCO；122-本地码产生单元；123-本地伪码处理单元；131-匹配滤波器；132-FFT单元；133-第一非相干累积单元；134-第一判决器；135-有效相位存储单元；141-验证加法器；142-频率乘法器；143-第二非相干累积单元；144-第二判决器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)现已成为全球发展最快的信息产业之一，具有全天候、全球性、实时性和连续性的特点，可以为用户提供定位、授时和测速等服务。目前，全球四大卫星导航系统包括：美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗卫星导航系统和欧洲的伽利略卫星导航系统。

GNSS的主要工作原理是：导航电文以数据形式对载波和伪随机码进行两次调制，形成无线电波后向地面连续辐射，用户通过卫星导航接收机获取视界内的卫星信号并求得导航定位信息。因此，卫星导航接收机包含对卫星信号的捕获、跟踪、同步、导航解算等流程。

卫星信号的捕获是对接收信号载波频率和伪码相位的一个搜索过程，当本地参考序列与卫星信号达到粗同步并且频率与近似相等时，会产生相关峰值，依此来判断是否完成了捕获。

现有的捕获方法是针对单个或者多个GNSS，采用逐个卫星捕获的方法进行不同卫星信号多普勒和码相位的二维搜索，捕获时间长，影响系统的冷启动时间。

针对现有技术中逐个卫星捕获的方法捕获时间长的问题，本申请实施例提出一种卫星信号捕获装置及方法、卫星导航接收机，该卫星信号捕获装置能够一次性捕获指定系统的全部卫星，最终将捕获结果并行送入跟踪流程，大大提高了捕获效率，缩短了系统的冷启动时间。

下面结合附图进行详细介绍。

请参照图1，图1示出了本申请实施例提供的卫星导航接收机10的结构示意图，卫星导航接收机10包括中央处理器11、射频模块12及卫星信号捕获装置100，中央处理器11和射频模块12均与卫星信号捕获装置100通信连接。

中央处理器11，用于根据待捕获卫星系统，对卫星信号捕获装置100进行参数配置。

待捕获卫星系统可以是需要进行卫星信号捕获的指定卫星导航系统，可以是但不限于GPS、或者GLONASS、或者北斗卫星导航系统、或者伽利略卫星导航系统等。

在确定待捕获卫星系统后，中央处理器11可以通过并行数据总线对卫星信号捕获装置100的参数进行配置，配置的参数可以包括待捕获卫星系统的标识、并行捕获卫星数目、缓冲数据长度、缓冲码长度、检测数据长度、校验数据长度、积分时间长度等。

指定的待捕获卫星系统不同，中央处理器11对卫星信号捕获装置100配置的参数不同。因此，针对不同的卫星导航系统，中央处理器11可以采用分时方式，按照系统灵活配置卫星信号捕获装置100的参数，从而满足多系统捕获的需求，为多系统的快速捕获提供技术支撑。

例如，请参照图2，中断起始时，即中断0来临时，中央处理器11并行配置系统1的所有卫星，配置过程中卫星信号捕获装置100处于复位状态。卫星信号捕获装置100在中断1来临时，由复位状态变为工作状态，并行处理系统1的所有卫星信号。经过n个中断周期捕获完成后，将捕获的结果上传给中央处理器11，即，将系统1中每一颗卫星的捕获结果统一上传给中央处理器11，如果某颗卫星捕获成功则中央处理器11开启对应通道处理进行后续跟踪，如果捕获失败则中央处理器11将通道对应给捕获成功的卫星。

之后，在中断n+1来临时，中央处理器11并行配置系统2的所有卫星。在中断n+2来临时，卫星信号捕获装置100开始工作，并行处理系统2的所有卫星信号。在中断n+m来临时捕获完成，将捕获的结果上传给中央处理器11，中央处理器11并行开启系统2的信号跟踪。后续更多系统以此类推进行处理。

由于每个卫星导航系统的信号捕获时间较短，因此，上述多系统轮训使用的方式，不仅可以减少逻辑电路的面积，还能兼顾捕获的需求。

中央处理器11可以根据不同卫星导航系统的特点，灵活配置卫星信号捕获装置100的中频选择、伪码产生、存储数据伪码长度、相干非相干积分次数、检测/校验起始位置等捕获参数。即，一个卫星信号捕获装置100可以通过参数配置，实现不同卫星导航系统的卫星信号捕获。

