CN115657093A - 基于捕获数据存储的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于捕获数据存储的方法，所述方法包括如下步骤：S1：首先通过测试获取初始值，根据初始值设置初始阈值y，并将初始值记录在软件中；S2：降采样至2倍码率信号，并进行载波剥离的信号公式计算pack值进行长度为N的统计，将绝对值大于y0的个数记为Z0，绝对值小于y0的个数记为Z1；其中N为经验值；S3：根据计算出的Z0和Z1的关系，调整初始阈值y的大小，并将N点的pack复采样点信号进行统计；S4：经过M轮对初始阈值y调整，进行实际降采样数据pack值的存储，本发明涉及数据存储技术领域，解决现有如何实现在存储一定时间长度中频数据的情况下减少存储资源消耗的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及数据存储领域，具体涉及基于捕获数据存储的方法。
背景技术
本发明基于捕获数据存储的方法全球定位系统是20世纪70年代由美国陆海空三军在海军卫星导航系统的基础上联合研制的全球卫星导航定位系统，它由空间段、地面控制段和用户段三部分构成。GPS系统在民用领域也获得广泛应用，已经发展为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。美国GPS系统是全球广泛应用的卫星导航与定位系统。目前，能与GPS系统进入竞争领域的分别有俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的“伽利略”系统和中国的北斗系统。
卫星导航接收机的工作过程是：卫星发射的射频信号通过天线接收下来，通过一个无源的带通滤波器滤波，以减小带外射频干扰，接着预放大，射频信号下变频到中频，再用模数变换器对信号采样和数字化，得到数字中频信号或数字基带信号，再送入数字基带处理器进行处理，主要是对信号进行捕获、跟踪、解调，再作导航解算，伪距计算等，数字基带处理器是卫星信号接收机的核心。
其中对数字基带信号进行处理，首先要进行信号的捕获，其目的是确定一个卫星是否在接收机的可见范围内，如果卫星可见，捕获过程要完成两个参数的捕获：码相位和载波频率，这其实是一个二维搜索过程。卫星信号捕获就是在频率和PRN码方向上进行二维搜索得到粗略的载波频率和码相位的过程。捕获是卫星信号接收机中的一个关键组成部分。
当前存在四大已经建立或者正在发展当中的全球卫星导航系统，包括美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，中国的北斗三代导航系统和欧洲的Galileo系统。
经典的全球定位接收机出于基带捕获灵敏度的考虑，一般需要存储较长时间的中频数据，以适应在城市峡谷等信号遮蔽严重的场景的卫星捕获问题。但由于现代导航信号码率较高，如BDSB3信号，GPSL5信号，其码率达到10.23MHz，即使按照奈奎斯特采样速率，2倍信号带宽来存储中频数据，其速率至少也会达到20.46MHz，这样，消耗的存储器资源会非常巨大，给芯片功耗和成本带来极大的影响。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种基于捕获数据存储的方法，去实现在存储一定时间长度中频数据的情况下减少存储资源消耗的问题。
本发明采用的技术方案如下：
