CN114063124B - 一种北斗b1c信号快速捕获方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明的一种北斗B1C信号快速捕获方法及存储介质，先进行B1I信号的快速捕获，然后将捕获的B1I信号的多普勒信息以及码相位信息传递给B1C信号的捕获电路结构，通过码相位信息传递给B1C导频伪码码相位固定延迟模块，产生10路并行的固定码相位延迟的B1C导频分量伪码信号，10路并行的固定码相位延迟信号在B1C多路相干积分模块中与输入信号进行相干积分，与输入信号中B1C扩频支路码相位对齐的相干积分支路会产生较大的相关峰，这时对产生较大相关峰的支路对应的码相位延迟进行计算，得到这时输入B1C信号的码相位延迟的整数周与小数周，向后输出，传递给跟踪电路。本发明相比伪码码相位并行捕获算法节省了电路面积，相比多普勒频率并行捕获算法提高了捕获速度。

Description

一种北斗B1C信号快速捕获方法及存储介质

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，具体涉及一种北斗B1C信号快速捕获方法及存储介质。

背景技术

全球卫星导航系统(Global Satellite Navigation System，GNSS)是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的三维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。包括一个或多个卫星星座及其支持特定工作所需的增强系统。全球卫星导航系统国际委员会公布的全球4大卫星导航系统供应商，包括美国的全球定位系统GPS、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)、欧盟的伽利略卫星导航系统(GALILEO)和中国的北斗卫星导航系统(BDS)。

中国北斗三号全球卫星导航系统(简称：北斗三号系统)，由24颗中圆地球轨道卫星(MEO)、3颗地球静止轨道卫星(GEO)和3颗倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)，共30颗卫星组成。北斗三号系统在MEO卫星和IGSO卫星上播发了新的频点信号B1C。B1C信号采用了二进制偏移载波(BOC，Binary Offset Carrier)调制技术，分为数传分量和导频分量。导频分量上因为没有调制有广播星历，所以可以进行长时间相干积分，从而提高了接收机的灵敏度。同时导频分量使用了分层码结构，因此具有良好的互相关特性。以上B1C信号的特点都对接收机定位性能和抗干扰性能的提升产生了重大影响。

FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种可编程数字器件，它的基本结构包括可编程输入输出单元、可配置逻辑块、数字时钟管理模块、嵌入式块RAM、布线资源、内嵌专用硬核、底层内嵌功能单元。由于FPGA具有布线资源丰富，可重复编程和集成度高，投资较低的特点，使其在软件无线电、数字图像处理、数据中心、人工智能加速等领域有着广泛的应用。

与北斗B1I信号相比，北斗B1C信号由数传分量和导频分量组成，分别由不同的副载波形式调制，其中数传分量上含有电文和伪码，伪码主码码长10230，主码周期10ms，而B1C导频分量上，除了包含伪码主码外，还包含有子码，子码码长1800，子码周期18000ms。传统快捕算法分为多普勒频率并行算法和伪码相位并行算法，由于B1C数传或者导频分量上伪码主码长度是B1I信号上伪码长度的10倍，所以如果使用传统的快捕算法，B1C信号的平均捕获时长将是B1I信号的10倍，在飞机、无人机、导引头等高动态场景下的导航定位中，因为动态引起导航信号特征的急剧变化，较长的捕获时间会降低信号的捕获概率，不利于B1C信号在这种场景下的使用。所以，为了保障B1C信号在高动态场景下的可靠使用，发挥其定位精度高、抗干扰能力强的特点，需要首先解决该信号的可靠捕获问题。

发明内容

本发明提出的一种北斗B1C信号快速捕获方法及存储介质，可至少解决上述技术问题之一。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种北斗B1C信号快速捕获方法，基于北斗B1C信号快速捕获装置，所述装置包括输入导航信号依次经过低噪放LNA、抗镜像声表面滤波器SAW、混频器、抗混叠声表面滤波器、模拟自动增益控制、AD采样之后，得到中频数字信号，中频数字信号在FPGA内完成B1C信号快速捕获算法；

其中，所述捕获方法包括以下步骤：

步骤一：B1I载波发生模块产生正交的标称中频载波信号，B1I快捕模块采用PMF-FFT算法，对输入北斗导航信号进行捕获，得到B1I信号的载波多普勒信息和码相位延迟信息；

