一种卫星信号捕获方法及装置与流程

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种卫星信号捕获方法及装置。

背景技术：

接收机的主要任务是接收卫星发射的信号，并进行处理，获取导航电文和观测量。想要完成这些任务，首先需要进行的是卫星信号的捕获。导航卫星信号捕获是对接收信号载波频率和伪码相位的一个二维搜索过程，当本地参考序列与卫星信号达到粗同步并且频率也近似相等时，会产生相关峰值，依此来判断是否完成了捕获。

捕获的灵敏度及速度的快慢直接决定了接收机能够捕获多强的信号及适应多大的动态，能够实时地对卫星信号进行捕获可快速的转入跟踪阶段，以保证接收机可以适应较高的动态。

但是，目前接收机对卫星信号的捕获速度较慢，并且效率也较低。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种卫星信号捕获方法及装置，用以解决现有技术中接收机对卫星信号的捕获速度较慢，并且效率也较低的问题。

其具体的技术方案如下：

一种卫星信号捕获方法，所述方法包括：

获取卫星信号，并对所述卫星信号进行信号处理，得到所述卫星信号对应的中频数字信号；

对所述中频数字信号进行去载波下变频降采样，每2L点信号进行存储，并进行2L点的FFT变换，存储变换后的频域结果，共M个频域信号存储单元其中，L为大于等于1的正整数；

将L点长度的本地伪码进行存储，并扩展为2L点，进行2L点的FFT变换，存储变换后的频域结果，共M个频域信号存储单元。

将对应存储单元中的卫星频域信号与本地伪码频域扩展信号进行复数乘，并通过M个反傅里叶变换IFFT模块进行处理，依次输出IFFT之后的时域信号；

通过傅里叶变换FFT模块对所述同时输出的M点时域信号进行傅里叶变换，并得到一个码相位下的并行多普勒搜索结果；

对所述多普勒搜索结果进行峰值检测，获取最大值点，并记录最大值点的码相位以及多普勒值；

对码相位以及多普勒值进行验证，确定卫星信号捕获是否完成。

优选的，在将获取到的2L本地伪码频域扩展信号与2L点基带卫星信号进行复数乘之前，所述方法还包括：

对采集到的L点本地伪码进行存储；

对每次的L点本地伪码进行补领扩展，得到2L点本地伪码；

对所述2L点本地伪码进行FFT变换至频域，得到2L本地伪码频域扩展信号。

将L点本地伪码频域扩展信号存储，共有M个存储单元，可存储M段L点信号。

优选的，在将获取到的2L本地伪码频域扩展信号与2L点基带卫星信号进行复数乘之前，所述方法还包括：

实时对2L点基带卫星信号进行存储，每次更新L点卫星信号；

将2L点基带卫星信号进行FFT变换至频域，得到2L点卫星频域信号。

将2L点卫星频域扩展信号存储，共有M个存储单元，可存储M段2L点信号。

优选的，对所述多普勒搜索结果进行峰值检测，包括：

对多普勒搜索结果取模值，并将模值进行存储，存储为L*N个数据；

对存储的L*N个数据进行检测。

优选的，对码相位以及多普勒值进行验证，确定卫星信号捕获是否正确，具体为：

检测该码相位以及多普勒值对应的再次捕获结果是否仍然为最大值；

若是，则确定卫星信号捕获完成；

若否，则确定卫星信号捕获失败。

一种卫星信号捕获装置，包括：

获取模块，用于获取卫星信号，并对所述卫星信号进行信号处理，得到所述卫星信号对应的中频数字信号；

下变频处理模块，用于对所述中频数字信号进行去载波下变频降采样；

复数乘及IFFT模块，用于将获取到的2L点卫星频域信号与2L点本地伪码频域扩展信号进行复数乘，并通过M个反傅里叶变换IFFT模块进行处理，依次输出变换后的结果；

傅里叶变换模块，用于对同时输出的M点时域信号进行傅里叶变换，并得到一个码相位下的并行多普勒搜索结果；

检测模块，用于对所述多普勒搜索结果进行峰值检测，获取最大值点，并记录最大值点的码相位以及多普勒值；

确定模块，采用捕获码相位以及多普勒值进行再次捕获，通过检测捕获结果是否仍为最大峰值，确定卫星信号捕获是否完成。

优选的，还包括：

用于对采集到的L点本地伪码进行存储；对每次的L点本地伪码进行补零扩展，得到2L点本地伪码；对所述2L点本地伪码进行FFT变换至频域，得到2L本地伪码频域扩展信号，因其对称性，存储器中的L点频域信号。

优选的，所述下变频处理模块，还用于实时对2L点基带卫星信号进行存储；每次更新L点卫星信号，将2L点基带卫星信号进行FFT变换值频域，得到2L点卫星频域信号，并进行存储。