基于捕获数据存储的方法，所述方法包括如下步骤：S1：首先通过测试获取初始值，根据初始值设置初始阈值y，并将初始值记录在软件中；S2：降采样至2倍码率信号，并进行载波剥离的信号公式计算pack值进行长度为N的统计，将绝对值大于y0的个数记为Z0，绝对值小于y0的个数记为Z1；其中N为经验值；S3：根据计算出的Z0和Z1的关系，调整初始阈值y的大小，并将N点的pack复采样点信号进行统计；S4：经过M轮对初始阈值y调整，进行实际降采样数据pack值的存储；S5：将当前通过步骤S2中的信号公式，计算出的pack值的绝对值与阈值y进行比较，存储值统一为2比特，分为高位符号位和低位有效值位，符号位与pack值保持一致，有效值位如果pack值的绝对值大于y则存储为1，否则存储为0；S6：在捕获过程使用数据时，将读出的2比特数据做映射操作，高位符号位为0映射成正数，高位符号位为1映射成负数，低位有效值位为0映射成绝对值K0，低位有效值位为0映射成绝对值K1。
进一步地，所述步骤S2中的载波剥离的信号公式如下：
其中，r t 表示收到的t时刻的接收中频信号，ω L 表示本地接收中频角频率，t表示t时刻，j表示数字离散的当前点，Pack(i)表示第i个降采样的复样点信号，从t i 时刻累计至t i +N i -1，总共N i 个采样点，累计后中频信号降采样至2倍码速率，分为IQ两路的复信号。
进一步地，所述步骤S2中的y0为实时调整的门限值，y0根据实际运行的pack统计值进行调整。
进一步地，所述步骤S3中对Z0和Z1进行调整采用期望值方式进行调整，在设定好Z0和Z1的期望值后，计算获取的Z0和Z1实际值低于期望值，则在步骤S4时进行调高；计算获取的Z0和Z1的实际值高于期望值，则在步骤S4时进行调低。
进一步地，所述步骤S5中的Pack值取绝对值后跟预设的门限y进行比较，比较结果影响存储的实际数据，若Pack值的绝对值大于y则根据Pack符号存储成2个比特的01或2个比特的11，其中01表示Pack为正，11表示Pack为负；若Pack绝对值小于y则根据Pack符号存储成2个比特的00或2个比特的10，其中00代表Pack为正，10代表Pack为负。
进一步地，所述步骤S6中的绝对值K0为1，绝对值K1为3，在捕获时，将经过映射后的数据进行解扩运算，最后在各个相位和频率的单元中找到最大值，得出捕获结果。
本发明的有益效果如下：
1.传统方法降采样后每个样点（即上文说的Pack）的存储数据宽度至少是4比特以上，一般是8比特，本方法将每个样点（即上文说的Pack）的存储位宽降低至2比特，大大减少了存储消耗；
2.同时经过算法控制，减少存储带来的性能损失很小，这在芯片化的阶段会高效的实现较大规模的降采样数据存储。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。
实施例1
基于捕获数据存储的方法，所述方法包括如下步骤：S1：首先通过测试获取初始值，根据初始值设置初始阈值y，并将初始值记录在软件中；S2：降采样至2倍码率信号，并进行载波剥离的信号公式计算pack值进行长度为N的统计，将绝对值大于y0的个数记为Z0，绝对值小于y0的个数记为Z1；其中N为经验值；S3：根据计算出的Z0和Z1的关系，调整初始阈值y的大小，并将N点的pack复采样点信号进行统计；S4：经过M轮对初始阈值y调整，进行实际降采样数据pack值的存储；S5：将当前通过步骤S2中的信号公式，计算出的pack值的绝对值与阈值y进行比较，存储值统一为2比特，分为高位符号位和低位有效值位，符号位与pack值保持一致，有效值位如果pack值的绝对值大于y则存储为1，否则存储为0；S6：在捕获过程使用数据时，将读出的2比特数据做映射操作，高位符号位为0映射成正数，高位符号位为1映射成负数，低位有效值位为0映射成绝对值K0，低位有效值位为0映射成绝对值K1。
目前传统的捕获数据存储方式是采用中频降采样的方式进行获取，通过将接收到的实数中频信号表示为：
其中， d表示调制的导航比特信息， PN表示调制的码信号，n k 表示噪声。
输入数字中频信号是实信号，因此是单路，也有输入中频是复数采样点的情况，这种就是两路输入，可以表示为复采样点输入，不过不影响整个处理过程，ω0表示中频的角频率，k表示第k个采样点，φ表示中频相位。