步骤二：B1C导频伪码码相位固定延迟模块产生10路导频码相位延迟固定的支出，相邻两路之间的码相位延迟固定为1ms；

步骤三：根据步骤一得到的B1I信号的载波多普勒信息，B1C载波发生模块在标称中频频率控制字的基础上补偿B1C多普勒信息，该信息同时也向后输出，传递给跟踪电路；

步骤四：根据步骤一得到的B1I信号的码相位延迟信息，控制B1C多路相干积分模块的相干积分启动脉冲，多路相干积分模块共有10个相干积分支路，其中相干积分时间在1ms～10ms范围内调节，相关峰通过B1C码相位判决模块处理，将相关峰与统计噪声比较，大于门限值则认为找到正确的相关峰，这时计算找到的相关峰对应的码相位，向后输出，传递给跟踪电路。

进一步的，所述步骤一具体过程如下：所述步骤一具体包括以下步骤：

S11、生成标称频率的正弦信号D_sin(k)和余弦信号D_cos(k)作为B1I信号的本地载波。

S12、输入中频信号去直流后，得到信号D_{remove_dc}(k)，其分别与S11生成的本地正弦载波和本地余弦载波相乘得到下变频后的I支路信号D_I(k)和Q支路信号D_Q(k)，用采样频率f_ds对D_I(k)和D_Q(k)进行降采样，降采样结果分别记为D_{I_ds}(k)和D_{Q_ds}(k)；

S13、利用FPGA的片上分布式RAM，开辟A、B、C三块缓存区，从每块缓存区的起始地址开始，存入一个B1I信号相干积分周期的伪码的采样值，同时将降采样后的数据D_{I_DS}(k)和D_{Q_DS}(k)依次轮流写入A/B/C三块缓存区；

S14、从缓存区中读出的D_{I_ds}(k)和D_{Q_ds}(k)送入I支路的分块并行相关器和Q支路的分块并行相关器中进行相干积分，对相干积分结果进行FFT处理，FFT结果送入峰值侦测电路，此部分即为B1I信号的PMF-FFT捕获算法；

S15、对FFT运算结果的幅值平方进行缓存，缓存的数据计为amp(k)，统计一段时间内amp(k)的极大值max_point，同时计算噪声估计值Noise，若max_point>Noise*Threshold，则认为max_point出现的位置确实是相关峰位置，根据FFT运算次数推出相关峰所在位置的码相位，根据FFT结果中最大谱峰的位置推出多普勒频移值，之后把码相位传递给B1C导频伪码码相位固定延迟模块，把多普勒频移值传递给B1C载波发生模块。

进一步的，所述步骤二具体过程如下：

S21、B1C导频伪码发生器产生导频支路伪码，伪码周期18s，包含了主码与子码，其码相位零相位点与B1I的伪码发生器的伪码零相位点对齐；

S22、S21产生的伪码在采样时钟的采样下，存储进有10个tap的Shift-FIFO结构电路中，其中相邻两个tap之间的码相位固定延迟1ms，这样整个Shift-FIFO结构正好完整的包含了一个B1C导频伪码的主码周期的采样信号，其中Shift-FIFO的存储深度需要根据采样时钟的频率提前算好并固定下来；

S23、S22中Shift-FIFO结构的10个tap支路信号输入给相干积分启动脉冲控制模块，该模块根据S15步骤中给出的捕获到的B1I信号的码相位计算出B1C相干积分脉冲启动时刻，并将启动脉冲输出给B1C多路相干积分模块。

进一步的，所述步骤三具体过程如下：

S31、生成标称频率的正弦信号D_sin(k)和余弦信号D_cos(k)作为B1C信号的本地载波；

S32、将S15步骤中给出的捕获到的B1I信号的多普勒频移值乘以补偿系数c，再换算成B1C载波发生器的频率控制字，与B1C载波发生器的标称频率控制字相加后，与输入的B1C中频信号相乘，剥离掉输入信号的载波，只留下很小的载波残差，几乎不对10ms的长时相干积分带来影响；