需要指出的是，如果逻辑资源足够，可以不采用时分复用的方式调用上述卫星信号捕获装置100，针对不同卫星导航系统直接例化对应的卫星信号捕获装置100进行并行化处理，同样可以提高捕获效率。

可选地，中央处理器11可以是ARM、或者DSP、或者其他高性能处理芯片。

射频模块12，用于接收待捕获卫星系统的卫星信号。

不同的卫星导航系统对应不同的射频模块12，因此，针对待捕获卫星系统，中央处理器11对卫星信号捕获装置100进行参数配置的同时，还需要将待捕获卫星系统对应的射频模块12与卫星信号捕获装置100通信连接，以通过射频模块12接收待捕获卫星系统的卫星信号。

卫星信号捕获装置100，用于在参数配置完成后，并行处理待捕获卫星系统中的所有卫星信号，得到待捕获卫星系统中每一颗卫星的捕获结果。

中央处理器11，还用于读取所有捕获结果，并根据捕获结果对待捕获卫星系统中捕获成功的卫星进行跟踪。

可选地，卫星信号捕获装置100可以是基于嵌入式芯片实现的数字电路，例如，基于FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)实现的数字电路。

可选地，卫星信号捕获装置100在处理过程中，可以采用从高采样率降采样到码速率、单bit量化等数字处理手段，以此来减少资源消耗。

请参照图3，卫星信号捕获装置100包括第一数据处理单元110、第二数据处理单元120、检测单元130、验证单元140及存储单元150。第一数据处理单元110与射频模块12通信连接，存储单元150与中央处理器11通信连接。第一数据处理单元110分别与检测单元130和验证单元140连接，第二数据处理单元120分别与检测单元130和验证单元140连接，检测单元130和验证单元140连接。

第一数据处理单元110，用于获取待捕获卫星系统中所有卫星的数字中频数据，并将数字中频数据处理为卫星输入数据，卫星输入数据包括检测数据和验证数据。

第二数据处理单元120，用于生成待捕获卫星系统中任意一颗目标卫星的本地伪码，并将本地伪码处理为伪码输入数据，伪码输入数据包括检测伪码和验证伪码。

检测单元130，用于对检测数据和检测伪码进行并行检测，得到码相位最大值和多普勒最大值，并将码相位最大值和多普勒最大值输入验证单元140。

验证单元140，用于根据验证数据和验证伪码，对码相位最大值和多普勒最大值进行验证，得到目标卫星的捕获结果。

存储单元150，用于存储待捕获卫星系统中每一颗卫星的捕获结果，以便中央处理器读取所有捕获结果，并根据捕获结果对待捕获卫星系统中捕获成功的卫星进行跟踪。

可选地，射频模块12对接收到所有卫星信号进行降频处理，再经AD转换和下变频处理，得到数字中频数据。这里的数字中频数据时对待捕获卫星系统中所有卫星的卫星信号进行信号处理得到的，例如，待捕获卫星系统有32颗卫星，则数字中频数据是对这32颗卫星的卫星信号进行信号处理得到的。

可选地，第二数据处理单元120可以根据预先配置的并行捕获卫星数目，生成待捕获卫星系统中每一颗卫星的本地伪码，并将待捕获卫星系统中所有卫星的本地伪码存储到RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)。在后续处理中，可以按照卫星编号从小到大的顺序，从RAM中依次读取各个卫星的本地伪码进行处理。

完成待捕获卫星系统中所有卫星的本地伪码的存储之后，可以按照卫星编号从小到大的顺序，通过检测单元130和验证单元140依次处理，得到每一颗卫星的捕获结果。也就是，处理过程是一个循环的过程，从第一颗卫星开始，直到最后一颗卫星，并且，验证单元140对前一颗卫星的处理过程和检测单元对后一颗卫星的处理过程是并行的，最终得到待捕获卫星系统中每一颗卫星的捕获结果。

