CN115327586B

CN115327586B - 一种导航卫星信号的处理装置和信号处理方法

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Publication number: CN115327586B
Application number: CN202211250655.5A
Authority: CN
Inventors: 请求不公布姓名
Original assignee: Beijing Kaixin Micro Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Kaixin Micro Technology Co ltd
Priority date: 2022-10-13
Filing date: 2022-10-13
Publication date: 2023-02-10
Anticipated expiration: 2042-10-13
Also published as: CN115327586A

Abstract

本发明提供了一种导航卫星信号的处理装置和信号处理方法，其中，读写控制器如果在当前读设定时长内请求到总线控制权时，则通过总线读取在片外存储芯片存储的当前组降采样数据，并将该当前组降采样数据缓存到FIFO缓存单元的第一缓存读地址；读写控制器如果在当前读设定时长内没有请求到总线控制权，并且在下一个读设定时长内请求到总线控制权时，则通过总线读取在片外存储芯片存储的下一组降采样数据，并将其缓存到FIFO缓存单元的第二缓存读地址；捕获计算单元以先入先出的方式依次读取FIFO缓存单元存储的降采样数据，并根据读取的降采样数据进行捕获计算，以捕获导航卫星信号。

Description

一种导航卫星信号的处理装置和信号处理方法

技术领域

本发明涉及卫星定位领域，尤其涉及一种导航卫星信号的处理装置和信号处理方法。

背景技术

全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）已经得到广泛应用，全球导航卫星系统包括GPS、GLONASS（格洛纳斯）、北斗或者伽利略等定位系统。全球导航卫星系统经常在干扰强烈的环境工作，导航卫星信号在被接收时通常会存在强度衰减严重等情况。现有方案中，为了提高接收机的捕获灵敏度，往往是增加接收机芯片内部用于捕获计算的存储空间，但这样会导致接收机的芯片的成本增加。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种导航卫星信号的处理装置和信号处理方法，在导航卫星信号处理芯片的外部增加片外存储芯片以节省成本基础上，让捕获计算单元能够持续根据降采样数据进行捕获计算，为实时捕获导航卫星信号提供基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种导航卫星信号的处理装置，包括导航卫星信号处理芯片和片外存储芯片，所述导航卫星信号处理芯片包括捕获模块和总线，所述捕获模块包括读写控制单元和捕获计算单元；所述读写控制单元包括读写控制器和FIFO缓存单元；在所述读写控制单元的读数据阶段：所述读写控制器向所述总线发出读请求以从所述片外存储芯片读取降采样数据；所述读写控制器以先入先出的方式将降采样数据依次缓存到所述FIFO缓存单元，其中，所述读写控制器如果在当前读设定时长内请求到总线控制权时，则通过所述总线读取在所述片外存储芯片的第一片外读地址存储的当前组降采样数据，并将该当前组降采样数据缓存到所述FIFO缓存单元的第一缓存读地址；所述读写控制器如果在当前读设定时长内没有请求到总线控制权，并且在下一个读设定时长内请求到总线控制权时，则通过所述总线读取在所述片外存储芯片的第二片外读地址存储的下一组降采样数据，并将该下一组降采样数据缓存到所述FIFO缓存单元的第二缓存读地址，其中，一组降采样数据包括若干个连续的降采样数据，所述第二缓存读地址是所述第一缓存读地址的下一地址，所述第二片外读地址是所述第一片外读地址的下一地址；所述捕获计算单元以先入先出的方式依次读取所述FIFO缓存单元存储的降采样数据，并根据读取的降采样数据进行捕获计算，以捕获导航卫星信号。

优选地，所述捕获模块还包括降采样电路，在所述读写控制单元的写数据阶段：所述降采样电路对所述导航卫星信号的基带数字信号进行降采样处理，得到降采样数据；所述读写控制器以先入先出的方式将降采样数据依次缓存到所述FIFO缓存单元，并向所述总线发出写请求以将降采样数据写入所述片外存储芯片；所述读写控制器如果在当前写设定时长内请求到总线控制权时，则将所述FIFO缓存单元的第一缓存写地址缓存的当前组降采样数据通过所述总线写入所述片外存储芯片的第一片外写地址中；所述读写控制器如果在当前写设定时长内没有请求到总线控制权，且所述FIFO缓存单元的第二缓存写地址存储有下一组降采样数据，并且在下一个写设定时长内请求到总线控制权时，则将所述下一组降采样数据通过所述总线写入所述片外存储芯片的第二片外写地址中，其中，所述第二片外写地址是所述第一片外写地址的下一地址，所述第二缓存写地址是所述第一缓存写地址的下一地址。

优选地，在所述读写控制单元的读数据阶段：所述捕获计算单元向所述FIFO缓存单元请求降采样数据；若所述FIFO缓存单元缓存有至少一组降采样数据，且所述FIFO缓存单元的剩余缓存空间大于缓存阈值，则所述捕获计算单元在得到所述读写控制器的同意后从所述FIFO缓存单元中读取一组降采样数据，并且所述读写控制器向所述总线发送读请求，以从所述片外存储芯片读取降采样数据；若所述FIFO缓存单元缓存有多组降采样数据，且所述FIFO缓存单元剩余缓存空间不大于所述缓存阈值，则所述捕获计算单元在得到所述读写控制器的同意后从所述FIFO缓存单元中依次读取若干组降采样数据，直至所述FIFO缓存单元剩余缓存空间大于所述缓存阈值后，所述读写控制器向所述总线发送读请求，以从所述片外存储芯片读取降采样数据。

优选地，在所述读写控制单元的读数据阶段：当所述读写控制器检测到所述捕获计算单元请求降采样数据时，如果所述FIFO缓存单元的剩余缓存空间大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的读请求的优先级调高，如果所述FIFO缓存单元剩余缓存空间不大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的读请求的优先级调低。