优选的，所述检测模块，具体用于对多普勒搜索结果取模值，并将模值进行存储，存储为L*N个数据；对存储的L*N个数据进行最大值检测。

优选的，所述确定模块，采用码相位以及多普勒值进行再次捕获，检测对应的捕获结果是否仍然为最大值；若是，则确定卫星信号捕获完成；若否，则确定卫星信号捕获失败。

本发明实施例提供了一种卫星信号捕获方法，该方法包括：获取卫星信号，并对卫星信号进行信号处理，得到卫星信号对应的中频数字信号，对所述中频数字信号进行去载波下变频降采样，得到2L点基带卫星信号，将获取到的2L本地伪码频域扩展信号与进行复数乘，并通过M个反傅里叶IFFT模块进行处理，得到M点时域信号，通过傅里叶变换FFT模块对M点时域信号进行傅里叶变换，并得到一个码相位下的并行多普勒搜索结果；对多普勒搜索结果进行峰值检测，获取最大值点，并记录最大值点的码相位以及多普勒值；根据对码相位以及多普勒值验证卫星信号的验证结果，确定卫星信号捕获是否完成。在本发明中，采用码并行以及频率并行的所有方法进行卫星信号捕获，实现了快速捕获的效果，并且在不增加资源的情况下，提高了卫星信号的捕获灵敏度。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种卫星信号捕获方法的流程图；

图2为本发明实施例中卫星信号捕获的模块流程示意图；

图3为本发明实施例中对中频数字信号的去载波下变频降采样处理示意图；

图4为本发明实施例中基带卫星信号存储读取方式示意图；

图5为本发明实施例中本地伪码的数据存储方式示意图；

图6为本发明实施例中非相干积分累加方式计算示意图；

图7为本发明实施例中一种卫星信号捕获装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种卫星信号捕获方法，该方法包括：获取卫星信号，并对卫星信号进行信号处理，得到卫星信号对应的中频数字信号，对所述中频数字信号进行去载波下变频降采样，得到2L点基带卫星信号，将获取到的2L本地伪码频域扩展信号与进行复数乘，并通过M个反傅里叶IFFT模块进行处理，得到M点时域信号，通过傅里叶变换FFT模块对M点时域信号进行傅里叶变换，并得到一个码相位下的并行多普勒搜索结果；对多普勒搜索结果进行峰值检测，获取最大值点，并记录最大值点的码相位以及多普勒值；根据对码相位以及多普勒值验证卫星信号的验证结果，确定卫星信号捕获是否完成。在本发明中，采用码并行以及频率并行的所有方法进行卫星信号捕获，实现了快速捕获的效果，并且在不增加资源的情况下，提高了卫星信号的捕获灵敏度。

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征只是对本发明技术方案的说明，而不是限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征可以相互组合。

如图1所示为本发明实施例中一种卫星信号捕获方法的流程图，该方法包括：

S101，获取卫星信号，并对所述卫星信号进行下变频降采样处理，得到所述卫星信号的基带数字信号；

S102，对2L点基带卫星信号进行FFT变换，存储变换后的频域卫星信号，共存储M段；将L点长度的本地伪码扩展为2L点，进行FFT变换，存储变换后的频域伪码信号，共存储M段；

这里的L为大于等于1的正整数；这里的M为大于等于1的正整数；

S103，将M组2L点卫星频域信号与M组2L点本地伪码频域扩展信号进行对应复数乘，并通过M个IFFT变换模块进行处理，依次输出IFFT之后的时域信号；

S104，通过傅里叶变换FFT模块对所述同时输出的M点时域信号进行N点的傅里叶变换，并得到一个码相位下的并行多普勒搜索结果，并将结果进行存储；

S105，对多普勒搜索结果进行峰值检测，获取最大值点，并记录最大值点的码相位以及多普勒值；

S106，采用上述码相位以及多普勒值进行再次捕获，通过检测捕获结果是否仍然为最大值，确定卫星信号捕获是否正确。

具体来讲，如图2所示为卫星信号捕获的模块流程示意图，在获取到卫星信号之后，首先对接收到的卫星信号进行下变频至中频并进行数字采样量化，得到中频数字信号。然后对中频数字信号进行去载波下变频至基带，并进行降采样处理，降采样后的采样率与基带卫星信号带宽相似。这里对中频数字信号的去载波下变频降采样处理如图3所示，在图3中，将中频数字信号进行下变频降采样处理。

实时对2L点基带卫星信号进行存储；每次更新L点基带卫星信号，将2L点基带卫星信号进行FFT变换至频域，得到2L点卫星频域信号。

具体来讲，如图4所示为基带卫星信号存储读取方式，将相干积分时间Tcoh内的数据分为M段，每段L点，存储相邻的2L点数据，并不断读出旧值存入新值。将完整的相邻两段2L点数据进行FFT计算，并将频域2L点数据存储，共需要M个存储单元。这样就得到了2L点卫星频域信号。