即，第一数据处理单元110将数字中频数据处理后缓存为检测数据和验证数据，第二数据处理单元120将第一颗卫星的伪码处理后缓存为检测伪码和验证伪码；检测单元130根据检测数据和检测伪码进行并行检测，得到码相位最大值和多普勒最大值；验证单元140根据验证数据和验证伪码，对码相位最大值和多普勒最大值进行验证，得到第一颗卫星的捕获结果。在验证单元140验证第一颗卫星的码相位最大值和多普勒最大值的同时，检测单元130可以同时对第二颗卫星进行并检测，得到码相位最大值和多普勒最大值。

后续更多卫星以此类推进行处理，直至处理完最后一颗卫星得到最后一颗卫星的捕获结果。最终将每一颗卫星的捕获结果统一上报给中央处理器11，便于中央处理器11进行后续跟踪流程。

验证单元140可以对码相位最大值和多普勒最大值进行多次验证，例如，请参照图4，图4示出了捕获多颗卫星的时序图，存储待捕获卫星系统所有卫星的本地伪码之后，处理第一颗卫星，检测单元130先开启工作，输出码相位最大值和多普勒最大值；在检测到码相位最大值和多普勒最大值后，验证模块开启工作，将检测的码相位最大值和多普勒最大值进行再次判定，确定是否仍为最大值，因为噪声造成的虚警不会连续两次出现在同一码相位和多普勒值上，如果仍为最大值，则进行二次验证，如果两次验证都为最大值，则判定捕获到卫星信号；之后再将最大值与设定的门限进行比较，如果超过门限值则确定第一颗卫星捕获成功，将第一颗卫星的码相位最大值和多普勒最大值进行存储。

现有的捕获方式，是按照顺序逐个配置每一颗卫星对应的本地伪码，之后逐颗完成各个卫星的信号捕获，以32颗卫星为例，需要配置32次，每次将对应卫星的捕获结果上报给中央处理器11后才能配置下一颗卫星，除了捕获处理时间外，数据传输交互和等待也需要消耗大量时间。本申请实施例将整个系统的所有卫星的数字中频数据作为输入，按系统为单位处理对应所有的卫星后统一上报，大大提高了捕获效率。

请参照图5，第一数据处理单元110包括数字下变频单元111和输入数据处理单元112，数字下变频单元111和输入数据处理单元112连接，数字下变频单元111与射频模块12通信连接，输入数据处理单元112分别与检测单元130和验证单元140连接。

数字下变频单元111，用于对数字中频数据进行解调处理，输出解调后的数字中频数据。

输入数据处理单元112，用于对解调后的数字中频数据进行降采样处理，得到卫星输入数据。

可选地，输入数据处理单元112可以有4组数据处理单元，通过该4组数据处理单元对数字中频数据进行并行处理，得到检测数据和验证数据，将检测数据缓存至4组RAM中。

第二数据处理单元120包括伪码NCO(numerically controlled oscillator，数字控制振荡器)121、本地码产生单元122和本地伪码处理单元123，伪码NCO121、本地码产生单元122和本地伪码处理单元123依次连接，本地伪码处理单元123分别与检测单元130和验证单元140连接。

伪码NCO121，用于根据预先配置的并行捕获卫星数，控制本地码产生单元工作。

本地码产生单元122，用于在伪码NCO121的作用下，生成目标卫星的本地伪码。

本地伪码处理单元123，用于对本地码产生单元122生成的本地伪码进行信号处理，得到伪码输入数据。

可选地，本地码产生单元122可以在伪码NCO121的作用下，生成待捕获卫星系统中每一颗卫星的本地伪码并进行存储。本地伪码处理单元123可以按照卫星编号从小到大的顺序，从RAM中依次读取各个卫星的本地伪码进行处理。

本地伪码处理单元123可以有4组伪码处理单元，通过该4组伪码处理单元对目标卫星的本地伪码进行并行处理，得到检测伪码和验证伪码，将检测伪码缓存至4组RAM中。

检测单元130包括匹配滤波器131、FFT(fast Fourier transform，快速傅里叶变换)单元132、第一非相干累积单元133、第一判决器和134有效相位存储单元135。匹配滤波器131与第一数据处理单元110和第二数据处理单元120均连接，匹配滤波器131、FFT单元132、第一非相干累积单元133和第一判决器134依次连接，第一判决器134通过有效相位存储单元135连接至验证单元140。