优选地，在所述读写控制单元的写数据阶段：如果所述FIFO缓存单元的剩余缓存空间大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的写请求的优先级调低，如果所述FIFO缓存单元剩余缓存空间不大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的写请求的优先级调高。

优选地，所述的导航卫星信号的处理装置还包括处理单元，所述捕获模块还包括片内存储单元，所述处理单元比较已捕获的当前导航卫星信号的强度与强度阈值之间的大小，在所述当前导航卫星信号的强度大于强度阈值和不大于所述强度阈值时，分别向所述读写控制器发送片内读写控制信号和片外读写控制信号；所述读写控制器在接收到所述片内读写控制信号后，在所述写数据阶段将用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据存储至所述片内存储单元，在所述读数据阶段从所述片内存储单元读取降采样数据；以及，在接收到所述片外读写控制信号后，在所述写数据阶段将用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据通过总线存储至所述片外存储芯片，在所述读数据阶段通过总线从所述片外存储芯片读取降采样数据。

本发明还提供了一种导航卫星信号的处理装置的信号处理方法，处理装置包括导航卫星信号处理芯片和片外存储芯片，所述导航卫星信号处理芯片包括捕获模块和总线，所述捕获模块包括读写控制单元和捕获计算单元；所述读写控制单元包括读写控制器和FIFO缓存单元；所述信号处理方法包括如下步骤：在所述读写控制单元的读数据阶段：所述读写控制器向所述总线发出读请求以从所述片外存储芯片读取降采样数据；所述读写控制器以先入先出的方式将降采样数据依次缓存到所述FIFO缓存单元，其中，所述读写控制器如果在当前读设定时长内请求到总线控制权时，则通过所述总线读取在所述片外存储芯片的第一片外读地址存储的当前组降采样数据，并将该当前组降采样数据缓存到所述FIFO缓存单元的第一缓存读地址；所述读写控制器如果在当前读设定时长内没有请求到总线控制权，并且在下一个读设定时长内请求到总线控制权时，则通过所述总线读取在所述片外存储芯片的第二片外读地址存储的下一组降采样数据，并将该下一组降采样数据缓存到所述FIFO缓存单元的第二缓存读地址，其中，一组降采样数据包括若干个连续的降采样数据，所述第二缓存读地址是所述第一缓存读地址的下一地址，所述第二片外读地址是所述第一片外读地址的下一地址；所述捕获计算单元以先入先出的方式依次读取所述FIFO缓存单元存储的降采样数据，并根据读取的降采样数据进行捕获计算，以捕获导航卫星信号。

优选地，在所述读写控制单元的读数据阶段：当所述读写控制器检测到所述捕获计算单元请求降采样数据时，如果所述FIFO缓存单元的剩余缓存空间大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的读请求的优先级调高，如果所述FIFO缓存单元剩余缓存空间不大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的读请求的优先级调低；和/或，在所述读写控制单元的写数据阶段：如果所述FIFO缓存单元的剩余缓存空间大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的写请求的优先级调低，如果所述FIFO缓存单元剩余缓存空间不大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的写请求的优先级调高。

优选地，所述处理装置还包括处理单元，所述捕获模块还包括片内存储单元，所述处理单元比较已捕获的当前导航卫星信号的强度与强度阈值之间的大小，在所述当前导航卫星信号的强度大于强度阈值和不大于所述强度阈值时，分别向所述读写控制器发送片内读写控制信号和片外读写控制信号；所述读写控制器在接收到所述片内读写控制信号后，在所述写数据阶段将用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据存储至所述片内存储单元，在所述读数据阶段从所述片内存储单元读取降采样数据；以及，在接收到所述片外读写控制信号后，在所述写数据阶段将用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据通过总线存储至片外存储芯片，在所述读数据阶段通过总线从片外存储芯片读取降采样数据。

【有益效果】

本方案中，所述读写控制器如果在当前读设定时长内请求到总线控制权时，则通过所述总线读取在所述片外存储芯片的第一片外读地址存储的当前组降采样数据，并将该当前组降采样数据缓存到所述FIFO缓存单元的第一缓存读地址；所述读写控制器如果在当前读设定时长内没有请求到总线控制权，并且在下一个读设定时长内请求到总线控制权时，则通过所述总线读取在所述片外存储芯片的第二片外读地址存储的下一组降采样数据，并将该下一组降采样数据缓存到所述FIFO缓存单元的第二缓存读地址，这样，在利用片外存储芯片可以存储大量降采样数据的情况下，读写控制器不需要一直等待获得总线对其请求的总线控制权的同意，而保持持续的向捕获计算单元供应降采样数据，从而让捕获计算单元能够持续根据降采样数据进行捕获计算，为实时捕获导航卫星信号提供了基础。

另外，本实施例中的导航卫星信号的处理装置，在处理单元能够判断已捕获的当前导航卫星信号的强度大小，在当前导航卫星信号的强度大于强度阈值时，向读写控制器发送片内读写控制信号，控制读写控制器将用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据存储至片内存储单元，片内降采样数据的读写速度快，可以提高GNSS接收机的定时定位结果的计算速度。在当前导航卫星信号的强度不大于强度阈值时，为从强噪声中提取出GNSS弱信号，向读写控制器发送片外读写控制信号控制，控制读写控制器将用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据存储至片外存储芯片，片外存储芯片容量大于片内存储单元，使得可以通过增大捕获过程中积分计算的时间或者非相干计算的次数提高捕获成功率，进而提高接收机的灵敏度，由于片外存储芯片的成本相对较低，可以在提高接收机灵敏度的同时，降低导航卫星信号接收机芯片及接收机的成本。