S33、B1C载波发生器初相调节模块，可以在0～2π范围内对B1C载波初相进行设置，可以通过调节该值，提高之后B1C相干积分支路的相关峰值。

进一步的，所述步骤四的具体过程如下：

S41、S23步骤的相干积分启动脉冲到来之后，B1C多路相干积分模块的10个相干积分支路同时开始工作，即对S32步骤输出的剥离掉标称中频与多普勒频偏的B1C基带数据与S23步骤输出的10个tap支路的导频伪码同时进行相乘累加操作，相干积分时长通过参数设置，默认是1ms；

S42、选出10个相干积分结果中的最大值Coh_Max与剩余9个支路的平均值Coh_Avg进行比较，当Coh_Max＞Coh_Avg×Threshold时，认为捕获到正确的相关峰，输出捕获成功标志，其中Threshold是可设置参数；

S43、根据相干积分最大值Coh_Max的tap支路，计算其对应的码相位值，同S32步骤得到的B1C信号多普勒频移值一起，在捕获成功时同步输出，传递给后面的跟踪电路。

另一方面，本发明还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤。

由上述技术方案可知，本发明的北斗B1C信号快速捕获方法，由B1I载波发生模块、B1C载波发生模块、B1I快捕模块、B1C载波补偿模块、B1C导频伪码码相位固定延迟模块、B1C多路相干积分模块、B1C码相位判决模块组成。本发明利用了同时在MEO星和IGSO星上播发的B1I信号与B1C信号之间的强相关性，首选进行B1I信号的快速捕获，然后将捕获的B1I信号的多普勒信息以及码相位信息传递给B1C信号的捕获电路结构，其中多普勒信息传递给B1C载波补偿模块，用于扣除B1C信号中较大的多普勒，从而达到可以延长B1C相干积分时长的目的，而码相位信息传递给B1C导频伪码码相位固定延迟模块，产生10路并行的固定码相位延迟的B1C导频分量伪码信号，这10路并行的固定码相位延迟信号在B1C多路相干积分模块中与输入信号进行相干积分，根据扩频理论，与输入信号中B1C扩频支路码相位对齐的相干积分支路会产生较大的相关峰，这时对产生较大相关峰(大于了判决门限)的支路对应的码相位延迟进行计算，得到这时输入B1C信号的码相位延迟的整数周与小数周，然后将这些信息与载波多普勒信息一同传递给后面的跟踪电路，至此，完成了整个B1C信号的快速捕获。

具体的说，本发明的优点如下：

本发明通过B1I捕获结果信息，实现了对B1C信号的快速捕获，相比伪码码相位并行捕获算法节省了电路面积，相比多普勒频率并行捕获算法提高了捕获速度。

本发明的算法实现复杂度低，捕获结果准确，尤其适用于大动态场景下的B1C信号捕获。

本发明的算法易于集成，方便对现有GNSS接收机中北斗信号捕获算法的改造与升级。

本发明的在B1C多普勒残差很小的情况下，可以通过提高B1C相干积分时长，达到对弱信号的捕获，提升了接收机的灵敏度。

附图说明

图1是本发明装置电路硬件框架图；

图2是本发明系统工作原理示意图；

图3是本发明算法数字逻辑框架图；

图4是本发明PMF-FFT捕获算法电路；

图5是B1C导频伪码主码产生电路；

图6是B1C导频伪码码相位固定延迟电路；

图7是B1C标称中频数字下变频电路；

图8是B1C多路相干积分电路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，是本次发明装置的系统电路硬件框架图，输入导航信号依次经过低噪放(LNA)、抗镜像声表面滤波器(SAW)、混频器、抗混叠声表面滤波器、模拟自动增益控制(AGC)、AD采样之后，得到中频数字信号，中频数字信号在FPGA(ZYNQ)内完成本次发明的B1C信号快速捕获算法；本发明提供了一种基于FPGA实现的北斗B1C信号快速捕获方法；

如图3所示，是本次发明算法的数字逻辑框架图。具体实施步骤如下：

第一步：B1I载波发生模块产生正交的标称中频载波信号，B1I快捕模块采用PMF-FFT算法，对输入北斗导航信号进行捕获，得到B1I信号的载波多普勒信息和码相位延迟信息。