匹配滤波器131，用于对检测数据和检测伪码进行匹配滤波，以完成解扩及相干累加处理。

FFT单元132，用于对匹配滤波器的输出结果进行傅里叶变换。

第一非相干累积单元133，用于对FFT单元132的输出结果进行非相干累加，得到一个码相位下的并行多普勒搜索结果。

第一判决器134，用于将目标卫星的所有码相位下的并行多普勒搜索结果进行判决，得到目标卫星的码相位最大值和多普勒最大值。

有效相位存储单元135，用于存储码相位最大值和多普勒最大值。

可选地，匹配滤波器131可以并行读取缓存在RAM中的检测数据和检测伪码，并完成检测数据和检测伪码的相关及多路并行累积，之后将输出结果存储至RAM中。匹配滤波器131可以是4路并行快速相关器组，可以通过时序控制器控制快速相关器组按照时间顺序对各个码相位进行检测和验证。

FFT单元132从RAM中读取匹配滤波器131的输出结果并进行傅里叶变换，FFT单元132可以有4组并行的FFT，第一非相干累积单元133可以有4组并行的非相干累积单元，1组FFT对应1组非相干累积单元。

第一非相干累积单元133可以对4组并行的FFT输出的数据求模后进行非相干累积。第一判决器134可以有4组并行的判决器，1组非相干累积单元对应1组判决器。

在本实施例中，验证单元140还用于：

根据验证数据和验证伪码进行多次捕获，验证码相位最大值和多普勒最大值是否仍为最大值；

若否，则确定目标卫星捕获失败，得到捕获结果，捕获结果包括捕获失败标志和目标卫星的编号；

若是，则将码相位最大值和多普勒最大值与设定门限值进行比较；

如果未超过设定门限值，则确定目标卫星捕获失败，得到捕获结果，捕获结果包括捕获失败标志和目标卫星的编号；

如果超过设定门限值，则确定目标卫星捕获成功，得到捕获结果，捕获结果包括捕获成功标志、目标卫星的编号、码相位最大值和多普勒最大值。

可选地，验证单元140包括验证加法器141、频率乘法器142、第二非相干累积单元143和第二判决器144，验证加法器141与第一数据处理单元110和第二数据处理单元120均连接，验证加法器141、频率乘法器142、第二非相干累积单元143和第二判决器144依次连接，第二判决器144与存储单元150连接。

可选地，在检测单元130检测到目标卫星的码相位最大值和多普勒最大值之后，验证单元140开启工作。验证单元140对码相位最大值和多普勒最大值进行多次验证确定是否仍是最大值，验证的次数可以由用户根据实际情况灵活设置，例如，1次验证、2次验证等，由此判定是否捕获到卫星信号。

如果多次验证确定仍是最大值，则再与设定的门限值进行比较，若超过门限值则确定目标卫星的卫星信号捕获成功，将捕获成功标志、目标卫星的编号、码相位最大值和多普勒最大值作为捕获结果存储至存储单元150。如果多次验证确定不是最大值，或者，未超过设定的门限值，则确定目标卫星的卫星信号捕获失败，将捕获失败标志和目标卫星的编号作为捕获结果存储至存储单元150。

需要指出的是，本申请实施例提供的卫星导航接收机10，可以应用于现有的GPS、GLONASS、伽利略、北斗等卫星导航系统的调制体制，并且上述卫星导航系统的现代化或者新体制信号涉及的多星捕获仍然适用，中央处理器11可以根据新体制的系统对卫星信号捕获装置100进行参数配置，卫星信号捕获装置100可以生成新体制的系统对应的本地伪码等，从而实现对应系统卫星的并行捕获。

与现有技术相比，本申请实施例具有以下有益效果：

首先，可以通过中央处理器11配置卫星信号捕获装置100的参数，从而实现不同卫星导航系统对应卫星的捕获，一个卫星信号捕获装置100可以根据配置不同，实现不同卫星导航系统的捕获；

其次，可以将配置的一个卫星导航系统的所有卫星一次性完成捕获，并将最终所有卫星的捕获结果统一上报给中央处理器11，实现快速并行捕获所有卫星信号，大大提高了捕获效率，缩短了系统的冷启动时间；