附图说明

以下将参照附图对本发明的优选实施方式进行描述。图中：

图1为本发明一种优选实施方式的导航卫星信号的处理装置的框图；

图2为本发明一种实施例写数据阶段降采样信号存储的示意图；

图3为本发明一种实施例读数据阶段降采样信号读取的示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

图1是本发明导航卫星信号的处理装置的一种优选实施方式的示意图，导航卫星信号的处理装置包括导航卫星信号处理芯片和片外电路。导航卫星信号处理芯片包括：捕获模块、跟踪模块（图中未示出）、处理单元、系统随机存储器（RAM，图中未示出）、片外存储芯片接口和数据接口（图中未示出），彼此之间通过总线进行数据交互。片外电路包括混频采样电路和片外存储芯片。片外存储芯片接口用于总线与片外存储芯片之间的数据交互。本导航卫星信号的处理装置的核心构成是导航卫星信号处理芯片，发挥着如下的功能：对片外电路的控制，基于导航卫星信号的采样信号进行位置坐标和定时结果计算，等等；在导航卫星信号处理芯片的控制下，混频采样电路对导航卫星信号进行混频采样，片外存储芯片可以在已捕获的当前导航卫星信号强度较弱时存储降采样数据。

混频采样电路是接收机信号处理流的起始处理电路，天线收到卫星播发的射频信号经过混频采样电路的混频和模数转换等操作后，形成中频采样数据，并将该中频采样数据送入导航卫星信号处理芯片进行进一步处理。

捕获模块主要完成导航卫星信号的捕获功能，即捕获得到粗载波相位和粗扩频码相位，从而实现导航卫星信号粗同步。捕获模块包括：中频载波剥离电路、降采样电路、读写控制单元、片内存储单元（未示出）、捕获随机存储器（RAM，图中未示出）和捕获计算单元。其中，中频载波剥离电路主要完成输入中频信号的载波信号剥离，获得零中频采样信号；降采样电路主要完成零中频信号的降采样操作，降低后续运算量。降采样速率一般取导航卫星信号扩频码速度的2倍，对于BOC调制信号，若进行单边带捕获，降采样速率一般取2倍扩频码速率，如果直接对BOC调制信号进行捕获，降采样速率可能取4倍扩频码速率或者更高。为了防止降采样过程中信号混叠，降采样电路在进行降采样之前需要进行抗混叠滤波，再进行降采样抽取操作。可选的，捕获计算中比较常用的抗混叠操作是累加降采样方法，具体为将前一个降采样时刻与当前降采样时刻之间出现的所有采样点进行累加作为当前降采样时刻的降采样数据。同时，为了降低后续所需存储空间的大小，通常对降采样数据进行重量化，用较少的比特数表示一个采样点，例如用2比特表示1个采样点，I分量（采样点实部）和Q分量（采样点虚部）分别用1比特表示，如果用4比特表示1个采样点，I分量和Q分量分别用2比特表示。读写控制单元包括读写控制器和FIFO（First Input First Output，先入先出）缓存单元，在写数据阶段，读写控制器将用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据存储至片内存储单元，或者将用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据通过总线存储至片外存储芯片；在读数据阶段时，读写控制器从片内存储单元读取降采样数据，或者通过总线从片外存储芯片读取降采样数据。捕获计算单元用于读取读写控制器在读数据阶段中获取的降采样数据以进行捕获未来导航卫星信号的计算。捕获随机存储器用于存储捕获计算过程中产生的中间变量。

跟踪模块根据捕获模块输出的粗载波相位和粗扩频码相位，完成跟踪锁定导航卫星信号的精细载波相位和精细扩频码相位，从而实现相应卫星信号的跟踪锁定，并将锁定的精细载波相位和精细扩频码相位发送至处理单元。跟踪模块定期将处于正常跟踪状态的卫星信号的扩频码相位观测量、载波相位观测量、解调的卫星电文信息等通过总线发送给处理单元，处理单元根据接收到观测量等信息，进行定位和定时操作，并通过总线和数据接口将定时、定位结果输出。数据接口用于输出处理单元计算的定时、定位结果和接收用户配置信息，例如，当用户根据所处应用环境、特定用途等进行导航定位卫星系统、信号、动态等特定需要的设定时，相关配置信息通过数据接口传输至导航卫星信号处理芯片内部，由处理单元进行处理。

系统随机存储器主要用于处理单元运行过程需要的缓存，主要包括操作系统运行缓存、导航定位相关数据和状态缓存等。本实施例中，捕获计算单元、跟踪模块等其它挂在总线上的模块或电路，受处理单元的调配控制。

片外存储芯片用于在已捕获的当前导航卫星信号强度较弱时存储降采样数据。导航卫星信号处理芯片和片外存储芯片可以体现为一个PCB板上两个分立的芯片。

为了提高接收机捕获灵敏度，可以采用增加导航卫星信号相干/非相干积分时间以提高捕获成功率，然而增加积分时间需要增加降采样信号存储量的大小，尤其对于扩频码速率比较高的导航卫星信号，相同时间内的降采样信号量更大，因此完成相同时间内的降采样信号积分运算需要更多的缓存空间，如果直接增大接收机芯片的片内存储单元的空间，则会显著增大接收机芯片的成本。

本实施例中根据已捕获的当前导航卫星信号的强度与强度阈值之间的大小关系，根据该大小关系决定是将用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据存储在片内存储单元还是片外存储芯片。由于本实施例中的片内存储单元（例如RAM存储器）旨在已捕获的当前导航卫星信号强度较强时存储未来导航卫星信号的降采样数据，其缓存空间不需要设置得很大，不需要在当前导航卫星信号强度较弱时存储数量更大的未来导航卫星信号的降采样数据，因此可以降低芯片的成本，而片外存储芯片（例如FLASH存储器）的缓存空间设置得比片内存储单元更大，以在当前导航卫星信号强度较弱时能存储数量更大的未来导航卫星信号的降采样数据，能够为捕获计算单元根据更多的这些降采样数据增大相干积分计算时间和非相干积分计算的次数提供支持，从而提高捕获未来导航卫星信号的灵敏度。而由于片外存储芯片成本相对较低，因此能够节省成本。