进一步，如图5所示为本地伪码的数据存储方式，具体来讲，选择Tcoh时间长度的本地伪码分为M段，每段L点，存储L点数据，并不断读出旧值存入新值，将读出的L点数据补零值2L点给FFT模块，与卫星信号分时复用FFT模块，并将频域数据存储，鉴于伪码补零FFT之后的频域信号具有对称性，所以仅需要存储L点即可获得全部信息，共需要M个存储单元。

假设捕获的过程需要进行L*M点相干积分，在捕获开始时，将L点本地伪码进行存储，并不断更新，对每次的L点数据进行补领扩展至2L点，通过FFT模块变换至频域，存储前L点频域数据，共需要M块存储；

在获取到2L本地伪码频域扩展信号以及2L点频域卫星信号进行对应复数乘，并将复乘结果输入到M个IFFT模块，经过IFFT模块处理，M个IFFT模块同时计算并输出时域信号，即同时输出M点时域信号。

将同时输出的M点时域信号输出给点FFT处理模块，输出一个码相位下的并行多普勒搜索结果；该计算过程如图6所示，在图6中，同一相位下的M个结果同时输出给FFT模块，进行并行频率搜索，该FFT模块的点数为例如当M为20时，点数N为32。

通过FFT计算得到同一码相位下的频率搜索结果，将结果取模值并存储，每个相位存储N点模值，共存储L个相位的模值L×N点。

降采样后的信号速率与处理单元处理速度之间存在倍数差，FFT模块及IFFT模块可进行分时复用，在无需额外增加处理单元及处理用时的情况下提高捕获灵敏度，相邻Tcoh时间码相位的并行频率搜索结果取模结果通过如图7所示的方式实现非相干积分。

每新进L点卫星信号重复以上步骤，对每次存储的L*N点模值进行对比，记录最大值及最大值对应的码相位及多普勒。在查找完毕所有的码相位之后，确定最大值及对应的码相位和多普勒，完成捕获。

采用获得的多普勒和码相位进行再次捕获验证，若仍为最大值点说明捕获成功，可转入跟踪。

本发明实施例所提供的方法，采用码并行及频率并行的搜索方法进行捕获，实现快速实时捕获；可适用于同码率的军码及民码；在不增加资源的情况下提高灵敏度；整个的处理可在FPGA内实现，有利于接收机的小型化设计；本发明方法适用于北斗、GPS等多种卫星导航系统的接收机终端，具有较强的实用性。

对应本发明实施例中一种卫星信号捕获方法，本发明实施例中还提供了一种卫星信号捕获装置，如图7所示为本发明实施例中一种卫星信号捕获装置的结构示意图，该装置包括：

信号预处理模块(获取模块)701，获取卫星信号，并对所述卫星信号进行下变频降采样处理，得到所述卫星信号的基带数字信号；

FFT变换及存储模块(下变频处理模块)702，对2L点基带卫星信号进行FFT变换，存储变换后的频域卫星信号，共存储M段；将L点长度的本地伪码扩展为2L点，进行FFT变换，存储变换后的频域伪码信号，共存储M段；

复数乘及IFFT模块703，将M组2L点卫星频域信号与M组2L点本地伪码频域扩展信号进行对应复数乘，并通过M个IFFT变换模块进行处理，依次输出IFFT之后的时域信号；；

FFT变换及存储模块(傅里叶变换模块)704，用于对所述同时输出的M点时域信号进行N点的傅里叶变换，并得到一个码相位下的并行多普勒搜索结果，并将结果进行存储；

检测模块705，用于对多普勒搜索结果进行峰值检测，获取最大值点，并记录最大值点的码相位以及多普勒值；

确定模块706，用于验证捕获结果的正确性，采用上述码相位以及多普勒值进行再次捕获，通过检测捕获结果是否仍然为最大值，确定卫星信号捕获是否正确。

进一步，在本发明实施例中，该装置还包括：

处理模块，用于对L点本地伪码进行存储；对每次的L点本地伪码进行补领扩展，得到2L点本地伪码；对所述2L点本地伪码进行FFT变换至频域，得到2L本地伪码频域扩展信号。

进一步，在本发明实施例中，所述处理模块，还用于实时对2L点基带卫星信号进行存储；每次更新L点基本卫星信号，将2L点基带卫星信号进行FFT变换值频域，得到2L点卫星频域信号。

进一步，在本发明实施例中，所述检测模块705，具体用于对多普勒搜索结果取模值，并将模值进行存储，存储为L*N个数据；对存储的L*N个数据进行检测。

进一步，在本发明实施例中，所述确定模块706，具体用于检测码相位以及多普勒在再次捕获时，其捕获结果是否仍然为最大值；若是，则确定卫星信号捕获完成；若否，则确定卫星信号捕获失败。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。