还有就是采用本申请文件所使用的载波剥离方式，降采样至2倍码率信号，并进行载波剥离的信号表示如下：
其中，r t 表示收到的t时刻的接收中频信号，ω L 表示本地接收中频角频率，t表示t时刻，j表示数字离散的当前点，Pack(i)表示第i个降采样的复样点信号，从t i 时刻累计至t i +N i -1，总共N i 个采样点，累计后中频信号降采样至2倍码速率，分为IQ两路的复信号。
单独采用上述两种方式不经过前后期的加工，其信号经过降采样后，分为IQ两路，一般输入信号为4比特位宽，经过载波剥离后及累加后，位宽变为8比特，传统方法存储100毫秒长度的降采样数据，对于GPSL1等1.023MHz码率信号需要的存储资源为100e-3*(8+8)*2*1.023e6，约3.1Mb的RAM资源，若存储数据是BDSB3等10.23MHz码率信号，则需要31Mb的RAM资源。因此，数据存储消耗的RAM很大，传统方法要提高高码率信号的捕获灵敏度代价很大。
本发明的工作原理/工作过程为：由于存储RAM的大小主要由2个因素决定，一是数据长度，这关系到基带的捕获灵敏度，难以减少，另一个是降采样数据的存储位宽，传统方法经过定点化处理的载波剥离后需要8比特位宽，而本设计的新方法仅需要2比特，这样可以直接省掉75%的存储器资源，同时，位宽减少后会带来部分性能损失，需要专用算法进行补偿，以节省资源的同时尽量减小性能损耗。
第一步，首先设置初始阈值y；阈值是根据测试得出一个初始值，记录在软件中；
第二步根据公式（2）将计算出的pack值进行长度为N的统计（N为经验值），将绝对值大于y0的个数记为Z0，绝对值小于y0的个数记为Z1；统计的含义是数据pack的值基本呈现正态分布，因此需要多点才能得出较为稳定的统计结果，N就是点的个数。就是将长度N点的pack复采样点信号进行统计。y0就是实时调整的门限值，其初始化就是第一步的y，然后根据实际运行的pack统计值进行调整。
第三步，再后根据计算出的Z0和Z1的关系，调整y的大小；比如设置的N为2046时，总共点数为（I和Q各2046点）2046*2=4092点，Z0的期望值为1400，Z1期望值为2692，如果计算出的Z0大于期望值1400，则将一往高调整，反之则往低调整。
第四步，经过M轮调整后（M为经验值），进行实际降采样数据的存储；每一轮指N点长度，经过M轮就是M个N点，总共M*N个复采样点，就是指2)和3)步骤，M轮为我们测试得出的轮数，目前看20轮就够了。实际降采样数据就是指pack值。
第五步，将当前经过公式（2）将计算出的pack值的绝对值与阈值y进行比较，存储值统一为2比特，分为高位符号位和低位有效值位，符号位与pack值保持一致，有效值位如果pack值的绝对值大于y则存储为1，否则存储为0；Pack值取绝对值后跟预设的门限y进行比较，比较结果会影响存储的实际数据，如果Pack绝对值大于y则会根据Pack符号存储成2个比特的01（Pack为正）或2个比特的11（Pack为负）。如果Pack绝对值小于y则会根据Pack符号存储成2个比特的00（Pack为正）或2个比特的10（Pack为负）。获得的每个值都要与y进行比较。
第六步，最后捕获过程使用数据时，将读出的2比特数据做映射操作，高位符号位为0映射成正数，高位符号位为1映射成负数，低位有效值位为0映射成绝对值K0，低位有效值位为0映射成绝对值K1；K0目前使用的是1，K1目前使用的是3，捕获就是将经过映射后的数据进行解扩运算，最后在各个相位和频率的单元中找到最大值，得出捕获结果。
通过下面测试结果为信号源条件下不同信号强度的捕获概率对比(GPS信号和北斗BDS信号)：
表1GPS信号强度捕获对比
表2北斗BDS信号强度捕获对比
因此，经过引入新存储方法，存储资源大大节约的情况下，性能只是略有损失。