具体地，处理单元在已捕获的当前导航卫星信号的强度大于强度阈值时，向读写控制器发送片内读写控制信号，并在当前导航卫星信号的强度不大于强度阈值时，向读写控制器发送片外读写控制信号。在接收到片内读写控制信号后，读写控制器在写数据阶段时将用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据存储至片内存储单元，在读数据阶段从片内存储单元读取降采样数据；在接收到片外读写控制信号后，读写控制器在写数据阶段时将用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据通过总线存储至片外存储芯片，在读数据阶段通过总线从片外存储芯片读取降采样数据。捕获计算单元读取读写控制器在读数据阶段中获取的降采样数据以进行捕获未来导航卫星信号的计算。其中，写数据阶段为读写控制器向片外存储芯片或片内存储单元写入采样数据的阶段，读数据阶段是指读写控制器从片外存储芯片或片内存储单元读入数据以供捕获计算单元进行捕获计算导航卫星信号的阶段。

导航卫星信号捕获原理为：以某个搜索点的频率和码相位为参数，捕获模块产生多个不同相位的扩频码作为多个本地扩频码，以及多个频率的载波作为多个本地载波，将多个本地载波分别与接收信号进行混频（即进行多普勒频率剥离），将多普勒频率剥离后的接收信号与多个本地扩频码进行相关/非相关积分，当某个本地载波和本地扩频码与接收信号的载波和扩频码基本一致时，积分计算（由捕获模块中的积分器计算）得到的输出功率达到最大，该最大输出功率对应的本地载波和本地扩频码即为捕获得到的接收信号的载波和扩频码（即捕获模块的捕获参数），从而实现捕获功能。

本实施例中的导航卫星信号的处理装置，在当前导航卫星信号的强度大于强度阈值时，使用缓存空间较小的片内存储单元进行降采样信号的存储、以及从片内存储单元读取降采样信号以捕获未来导航卫星信号，就可以满足在此情况下导航卫星信号捕获对于缓存空间的需求（因为：当前导航卫星信号的强度大于强度阈值时使用较少的降采样数据和较短时间的积分计算就可以完成导航卫星信号的捕获），另外，由于从片内存储单元读写降采样数据的速度快，可以提高GNSS接收机的定时定位结果的计算速度。在当前导航卫星信号的强度不大于强度阈值时，使用缓存空间较大的片外存储芯片进行降采样信号的存储、以及从片外存储芯片读取降采样信号以捕获未来导航卫星信号，才能满足在此情况下导航卫星信号捕获对于缓存空间的需求（因为：当前导航卫星信号的强度不大于强度阈值时，为从强噪声中提取出微弱的导航卫星信号，接收机在捕获计算过程中需要进行相对较长时间的相干积分和非相干积分计算，从而使信号功率呈平方倍数增长以提高捕获成功率），以提高接收机捕获导航卫星信号的灵敏度。另外，由于片外存储芯片比片内存储单元的成本低，通过采用缓存空间较小的片内存储单元和缓存空间较大的片外存储芯片，可以降低导航卫星信号接收机芯片及接收机的成本。

接收机每次开机后存储导航卫星信号的降采样数据的初始位置可以是片内存储单元，这在很多情况下是有利的。例如，在接收机冷启动的条件下，由于捕获模块没有之前的定时定位的先验信息，也没有已经计算得到的导航卫星信号强度可供利用，此时通过使用片内存储单元进行未来导航卫星信号的降采样数据的存储即可以捕获未来导航卫星信号，相比于初始位置使用片外存储芯片可以提高捕获未来导航卫星信号的速度；如果通过片内存储单元存储的未来导航卫星信号降采样数据未能捕获到导航卫星信号，则切换至片外存储芯片存储未来导航卫星信号的降采样数据。又如，若接收机所处的环境信号状况良好（例如接收机总是在较为开阔的场地工作，通常而言，开阔的场地信号状况是比较良好的），此时接收机使用片内存储单元进行未来导航卫星信号的降采样信号的存储即可以捕获未来导航卫星信号，相比于初始位置使用片外存储芯片可以提高捕获未来导航卫星信号的速度。而在有些情况下，接收机每次开机后存储未来导航卫星信号的降采样数据的初始位置可以是片外存储芯片，例如，如果接收机总是在信号强度相对较差的环境，此时通过使用片外存储芯片存储未来导航卫星信号的降采样数据，才能满足捕获未来导航卫星信号的需求，以及还可以提高接收机捕获未来导航卫星信号的灵敏度，否则，若存储未来导航卫星信号的降采样数据的初始位置是片内存储单元，则需要在识别到片内存储单元无法满足捕获未来导航卫星信号的需求后，才将存储位置切换到片外存储芯片，这增加了捕获导航卫星信号所花费的时长。

在一些实施例中，可以导航卫星信号的载噪比代表导航卫星信号的强度，上述强度阈值即为载噪比阈值，当载噪比大于载噪比阈值时，则控制使用片内存储单元存储用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据，当载噪比不大于载噪比强度时，使用片外存储芯片存储用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据。当采用片内存储单元时，由于缓存空间较小，因此通常使用相干积分进行积分运算，以减少所需的降采样点的数量。例如，BDS B1I （北斗卫星导航系统B1I）信号捕获为例，说明载噪比阈值的计算方法（在满足预设恒虚警率和片内存储单元大小的条件下）。如果片内存储单元的缓存空间为4K，B1I信号码长为2046，每个采样点用4比特表示，按半码片精度进行捕获搜索，需要搜索4092个半码片，片内存储单元至少需存储8184个采样点（即2ms内接收到的降采样数据的数据量，以完成1次1ms相干积分计算）。在捕获过程中进行4092个1ms数据长度的相干累加，设定捕获的恒虚警率