第三，卫星信号捕获装置100可以采用降采样、单bit量化等数字信号处理手段优化逻辑结构，减少逻辑资源消耗；

第四，卫星信号捕获装置100全部采用硬件行为级语言描述，可以在不同FPGA平台上快速移植。

下面对应用于上述卫星信号捕获装置100的卫星信号捕获方法进行介绍。

请参照图6，图6示出了本申请实施例提供的卫星信号捕获方法的流程示意图，该卫星信号捕获方法包括以下步骤：

S1，第一数据处理单元获取待捕获卫星系统中所有卫星的数字中频数据，并将数字中频数据处理为卫星输入数据，卫星输入数据包括检测数据和验证数据。

S2，第二数据处理单元生成待捕获卫星系统中任意一颗目标卫星的本地伪码，并将本地伪码处理为伪码输入数据，伪码输入数据包括检测伪码和验证伪码。

S3，检测单元对检测数据和检测伪码进行并行检测，得到码相位最大值和多普勒最大值，并将码相位最大值和多普勒最大值输入验证单元。

S4，验证单元根据验证数据和验证伪码，对码相位最大值和多普勒最大值进行验证，得到目标卫星的捕获结果。

S5，存储单元存储待捕获卫星系统中每一颗卫星的捕获结果，以便中央处理器读取每一捕获结果，并根据每一捕获结果对待捕获卫星系统中捕获成功的卫星进行跟踪。

可选地，步骤S1中第一数据处理单元将数字中频数据处理为卫星输入数据的过程，可以包括：

数字下变频单元对数字中频数据进行解调处理，输出解调后的数字中频数据；

输入数据处理单元对解调后的数字中频数据进行降采样处理，得到卫星输入数据。

可选地，步骤S2中第二数据处理单元生成待捕获卫星系统中任意一颗目标卫星的本地伪码，并将本地伪码处理为伪码输入数据的过程，可以包括：

伪码NCO根据预先配置的并行捕获卫星数，控制本地码产生单元工作；

本地码产生单元在伪码NCO的作用下，生成目标卫星的本地伪码；

本地伪码处理单元对本地码产生单元生成的本地伪码进行信号处理，得到伪码输入数据。

可选地，步骤S3中检测单元对检测数据和检测伪码进行并行检测，得到码相位最大值和多普勒最大值的过程，可以包括：

匹配滤波器对检测数据和检测伪码进行匹配滤波，以完成解扩及相干累加处理；

FFT单元对匹配滤波器的输出结果进行傅里叶变换；

第一非相干累积单元对FFT单元的输出结果进行非相干累加，得到一个码相位下的并行多普勒搜索结果；

第一判决器将所目标卫星的所有码相位下的并行多普勒搜索结果进行判决，得到目标卫星的码相位最大值和多普勒最大值；

有效相位存储单元存储码相位最大值和多普勒最大值。

可选地，步骤S4中验证单元根据验证数据和验证伪码，对码相位最大值和多普勒最大值进行验证，得到目标卫星的捕获结果的过程，可以包括：

根据验证数据和验证伪码进行多次捕获，验证码相位最大值和多普勒最大值是否仍为最大值；

若否，则确定目标卫星捕获失败，得到捕获结果，捕获结果包括捕获失败标志和目标卫星的编号；

若是，则将码相位最大值和多普勒最大值与设定门限值进行比较；

如果未超过设定门限值，则确定目标卫星捕获失败，得到捕获结果，捕获结果包括捕获失败标志和目标卫星的编号；

如果超过设定门限值，则确定目标卫星捕获成功，得到捕获结果，捕获结果包括捕获成功标志、目标卫星的编号、码相位最大值和多普勒最大值。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的卫星信号捕获方法的具体过程，可以参考前述硬件实施例中的对应过程，在此不再赘述。

综上所述，本申请实施例提供的一种卫星信号捕获装置及方法、卫星导航接收机，将待捕获卫星系统中所有卫星的数字中频数据输入卫星信号捕获装置，通过第一数据处理单元将数字中频数据处理后缓存为检测数据和验证数据；通过第二数据处理单元生成任意一颗目标卫星的本地伪码，并在处理后缓存为检测伪码和验证伪码；然后，通过检测单元对检测数据和检测伪码进行并行检测得到码相位最大值和多普勒最大值；验证单元根据验证数据和验证伪码对码相位最大值和多普勒最大值进行验证，得到目标卫星的捕获结果；最终得到系统中每一颗卫星的捕获结果后统一上报至中央处理器，使得中央处理器对捕获成功的卫星进行跟踪。也就是，能够并行捕获指定系统的所有卫星信号，最终将所有捕获结果并行送入跟踪流程，大大提高了捕获效率，缩短了系统的冷启动时间。