所述步骤S2中的y0为实时调整的门限值，y0根据实际运行的pack统计值进行调整。所述步骤S3中对Z0和Z1进行调整采用期望值方式进行调整，在设定好Z0和Z1的期望值后，计算获取的Z0和Z1实际值低于期望值，则在步骤S4时进行调高；计算获取的Z0和Z1的实际值高于期望值，则在步骤S4时进行调低。
所述步骤S5中的Pack值取绝对值后跟预设的门限y进行比较，比较结果影响存储的实际数据，若Pack值的绝对值大于y则根据Pack符号存储成2个比特的01或2个比特的11，其中01表示Pack为正，11表示Pack为负；若Pack绝对值小于y则根据Pack符号存储成2个比特的00或2个比特的10，其中00代表Pack为正，10代表Pack为负。
所述步骤S6中的绝对值K0为1，绝对值K1为3，在捕获时，将经过映射后的数据进行解扩运算，最后在各个相位和频率的单元中找到最大值，得出捕获结果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.基于捕获数据存储的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：首先通过测试获取初始值，根据初始值设置初始阈值y，并将初始值记录在软件中；
S2：降采样至2倍码率信号，并进行载波剥离的信号公式计算pack值进行长度为N的统计，将绝对值大于y0的个数记为Z0，绝对值小于y0的个数记为Z1；其中N为经验值；
S3：根据计算出的Z0和Z1的关系，调整初始阈值y的大小，并将N点的pack复采样点信号进行统计；
S4：经过M轮对初始阈值y调整，进行实际降采样数据pack值的存储；
S5：将当前通过步骤S2中的信号公式，计算出的pack值的绝对值与阈值y进行比较，存储值统一为2比特，分为高位符号位和低位有效值位，符号位与pack值保持一致，有效值位如果pack值的绝对值大于y则存储为1，否则存储为0；
S6：在捕获过程使用数据时，将读出的2比特数据做映射操作，高位符号位为0映射成正数，高位符号位为1映射成负数，低位有效值位为0映射成绝对值K0，低位有效值位为0映射成绝对值K1。
2.根据权利要求1所述的基于捕获数据存储的方法，其特征在于，所述步骤S2中的载波剥离的信号公式如下：
其中，r t 表示收到的t时刻的接收中频信号，ω L 表示本地接收中频角频率，t表示t时刻，j表示数字离散的当前点，Pack(i)表示第i个降采样的复样点信号，从t i 时刻累计至t i +N i -1，总共N i 个采样点，累计后中频信号降采样至2倍码速率，分为IQ两路的复信号。
3.根据权利要求1所述的基于捕获数据存储的方法，其特征在于，所述步骤S2中的y0为实时调整的门限值，y0根据实际运行的pack统计值进行调整。
4.根据权利要求1所述的基于捕获数据存储的方法，其特征在于，所述步骤S3中对Z0和Z1进行调整采用期望值方式进行调整，在设定好Z0和Z1的期望值后，计算获取的Z0和Z1实际值低于期望值，则在步骤S4时进行调高；计算获取的Z0和Z1的实际值高于期望值，则在步骤S4时进行调低。
5.根据权利要求1所述的基于捕获数据存储的方法，其特征在于，所述步骤S5中的Pack值取绝对值后跟预设的门限y进行比较，比较结果影响存储的实际数据，若Pack值的绝对值大于y则根据Pack符号存储成2个比特的01或2个比特的11，其中01表示Pack为正，11表示Pack为负；若Pack绝对值小于y则根据Pack符号存储成2个比特的00或2个比特的10，其中00代表Pack为正，10代表Pack为负。
6.根据权利要求1所述的基于捕获数据存储的方法，其特征在于，所述步骤S6中的绝对值K0为1，绝对值K1为3，在捕获时，将经过映射后的数据进行解扩运算，最后在各个相位和频率的单元中找到最大值，得出捕获结果。
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