，代入式2求解出每个1ms相干积分时间的结果错误判决为有信号的概率

（即虚警率）。

（1）

（2）

同时，相干累加后噪声包络服从瑞利分布，每个1ms相干结果的虚警率可表示为：

（3）

将式1和式2代入式3，得到：

（4）

代入信噪比SNR计算公式得到，

（5）

换算成载噪比

，

（6）

由上式可知，对于BDS B1I信号的捕获，载噪比阈值可设为44dBHz。如果载噪比高于44dBHz的场景，片内存储单元的缓存空间为4K的条件下，使片内存储单元存储未来导航卫星信号的降采样数据，满足恒虚警率不高于0.01的使用要求。

如果采用片外存储芯片，由于可以存储更多的降采样数据，因此，可以在相干积分计算的基础上进行多次的非相干计算，以提高捕获成功率。例如如果片外存储芯片可以存储5ms的降采样数据，则片外存储芯片内的数据量可以进行4个1ms的相干积分结果（X1~X4）的计算，得到非相干的结果Y1=X1²+X2²+X3²+X4²。将该非相干计算结果（即相干积分的结果的幅值进行平方累加）送入捕获模块中的积分电路，直至完成所有非相干积分，由于非相干累加增大了导航卫星信号的积分结果，因此更有利于判决出导航卫星信号（即捕获导航卫星信号）。另外，存储更多的降采样数据可以增大积分计算的时间从而提高捕获成功率，例如如果片外存储芯片可以存储5ms的降采样数据，可以进行一次4ms积分长度的相干积分，将积分结果送入积分电路，更长的相干累加时间可以拉大导航卫星信号和噪声之间的积分结果的差距，更有利于判决出导航卫星信号。当然，本领域人员可以理解的是，也可以同时延长相干积分的时间和在相干积分结果的基础上进行非相干积分计算，以提高捕获成功率。

当接收机检测出导航卫星信号强度与强度阈值之间的大小关系发生变化时，则处理单元需要对降采样数据的存储位置进行切换，例如从片外存储芯片切换到片内存储单元，或者反之。通过片内存储单元的降采样数据进行导航卫星信号捕获和通过片外存储芯片的降采样数据进行导航卫星信号捕获是两次独立不相关的捕获计算过程，因此，当降采样数据的存储位置发生切换时，捕获计算单元先停止基于来自切换前存储位置存储的降采样数据的计算，并重新基于来自切换后存储位置的降采样数据进行计算。

读写控制器同一时钟只可能对片外存储芯片进行写入操作或者读取操作，由于不同时进行写入和读取，降低了读写控制器的复杂度。

为了提高总线利用率，由于降采样电路输出的每个采样点的典型量化值为4比特，即一个降采样数据为4比特，总线位宽一般为16比特或者更高，在写数据阶段时，以先入先出的方式将降采样数据依次缓存到FIFO缓存单元，待FIFO缓存单元中的降采样数据的总比特数目等于或者约等于总线数据位宽时，再向总线发出写入一组降采样数据的写请求（一旦总线同意了该写请求，读写控制器即获得了总线控制权），从而将降采样数据通过片外存储芯片接口写入到片外存储芯片，以充分利用总线的位宽，降低对总线的占用时间，其中，一组降采样数据包括若干个连续的降采样数据，一组降采样数据的比特位数等于总线数据位宽。

由于总线可能比较繁忙，并不能总是及时响应读写控制器的读或写请求，若每个降采样数据都必须等到请求到总线控制权并实际写入片外存储芯片，这个期间可能有多个降采样数据进入了FIFO缓存单元，最终可能导致FIFO缓存单元被占满并溢出，FIFO缓存单元中缓存的降采样数据的顺序被破坏。

为了解决上述问题，本实施中读写控制器在写数据阶段时，包括如下步骤：降采样电路对导航卫星信号的基带数字信号进行降采样处理，得到降采样数据；读写控制器以先入先出的方式将降采样数据依次缓存到FIFO缓存单元，并向总线发出写请求以将降采样数据写入片外存储芯片；读写控制器如果在当前写设定时长内请求到总线控制权时，则将FIFO缓存单元的第一缓存写地址缓存的当前组降采样数据通过总线写入片外存储芯片的第一片外写地址中；读写控制器如果在当前写设定时长内没有请求到总线控制权，且FIFO缓存单元的第二缓存写地址存储有下一组降采样数据，并且在下一个写设定时长内请求到总线控制权时，则将下一组降采样数据通过总线写入片外存储芯片的第二片外写地址中，其中，第二片外写地址是第一片外写地址的下一地址，第二缓存写地址是第一缓存写地址的下一地址。

图2是写数据阶段下，片外存储芯片降采样信号的存储示意图，假设总线位宽为8比特（等于片外存储芯片位宽），FIFO缓存单元内可以缓存4组降采样数据，每组降采样数据具有2个降采样数据（即两个降采样点的数据），每个降采样数据的比特数为4比特，工作时，每一个降采样数据随着降采样时钟，依次缓存至FIFO缓存单元。假设FIFO缓存单元当前存储了三组降采样数据data0-data2（分别位于缓存地址d0-d2）。

当读写控制器向总线发送写请求以将FIFO缓存单元中缓存地址d0（第一缓存写地址）的第一组降采样数据data0写入片外存储芯片的地址D0（第一片外写地址），如果在写设定时长内请求到总线控制权，则读写控制器将第一组降采样数据data0写入片外存储芯片的存储地址D0。

当要将FIFO缓存单元的缓存地址d1（第一缓存写地址）中第二组降采样数据data1写入到片外存储芯片的地址D1（第一片外写地址）时，读写控制器向总线发送写请求，如果读写控制器在当前写设定时长t0内没有请求到总线控制权，且FIFO缓存单元第二缓存写地址d2存储有下一组降采样数据data2，并且在下一个写设定时长t1内请求到总线控制权时，则读写控制器将下一组降采样数据data2通过总线写入片外存储芯片的存储地址D2（第二片外写地址）中，其中，存储地址D2是存储地址D1的下一地址，而存储地址D1是本应存储第二组降采样数据data1的（如果第二组降采样数据data1存储成功的话），由于第二组降采样数据data1没有被存储到存储地址D1，所以存储地址D1上的数据是未知的dataX，是错误数据。虽然降采样数据data1没有写入片外存储芯片，但是读写控制器仍在片外存储芯片中为其留对应的位置，在片外存储芯片存放的降采样数据data0、dataX、data2中，其整体的存放顺序是正确的。