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

Claims (10)

1.一种卫星信号捕获装置，其特征在于，所述卫星信号捕获装置包括第一数据处理单元、第二数据处理单元、检测单元、验证单元和存储单元，所述第一数据处理单元和所述第二数据处理单元分别与所述检测单元和所述验证单元连接，所述验证单元与所述检测单元和所述存储单元均连接，所述存储单元与中央处理器通信连接；

所述第一数据处理单元，用于获取待捕获卫星系统中所有卫星的数字中频数据，并将所述数字中频数据处理为卫星输入数据，所述卫星输入数据包括检测数据和验证数据；

所述第二数据处理单元，用于生成所述待捕获卫星系统中任意一颗目标卫星的本地伪码，并将所述本地伪码处理为伪码输入数据，所述伪码输入数据包括检测伪码和验证伪码；

所述检测单元，用于对所述检测数据和所述检测伪码进行并行检测，得到码相位最大值和多普勒最大值，并将所述码相位最大值和所述多普勒最大值输入所述验证单元；

所述验证单元，用于根据所述验证数据和所述验证伪码，对所述码相位最大值和所述多普勒最大值进行验证，得到所述目标卫星的捕获结果；

所述存储单元，用于存储所述待捕获卫星系统中每一颗卫星的捕获结果，以便所述中央处理器读取所有所述捕获结果，并根据所述捕获结果对所述待捕获卫星系统中捕获成功的卫星进行跟踪。

2.如权利要求1所述的卫星信号捕获装置，其特征在于，所述第一数据处理单元包括数字下变频单元和输入数据处理单元；

所述数字下变频单元，用于对所述数字中频数据进行解调处理，输出解调后的数字中频数据；

所述输入数据处理单元，用于对所述解调后的数字中频数据进行降采样处理，得到所述卫星输入数据。

3.如权利要求1所述的卫星信号捕获装置，其特征在于，所述第二数据处理单元包括伪码数字控制振荡器NCO、本地码产生单元和本地伪码处理单元；

伪码NCO，用于根据预先配置的并行捕获卫星数，控制所述本地码产生单元工作；

所述本地码产生单元，用于在所述伪码NCO的作用下，生成所述目标卫星的本地伪码；

所述本地伪码处理单元，用于对所述本地码产生单元生成的本地伪码进行信号处理，得到所述伪码输入数据。

4.如权利要求1所述的卫星信号捕获装置，其特征在于，所述检测单元包括匹配滤波器、傅里叶变换FFT单元、第一非相干累积单元、第一判决器和有效相位存储单元；

所述匹配滤波器，用于对所述检测数据和所述检测伪码进行匹配滤波，以完成解扩及相干累加处理；

FFT单元，用于对所述匹配滤波器的输出结果进行傅里叶变换；

所述第一非相干累积单元，用于对所述FFT单元的输出结果进行非相干累加，得到一个码相位下的并行多普勒搜索结果；

所述第一判决器，用于将所述目标卫星的所有码相位下的并行多普勒搜索结果进行判决，得到所述目标卫星的所述码相位最大值和所述多普勒最大值；

所述有效相位存储单元，用于存储所述码相位最大值和所述多普勒最大值。

5.如权利要求1所述的卫星信号捕获装置，其特征在于，所述验证单元还用于：

根据所述验证数据和所述验证伪码进行多次捕获，验证所述码相位最大值和所述多普勒最大值是否仍为最大值；

若否，则确定所述目标卫星捕获失败，得到所述捕获结果，所述捕获结果包括捕获失败标志和所述目标卫星的编号；

若是，则将所述码相位最大值和所述多普勒最大值与设定门限值进行比较；

如果未超过所述设定门限值，则确定所述目标卫星捕获失败，得到所述捕获结果，所述捕获结果包括所述捕获失败标志和所述目标卫星的编号；

如果超过所述设定门限值，则确定所述目标卫星捕获成功，得到所述捕获结果，所述捕获结果包括捕获成功标志、所述目标卫星的编号、所述码相位最大值和所述多普勒最大值。

6.一种卫星信号捕获方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任一项所述的卫星信号捕获装置，所述卫星信号捕获方法包括：