如图4所示，是B1I使用PMF-FFT算法进行捕获电路。经过去直流与降采样的B1I数字中频信号先经过带通滤波器，滤除带外镜像频率并适当压低底噪；滤波信号然后与本地中频NCO产生的标称中频正交信号I和Q进行本地混频，混频之后的信号只剩余包含多普勒频率和钟飘频率的信号(钟飘频率可以忽略)；将混频信号分块，同时送入结构相同的PMF模块进行部分匹配滤波，如果在PMF模块中，B1I本地伪码相位与输入的混频信号包含的真实伪码信号相位已经接近对齐，部分匹配滤波的结果将只包含多普勒频率信息，这时将部分匹配滤波的结果进行是复数FFT运算，将得到一个相关峰，相关峰对应的频率就是多普勒频率，FFT运算的次数对应伪码相位。

具体的说：

B1I输入I、Q两路中频数字信号如下式：

其中

是对输入去直流后的信号，f_out是本地载波频率。

对D_I(k)和D_Q(k)进行降采样，得到：

其中，f_s是采样频率，f_ds是降采样率。

对D_{I_ds}(n)和D_{Q_ds}(n)进行PMF下的相干积分可得：

其中，PMF_FFT_X是部分相干积分(累加)的数据个数，PMF_FFT_D是分块数，C()函数是B1I的本地伪码序列，k＝0,1,2,…,PMF_FFT_X。

对I_i(n)和Q_i(n)进行FFT处理，在相关峰处，可以得到伪码相位点：

其中，θ_C是伪码相位点，一个伪码周期共有NUM_PN个码片，f_s是采样率，T_c相干积分时长，n是进行相关峰处对应的FFT运算次数。

同理，可以得到载波多普勒值为：

其中，f_d是载波多普勒值，f_ds是降采样率，PMF_FFT_X是部分相干积分(累加)的数据个数，PMF_FFT_D是FFT运算的点数。

将得到的θ_C和f_d输出，传递给B1C载波补偿模块、B1C导频伪码码相位固定延迟模块。

第二步：B1C导频伪码码相位固定延迟模块产生10路导频码相位延迟固定的支出，相邻两路之间的码相位延迟固定为1ms。

B1C本地导频伪码的产生公式如下：

如图5所示，是B1C导频伪码主码产生电路，不同卫星的B1C导频伪码主码也不同，为方便选择不同卫星的主码，通过查表的方式进行控制。本地利用ROM模块预存两段legendre序列，其中一段用于产生截断序列，另一段用于调节序列输出相位。产生的截断调相序列，经过与本地副载波异或运算，调制到副载波上，完成B1C导频伪码主码信号的本地生成。

其中，两段存储深度为10230的legendre序列ROM，在截断参数p和相位参数w的控制下，对两段码长10230的legendre序列做出截断与相位控制，两段序列异或后产生所需的卫星的导频伪码主码序列，调制1.023MHz的副载波之后输出。

如图6所示，是B1C导频伪码码相位固定延迟电路，该电路主要用于将B1C导频伪码码相位进行十等分处理，电路上利用了Shift-FIFO的等抽头tap结构，在Shift-FIFO的10个tap处输出的码相位正好将整个B1C导频伪码相位均分。

B1C导频伪码主码序列按1.023Mbps的码速率产生码片，码片被时钟以采样率f_ds采样，每毫秒的采样点数是(f_ds/1.023M)×1023，这些采样点被依次存储进每段采样深度为(f_ds/1.023M)×1023的10段Shift-FIFO电路结构中，10个tap的输出保持相邻固定1ms的码相位延迟。

第三步：根据步骤一得到的B1I信号的载波多普勒信息，B1C载波发生模块在标称中频频率控制字的基础上补偿B1C多普勒信息，该信息同时也向后输出，传递给跟踪电路。

如图7所示，是B1C标称中频数字下变频(DDC)电路。经过去直流与降采样的B1C数字中频信号先经过带通滤波器，滤除带外镜像频率并适当压低底噪；滤波信号然后与本地中频NCO产生的标称中频正交信号I和Q进行本地混频，混频之后的信号只剩余包含多普勒频率和钟飘频率的信号(钟飘频率可以忽略)，B1C信号的多普勒频率通过之前得到的B1I多普勒信息与系数K进行扣除，使混频输出的结果只含有多普勒的残差，这个残差几乎为0。