捕获计算单元进行捕获计算的速度是确定的，因为相干积分时间和一次捕获计算需要的数据量都是确定的，为了其能够不间断计算，FIFO缓存单元应能持续将片外存储芯片的降采样数据缓存到FIFO缓存单元内，而不是每个降采样数据都必须等到请求到总线控制权并实际读取到FIFO缓存单元内。本实施例中，读写控制器在读数据阶段，读写控制器向总线发出读请求以从片外存储芯片读取降采样数据；读写控制器以先入先出的方式将降采样数据依次缓存到FIFO缓存单元，其中，读写控制器如果在当前读设定时长内请求到总线控制权时，则通过总线读取在片外存储芯片的第一片外读地址存储的当前组降采样数据，并将该当前组降采样数据缓存到FIFO缓存单元的第一缓存读地址；读写控制器如果在当前读设定时长内没有请求到总线控制权，并且在下一个读设定时长内请求到总线控制权时，则通过总线读取在片外存储芯片的第二片外读地址存储的下一组降采样数据，并将该下一组降采样数据缓存到FIFO缓存单元的第二缓存读地址，其中，第二缓存读地址是第一缓存读地址的下一地址，第二片外读地址是第一片外读地址的下一地址。

图3是使用片外存储芯片读数据阶段降采样信号的读取示意图，读写控制器在读数据阶段，读写控制器检测到捕获计算单元请求数据后，读写控制器以先入先出的方式将降采样数据依次缓存到FIFO缓存单元。

为了读取片外存储芯片存储地址D0（第一片外读地址）中的一组降采样数据data0，读写控制器向总线发出读请求，如果读写控制器在当前读设定时长内请求到总线控制权时，则读写控制器通过总线读取片外存储芯片存储地址D0存储的当前组降采样数据data0，并将该当前组降采样数据data0缓存到FIFO缓存单元的缓存地址d0（第一缓存读地址）。

为了读取片外存储芯片存储地址D1（第一片外读地址）中的一组降采样数据dataX（正确的数据应为data1）（以写入第一缓存读地址d1），读写控制器向总线发出读请求，如果读写控制器在当前读设定时长内没有请求到总线控制权，并且在下一个读设定时长内请求到总线控制权时，则读写控制器通过总线读取片外存储芯片的存储地址D2（第二片外读地址）存储的下一组降采样数据data2，并将该下一组降采样数据D2缓存到FIFO缓存单元的缓存地址d2（第二缓存读地址），其中，缓存地址d2（第二缓存读地址）是缓存地址d1（第一缓存读地址）的下一地址，而缓存地址d1是本应存储第二组降采样数据dataX的（若第二组降采样数据dataX存储成功的话），由于第二组降采样数据dataX没有被存储到缓存地址d1，所以缓存地址d1上的数据是未知的dataY，也是错误数据。虽然降采样数据dataX没有写入FIFO缓存单元，但是读写控制器仍在FIFO缓存单元中为其留对应的位置，在FIFO缓存单元缓存的降采样数据data0、dataY、data2中，其整体的存放顺序是正确的。

由于降采样数据要先被写入到片外存储芯片，后又从片外存储芯片读取出来，最终被捕获计算单元用来计算，因此，降采样数据出现错误的原因包括三种：降采样数据没有实际写入到片外存储芯片但被正确从片外存储芯片中读取出来，降采样数据实际写入到片外存储芯片但没有被实际从片外存储芯片中读取出来，降采样数据没有实际写入到片外存储芯片并且也没被实际从片外存储芯片中读取出来。

捕获计算单元在进行捕获计算时，在捕获计算单元中，降采样数据与本地扩频码在相干器中进行相干运算后，相干运算的结果与本地载波在乘法器中进行乘法运算，并将乘法运算的结果输入到积分器中进行积分后发送至判决器，由判决器判决出导航卫星信号。用图3所示的降采样数据进行捕获计算，只要错误比例在一定范围内，虽然积分器中积分计算的结果降低，判决器仍然可以判决出导航卫星信号。例如，如果一次捕获降采样数据出现了10%的错误，将降采样数据错误率代入性能损失计算公式，计算出性能损失为-0.46dB（性能损失结果为负数，表示相对未出现错误情况下信噪比降低的大小），该损失一般情况下完全可以接受。

为了兼顾减小对总线的打扰次数和满足捕获计算单元对降采样数据的持续需求，需要根据FIFO缓存单元当前缓存的降采样数据组数，以及FIFO缓存单元剩余缓存空间与缓存阈值之间的大小关系，控制读写控制器是否向总线发送读请求。为此，本实施例还可以采用如下步骤。在读数据阶段时：捕获计算单元向FIFO缓存单元请求数据；若FIFO缓存单元缓存有至少一组降采样数据，且FIFO缓存单元剩余缓存空间大于缓存阈值，则捕获计算单元在得到读写控制器的同意后从FIFO缓存单元中读取一组降采样数据，并且读写控制器向总线发送读请求，以从片外存储芯片读取降采样数据；若FIFO缓存单元缓存有多组降采样数据，且FIFO缓存单元剩余缓存空间不大于缓存阈值，则捕获计算单元在得到读写控制器的同意后从FIFO缓存单元中依次读取若干组降采样数据，直至FIFO缓存单元剩余缓存空间大于缓存阈值后，读写控制器向总线发送读请求，以从片外存储芯片读取降采样数据。上述缓存阈值可以是FIFO缓存单元的80%的容量。