所述第一数据处理单元获取待捕获卫星系统中所有卫星的数字中频数据，并将所述数字中频数据处理为卫星输入数据，所述卫星输入数据包括检测数据和验证数据；

所述第二数据处理单元生成所述待捕获卫星系统中任意一颗目标卫星的本地伪码，并将所述本地伪码处理为伪码输入数据，所述伪码输入数据包括检测伪码和验证伪码；

所述检测单元对所述检测数据和所述检测伪码进行并行检测，得到码相位最大值和多普勒最大值，并将所述码相位最大值和所述多普勒最大值输入所述验证单元；

所述验证单元根据所述验证数据和所述验证伪码，对所述码相位最大值和所述多普勒最大值进行验证，得到所述目标卫星的捕获结果；

所述存储单元存储所述待捕获卫星系统中每一颗卫星的捕获结果，以便所述中央处理器读取每一所述捕获结果，并根据每一所述捕获结果对所述待捕获卫星系统中捕获成功的卫星进行跟踪。

7.如权利要求6所述的卫星信号捕获方法，其特征在于，所述第一数据处理单元包括数字下变频单元和输入数据处理单元；

所述第一数据处理单元将所述数字中频数据处理为卫星输入数据，包括：

所述数字下变频单元对所述数字中频数据进行解调处理，输出解调后的数字中频数据；

所述输入数据处理单元对所述解调后的数字中频数据进行降采样处理，得到所述卫星输入数据。

8.如权利要求6所述的卫星信号捕获方法，其特征在于，所述检测单元包括匹配滤波器、傅里叶变换FFT单元、第一非相干累积单元、第一判决器和有效相位存储单元；

所述检测单元对所述检测数据和所述检测伪码进行并行检测，得到码相位最大值和多普勒最大值，包括：

所述匹配滤波器对所述检测数据和所述检测伪码进行匹配滤波，以完成解扩及相干累加处理；

FFT单元对所述匹配滤波器的输出结果进行傅里叶变换；

所述第一非相干累积单元对所述FFT单元的输出结果进行非相干累加，得到一个码相位下的并行多普勒搜索结果；

所述第一判决器将所述目标卫星的所有码相位下的并行多普勒搜索结果进行判决，得到所述目标卫星的所述码相位最大值和所述多普勒最大值；

所述有效相位存储单元存储所述码相位最大值和所述多普勒最大值。

9.如权利要求6所述的卫星信号捕获方法，其特征在于，所述验证单元根据所述验证数据和所述验证伪码，对所述码相位最大值和所述多普勒最大值进行验证，得到所述目标卫星的捕获结果，包括：

根据所述验证数据和所述验证伪码进行多次捕获，验证所述码相位最大值和所述多普勒最大值是否仍为最大值；

若否，则确定所述目标卫星捕获失败，得到所述捕获结果，所述捕获结果包括捕获失败标志和所述目标卫星的编号；

若是，则将所述码相位最大值和所述多普勒最大值与设定门限值进行比较；

如果未超过所述设定门限值，则确定所述目标卫星捕获失败，得到所述捕获结果，所述捕获结果包括所述捕获失败标志和所述目标卫星的编号；

如果超过所述设定门限值，则确定所述目标卫星捕获成功，得到所述捕获结果，所述捕获结果包括捕获成功标志、所述目标卫星的编号、所述码相位最大值和所述多普勒最大值。

10.一种卫星导航接收机，其特征在于，所述卫星导航接收机包括中央处理器及权利要求1-5任一项所述的卫星信号捕获装置，所述中央处理器和所述卫星信号捕获装置通信连接；

所述中央处理器，用于根据待捕获卫星系统，对所述卫星信号捕获装置进行参数配置；

所述卫星信号捕获装置，用于在参数配置完成后，并行处理所述待捕获卫星系统中的所有卫星信号，得到所述待捕获卫星系统中每一颗卫星的捕获结果；

所述中央处理器，还用于读取所有所述捕获结果，并根据所述捕获结果对所述待捕获卫星系统中捕获成功的卫星进行跟踪。

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