其中，输入的B1C的中频带通信号为：

式中，P_X为中频带通信号的功率，f_X为中频频率，

为中频带通信号初相，s_X为基带信号。s_X1为基带信号实部，s_X2为基带信号虚部。s_X可表示为：

式中第一项为数据分量，第二项为导频b分量，第三项为导频a分量。

B1I捕获电路传递过来的多普勒信息f_d经过系数k修正后，作为补偿量，添加到B1C载波NCO的频率控制字中。具体补偿量为：

初相调节电路产生0～2π内的B1C标称中频载波初相控制字，用于改善之后的相干积分相关峰幅度。

经过B1C中频数字下变频(DDC)电路处理的输出为：

式中，f_I为标称中频加上B1C多普勒补偿量后的频率，Δf为真实中频频率与f_I的差，因此Δf是一个近似为0的值。

第四步：启动B1C多路相干积分模块的相干积分，多路相干积分模块共有10个相干积分支路，其中相干积分时间可以在1ms～10ms范围内调节，相关峰通过B1C码相位判决模块处理，将相关峰与统计噪声比较，大于门限值则认为找到正确的相关峰，这时计算找到的相关峰对应的码相位，向后输出，传递给跟踪电路。

如图8所示，是10个支路的B1C多路相干积分电路，经过前面DDC的B1C数字中频信号分为正交的两路I支路和Q支路，在相干积分启动脉冲的控制下，与本地生成的B1C导频支路伪码主码进行相干积分，相干积分主要的原理是乘加电路，由于本地生成的B1C导频支路主码码相位被十等分，同时考虑到I支路和Q支路同时进行相干积分，所以一共由20路积分支路。相同码相位对应的I支路和Q支路积分结果进行平方和，完成一次非相干积分，非相干积分的结果送到判决电路进行处理，如果有相关峰出现，将伪码相位信息和载波多普勒信息向后传递，后续跟踪电路开始工作。

在Q支路中，由于B1C信号中频DDC之后导频b分量的副载波频率为6.138MHz，而参与相干积分的导频支路伪码主码是调制了1.023MHz副载波的，所以导频b分量相干积分的结果接近噪声，B1C信号中频DDC之后导频a分量的副载波频率为1.023MHz，10个相干积分支路中，一定有一个支路的输入信号的伪码与本地伪码主码是几乎对齐的(误差在半个码片之内，但因为子码的原因，符号可能相反)，这时经过相干积分，输出的表达式如下：

N_Q～N(0,σ²)

与之对应的I支路输出如下：

N_I～N(0,σ²)

为消除初相差

的影响，将Q_p和I_p平方后相加，得到：

式中，N为噪声项，相加后的结果符合自由度为2的非中心卡方分布。

噪声σ²的统计可以选任一条没有相关峰出现的支路进行，当相关峰值与噪声比较，超过门限th时，即认为找到正确的相关峰，捕获概率可以表示为：

式中，I₀为0阶一类贝塞尔函数。

这时将相关峰对应的码相位信息和多普勒信息向跟踪电路传递，并给出跟踪启动信号。

由上可知，本发明根据北斗ICD(接口控制文档)指出，在北斗3代MEO卫星和IGSO卫星上会同时播发B1I和B1C两个频点的信号，根据恒包络和复用调制的原理，可以得出相同卫星上B1I信号和B1C信号会共用卫星的时频系统和相同的发射通道，这就决定了B1I的基带信号和B1C的复基带信号之间有着很强的相关性，具体来说，如图1所示，B1I的伪码周期是B1C伪码主码周期的十分之一，并且B1C伪码主码的零相位点与B1I的伪码零相位点严格同步与对齐，这样就可以得出一个结论：当B1I捕获成功并且得到其伪码相位信息时，由于B1C与B1I伪码之间的同步关系，这时B1C的伪码相位信息可以通过B1I的伪码相位推测出来，具体来说，就是B1I的伪码相位可能出现在B1C一个伪码主码周期的码相位的10个模糊点上，本发明设计的算法就是要对这个相位模糊点进行解模糊，得到正确的B1C伪码码相位信息。