在一些其他实施例中，如果总线支持调整总线上不同请求的优先级，还可以根据FIFO缓存单元剩余缓存空间与缓存阈值之间的大小关系，来调整读写控制器的读请求的优先级。在读数据阶段时：当读写控制器检测到捕获计算单元请求数据，如果FIFO缓存单元剩余缓存空间大于缓存阈值，则读写控制器向总线请求将读写控制器的读请求的优先级调高，以尽快读取更多的降采样数据，以满足捕获计算单元持续的计算需求，或者保证捕获计算单元的捕获计算速度不会降低，进而降低捕获速度；如果FIFO缓存单元剩余缓存空间不大于缓存阈值，则读写控制器向总线请求将读写控制器的读请求的优先级调低，以让总线上其他电路或电路的请求能够被及时处理；上述缓存阈值可以是FIFO缓存单元的80%的容量。这样，可以兼顾捕获计算单元持续的计算需求以及总线上其他电路或模块的请求。同理，在写数据阶段：如果FIFO缓存单元剩余缓存空间大于缓存阈值，则读写控制器向总线请求将读写控制器的写请求的优先级调低，以便缓存到更多的降采样数据，以减少读写控制器对总线的打扰次数，同时让总线上其他电路等的请求能够被及时处理；如果FIFO缓存单元剩余缓存空间不大于缓存阈值，则读写控制器向总线请求将读写控制器的写请求的优先级调高，以避免FIFO缓存单元被占满而导致降采样数据的溢出。

本发明实施例还提供了一种导航卫星信号的处理装置的信号处理方法，处理装置包括导航卫星信号处理芯片和片外存储芯片，导航卫星信号处理芯片包括捕获模块和总线，捕获模块包括读写控制单元和捕获计算单元；读写控制单元包括读写控制器和FIFO缓存单元；信号处理方法包括如下步骤：在读写控制单元的读数据阶段：读写控制器向总线发出读请求以从片外存储芯片读取降采样数据；读写控制器以先入先出的方式将降采样数据依次缓存到FIFO缓存单元，其中，读写控制器如果在当前读设定时长内请求到总线控制权时，则通过总线读取在片外存储芯片的第一片外读地址存储的当前组降采样数据，并将该当前组降采样数据缓存到FIFO缓存单元的第一缓存读地址；读写控制器如果在当前读设定时长内没有请求到总线控制权，并且在下一个读设定时长内请求到总线控制权时，则通过总线读取在片外存储芯片的第二片外读地址存储的下一组降采样数据，并将该下一组降采样数据缓存到FIFO缓存单元的第二缓存读地址，其中，一组降采样数据包括若干个连续的降采样数据，第二缓存读地址是第一缓存读地址的下一地址，第二片外读地址是第一片外读地址的下一地址；捕获计算单元以先入先出的方式依次读取FIFO缓存单元存储的降采样数据，并根据读取的降采样数据进行捕获计算，以捕获导航卫星信号。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种导航卫星信号的处理装置，其特征在于，包括导航卫星信号处理芯片和片外存储芯片，所述导航卫星信号处理芯片包括捕获模块和总线，所述捕获模块包括读写控制单元和捕获计算单元；所述读写控制单元包括读写控制器和FIFO缓存单元；

在所述读写控制单元的读数据阶段：

所述读写控制器向所述总线发出读请求以从所述片外存储芯片读取降采样数据；所述读写控制器以先入先出的方式将降采样数据依次缓存到所述FIFO缓存单元，其中，所述读写控制器如果在当前读设定时长内请求到总线控制权时，则通过所述总线读取在所述片外存储芯片的第一片外读地址存储的当前组降采样数据，并将该当前组降采样数据缓存到所述FIFO缓存单元的第一缓存读地址；所述读写控制器如果在当前读设定时长内没有请求到总线控制权，并且在下一个读设定时长内请求到总线控制权时，则通过所述总线读取在所述片外存储芯片的第二片外读地址存储的下一组降采样数据，并将该下一组降采样数据缓存到所述FIFO缓存单元的第二缓存读地址，并且当前组降采样数据没有写入所述FIFO缓存单元，所述读写控制器仍在所述FIFO缓存单元中为当前组降采样数据留对应的位置，其中，一组降采样数据包括若干个连续的降采样数据，所述第二缓存读地址是所述第一缓存读地址的下一地址，所述第二片外读地址是所述第一片外读地址的下一地址；所述捕获计算单元以先入先出的方式依次读取所述FIFO缓存单元存储的降采样数据，并根据读取的降采样数据进行捕获计算，以捕获导航卫星信号。

2.如权利要求1所述的导航卫星信号的处理装置，其特征在于，所述捕获模块还包括降采样电路，

在所述读写控制单元的写数据阶段：

所述降采样电路对所述导航卫星信号的基带数字信号进行降采样处理，得到降采样数据；所述读写控制器以先入先出的方式将降采样数据依次缓存到所述FIFO缓存单元，并向所述总线发出写请求以将降采样数据写入所述片外存储芯片；

所述读写控制器如果在当前写设定时长内请求到总线控制权时，则将所述FIFO缓存单元的第一缓存写地址缓存的当前组降采样数据通过所述总线写入所述片外存储芯片的第一片外写地址中；所述读写控制器如果在当前写设定时长内没有请求到总线控制权，且所述FIFO缓存单元的第二缓存写地址存储有下一组降采样数据，并且在下一个写设定时长内请求到总线控制权时，则将所述下一组降采样数据通过所述总线写入所述片外存储芯片的第二片外写地址中，其中，所述第二片外写地址是所述第一片外写地址的下一地址，所述第二缓存写地址是所述第一缓存写地址的下一地址。