具体的说，本发明的优点如下：

本发明通过B1I捕获结果信息，实现了对B1C信号的快速捕获，相比伪码码相位并行捕获算法节省了电路面积，相比多普勒频率并行捕获算法提高了捕获速度。

本发明的算法实现复杂度低，捕获结果准确，尤其适用于大动态场景下的B1C信号捕获。

本发明的算法易于集成，方便对现有GNSS接收机中北斗信号捕获算法的改造与升级。

本发明的在B1C多普勒残差很小的情况下，可以通过提高B1C相干积分时长，达到对弱信号的捕获，提升了接收机的灵敏度。

又一方面，本发明还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤。

再一方面，本发明还公开一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上方法的步骤。

可理解的是，本发明实施例提供的系统及设备与本发明实施例提供的方法相对应，相关内容的解释、举例和有益效果可以参考上述方法中的相应部分。

本申请实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信，

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述北斗B1C信号快速捕获方法，所述方法包括：

步骤一：B1I载波发生模块产生正交的标称中频载波信号，B1I快捕模块采用PMF-FFT算法，对输入北斗导航信号进行捕获，得到B1I信号的载波多普勒信息和码相位延迟信息；

步骤二：B1C导频伪码码相位固定延迟模块产生10路导频码相位延迟固定的支出，相邻两路之间的码相位延迟固定为1ms；

步骤三：根据步骤一得到的B1I信号的载波多普勒信息，B1C载波发生模块在标称中频频率控制字的基础上补偿B1C多普勒信息，该信息同时也向后输出，传递给跟踪电路；

步骤四：根据步骤一得到的B1I信号的码相位延迟信息，控制B1C多路相干积分模块的相干积分启动脉冲，多路相干积分模块共有10个相干积分支路，其中相干积分时间在1ms～10ms范围内调节，相关峰通过B1C码相位判决模块处理，将相关峰与统计噪声比较，大于门限值则认为找到正确的相关峰，这时计算找到的相关峰对应的码相位，向后输出，传递给跟踪电路。

上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(英文：PeripheralComponent Interconnect，简称：PCI)总线或扩展工业标准结构(英文：Extended IndustryStandard Architecture，简称：EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)，也可以包括非易失性存储器(英文：Non-Volatile Memory，简称：NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(英文：Central ProcessingUnit，简称：CPU)、网络处理器(英文：Network Processor，简称：NP)等；还可以是数字信号处理器(英文：Digital Signal Processing，简称：DSP)、专用集成电路(英文：ApplicationSpecific Integrated Circuit，简称：ASIC)、现场可编程门阵列(英文：Field-Programmable Gate Array，简称：FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一北斗B1C信号快速捕获方法的步骤。

在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一北斗B1C信号快速捕获方法。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

需要说明的是，在本文中，诸如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。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种北斗B1C信号快速捕获方法，基于北斗B1C信号快速捕获装置，所述装置包括输入导航信号依次经过低噪放LNA、抗镜像声表面滤波器SAW、混频器、抗混叠声表面滤波器、模拟自动增益控制、AD采样之后，得到中频数字信号，中频数字信号在FPGA内完成B1C信号快速捕获算法；其特征在于，

所述捕获方法包括以下步骤：

步骤一：B1I载波发生模块产生正交的标称中频载波信号，B1I快捕模块采用PMF-FFT算法，对输入北斗导航信号进行捕获，得到B1I信号的载波多普勒信息和码相位延迟信息；

步骤二：B1C导频伪码码相位固定延迟模块产生10路导频码相位延迟固定的支出，相邻两路之间的码相位延迟固定为1ms；

步骤三：根据步骤一得到的B1I信号的载波多普勒信息，B1C载波发生模块在标称中频频率控制字的基础上补偿B1C多普勒信息，该信息同时也向后输出，传递给跟踪电路；

步骤四：根据步骤一得到的B1I信号的码相位延迟信息，控制B1C多路相干积分模块的相干积分启动脉冲，多路相干积分模块共有10个相干积分支路，其中相干积分时间在1ms～10ms范围内调节，相关峰通过B1C码相位判决模块处理，将相关峰与统计噪声比较，大于门限值则认为找到正确的相关峰，这时计算找到的相关峰对应的码相位，向后输出，传递给跟踪电路。

2.根据权利要求1所述的北斗B1C信号快速捕获方法，其特征在于：所述步骤一具体过程如下：所述步骤一具体包括以下步骤：

S11、生成标称频率的正弦信号D_sin(k)和余弦信号D_cos(k)作为B1I信号的本地载波；

S12、输入中频信号去直流后，得到信号D_{remove_dc}(k)，其分别与S11生成的本地正弦载波和本地余弦载波相乘得到下变频后的I支路信号D_I(k)和Q支路信号D_Q(k)，用采样频率f_ds对D_I(k)和D_Q(k)进行降采样，降采样结果分别记为D_{I_ds}(k)和D_{Q_ds}(k)；

S13、利用FPGA的片上分布式RAM，开辟A、B、C三块缓存区，从每块缓存区的起始地址开始，存入一个B1I信号相干积分周期的伪码的采样值，同时将降采样后的数据D_{I_DS}(k)和D_{Q_DS}(k)依次轮流写入A/B/C三块缓存区；

S14、从缓存区中读出的D_{I_ds}(k)和D_{Q_ds}(k)送入I支路的分块并行相关器和Q支路的分块并行相关器中进行相干积分，对相干积分结果进行FFT处理，FFT结果送入峰值侦测电路，此部分即为B1I信号的PMF-FFT捕获算法；

S15、对FFT运算结果的幅值平方进行缓存，缓存的数据计为amp(k)，统计一段时间内amp(k)的极大值max_point，同时计算噪声估计值Noise，若max_point＞Noise*Threshold，则认为max_point出现的位置确实是相关峰位置，根据FFT运算次数推出相关峰所在位置的码相位，根据FFT结果中最大谱峰的位置推出多普勒频移值，之后把码相位传递给B1C导频伪码码相位固定延迟模块，把多普勒频移值传递给B1C载波发生模块。

3.根据权利要求2所述的北斗B1C信号快速捕获方法，其特征在于：所述步骤二具体过程如下：

S21、B1C导频伪码发生器产生导频支路伪码，伪码周期18s，包含了主码与子码，其码相位零相位点与B1I的伪码发生器的伪码零相位点对齐；

S22、S21产生的伪码在采样时钟的采样下，存储进有10个tap的Shift-FIFO结构电路中，其中相邻两个tap之间的码相位固定延迟1ms，这样整个Shift-FIFO结构正好完整的包含了一个B1C导频伪码的主码周期的采样信号，其中Shift-FIFO的存储深度需要根据采样时钟的频率提前算好并固定下来；

S23、S22中Shift-FIFO结构的10个tap支路信号输入给相干积分启动脉冲控制模块，该模块根据S15步骤中给出的捕获到的B1I信号的码相位计算出B1C相干积分脉冲启动时刻，并将启动脉冲输出给B1C多路相干积分模块。

4.根据权利要求3所述的北斗B1C信号快速捕获方法，其特征在于：所述步骤三具体过程如下：

S31、生成标称频率的正弦信号D_sin(k)和余弦信号D_cos(k)作为B1C信号的本地载波；

S32、将S15步骤中给出的捕获到的B1I信号的多普勒频移值乘以补偿系数c，再换算成B1C载波发生器的频率控制字，与B1C载波发生器的标称频率控制字相加后，与输入的B1C中频信号相乘，剥离掉输入信号的载波，只留下很小的载波残差，几乎不对10ms的长时相干积分带来影响；

S33、B1C载波发生器初相调节模块，在0～2π范围内对B1C载波初相进行设置，通过调节该值，提高之后B1C相干积分支路的相关峰值。

5.根据权利要求4所述的北斗B1C信号快速捕获方法，其特征在于：

所述步骤四的具体过程如下：

S41、S23步骤的相干积分启动脉冲到来之后，B1C多路相干积分模块的10个相干积分支路同时开始工作，即对S32步骤输出的剥离掉标称中频与多普勒频偏的B1C基带数据与S23步骤输出的10个tap支路的导频伪码同时进行相乘累加操作，相干积分时长通过参数设置，默认是1ms；

S42、选出10个相干积分结果中的最大值Coh_Max与剩余9个支路的平均值Coh_Avg进行比较，当Coh_Max＞Coh_Avg×Threshold时，认为捕获到正确的相关峰，输出捕获成功标志，其中Threshold是可设置参数；

S43、根据相干积分最大值Coh_Max的tap支路，计算其对应的码相位值，同S32步骤得到的B1C信号多普勒频移值一起，在捕获成功时同步输出，传递给后面的跟踪电路。

6.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。

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