3.如权利要求2所述的导航卫星信号的处理装置，其特征在于，

在所述读写控制单元的读数据阶段：

所述捕获计算单元向所述FIFO缓存单元请求降采样数据；

若所述FIFO缓存单元缓存有至少一组降采样数据，且所述FIFO缓存单元的剩余缓存空间大于缓存阈值，则所述捕获计算单元在得到所述读写控制器的同意后从所述FIFO缓存单元中读取一组降采样数据，并且所述读写控制器向所述总线发送读请求，以从所述片外存储芯片读取降采样数据；若所述FIFO缓存单元缓存有多组降采样数据，且所述FIFO缓存单元剩余缓存空间不大于所述缓存阈值，则所述捕获计算单元在得到所述读写控制器的同意后从所述FIFO缓存单元中依次读取若干组降采样数据，直至所述FIFO缓存单元剩余缓存空间大于所述缓存阈值后，所述读写控制器向所述总线发送读请求，以从所述片外存储芯片读取降采样数据。

4.如权利要求3所述的导航卫星信号的处理装置，其特征在于，

在所述读写控制单元的读数据阶段：

当所述读写控制器检测到所述捕获计算单元请求降采样数据时，如果所述FIFO缓存单元的剩余缓存空间大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的读请求的优先级调高，如果所述FIFO缓存单元剩余缓存空间不大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的读请求的优先级调低。

5.如权利要求3所述的导航卫星信号的处理装置，其特征在于，

在所述读写控制单元的写数据阶段：

如果所述FIFO缓存单元的剩余缓存空间大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的写请求的优先级调低，如果所述FIFO缓存单元剩余缓存空间不大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的写请求的优先级调高。

6.如权利要求4或5所述的导航卫星信号的处理装置，其特征在于，还包括处理单元，所述捕获模块还包括片内存储单元，

所述处理单元比较已捕获的当前导航卫星信号的强度与强度阈值之间的大小，在所述当前导航卫星信号的强度大于强度阈值和不大于所述强度阈值时，分别向所述读写控制器发送片内读写控制信号和片外读写控制信号；

所述读写控制器在接收到所述片内读写控制信号后，在所述写数据阶段将用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据存储至所述片内存储单元，在所述读数据阶段从所述片内存储单元读取降采样数据；以及，在接收到所述片外读写控制信号后，在所述写数据阶段将用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据通过总线存储至所述片外存储芯片，在所述读数据阶段通过总线从所述片外存储芯片读取降采样数据。

7.一种导航卫星信号的处理装置的信号处理方法，其特征在于，所述处理装置包括导航卫星信号处理芯片和片外存储芯片，所述导航卫星信号处理芯片包括捕获模块和总线，所述捕获模块包括读写控制单元和捕获计算单元；所述读写控制单元包括读写控制器和FIFO缓存单元；所述信号处理方法包括如下步骤：

在所述读写控制单元的读数据阶段：

所述读写控制器向所述总线发出读请求以从所述片外存储芯片读取降采样数据；

所述读写控制器以先入先出的方式将降采样数据依次缓存到所述FIFO缓存单元，其中，所述读写控制器如果在当前读设定时长内请求到总线控制权时，则通过所述总线读取在所述片外存储芯片的第一片外读地址存储的当前组降采样数据，并将该当前组降采样数据缓存到所述FIFO缓存单元的第一缓存读地址；所述读写控制器如果在当前读设定时长内没有请求到总线控制权，并且在下一个读设定时长内请求到总线控制权时，则通过所述总线读取在所述片外存储芯片的第二片外读地址存储的下一组降采样数据，并将该下一组降采样数据缓存到所述FIFO缓存单元的第二缓存读地址，并且当前组降采样数据没有写入所述FIFO缓存单元，所述读写控制器仍在所述FIFO缓存单元中为当前组降采样数据留对应的位置，其中，一组降采样数据包括若干个连续的降采样数据，所述第二缓存读地址是所述第一缓存读地址的下一地址，所述第二片外读地址是所述第一片外读地址的下一地址；

所述捕获计算单元以先入先出的方式依次读取所述FIFO缓存单元存储的降采样数据，并根据读取的降采样数据进行捕获计算，以捕获导航卫星信号。

8.如权利要求7所述的信号处理方法，其特征在于，所述捕获模块还包括降采样电路，

在所述读写控制单元的写数据阶段：

9.如权利要求8所述的信号处理方法，其特征在于，

在所述读写控制单元的读数据阶段：

所述捕获计算单元向所述FIFO缓存单元请求降采样数据；

10.如权利要求9所述的信号处理方法，其特征在于，

在所述读写控制单元的读数据阶段：当所述读写控制器检测到所述捕获计算单元请求降采样数据时，如果所述FIFO缓存单元的剩余缓存空间大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的读请求的优先级调高，如果所述FIFO缓存单元剩余缓存空间不大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的读请求的优先级调低；和/或，

在所述读写控制单元的写数据阶段：如果所述FIFO缓存单元的剩余缓存空间大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的写请求的优先级调低，如果所述FIFO缓存单元剩余缓存空间不大于所述缓存阈值，则所述读写控制器向所述总线请求将所述读写控制器的写请求的优先级调高。

11.如权利要求10所述的信号处理方法，其特征在于，

所述处理装置还包括处理单元，所述捕获模块还包括片内存储单元，所述处理单元比较已捕获的当前导航卫星信号的强度与强度阈值之间的大小，在所述当前导航卫星信号的强度大于强度阈值和不大于所述强度阈值时，分别向所述读写控制器发送片内读写控制信号和片外读写控制信号；

所述读写控制器在接收到所述片内读写控制信号后，在所述写数据阶段将用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据存储至所述片内存储单元，在所述读数据阶段从所述片内存储单元读取降采样数据；以及，在接收到所述片外读写控制信号后，在所述写数据阶段将用于捕获未来导航卫星信号的降采样数据通过总线存储至片外存储芯片，在所述读数据阶段通过总线从片外存储芯片读取降采样数据。