一种卫星导航长码直捕电路结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种卫星导航长码直捕电路结构，直捕控制单元给长码码流控制单元、数据控制单元以及并行相关累加单元发出开始运行信号和结束运行信号；长码码流控制单元控制外部长码产生模块产生直捕所需要的长码码流并进入长码码流存储单元；数据控制单元控制外部下变频数字化后的卫星导航信号进入数据流存储单元；并行相关累加单元对长码码流和卫星导航信号进行相关累加，把累加值输出给检测判决单元与捕获门限值比较，超过门限值则认为捕获成功。本发明结构简单，易于实现，能较快的对长码直接捕获。
【专利说明】一种卫星导航长码直捕电路结构
【技术领域】
[0001]本发明属于卫星导航领域，是卫星导航接收机中实现长码信号直捕的一种电路结构。
【背景技术】
[0002]在采用直接序列扩频体制的卫星导航系统中，长码序列周期长，码速率高，相对于民用的短周期测距码，具有更高的保密性、抗干扰能力和测距精度，因此在特殊领域获得了广泛的应用。
[0003]长码的直接捕获一直是国内外学者研究的重点和难点，早期的捕获方法是先捕获短周期测距码，再根据该码和长码的相位对应关系来实现长码的捕获，然而，这种方法的长码捕获依赖于短周期测距码，大大削弱了系统的性能，当短周期测距码不可用时，就无法完成长码的捕获。因此，为了提高卫星导航系统的长码应用能力，在短周期测距码受到攻击或关闭的环境中，导航接收机要能使用长码正常工作，实现长码的快速直接捕获就成为必然趋势。
[0004]目前，已有许多的长码直捕的方法。Yang提出的XFAST方法，其思想是将本地伪码进行扩展和折叠来覆盖更大的时间不确定区间，Pang等人提出的重叠平均法，其思想是将本地伪码及其位移序列进行加权求和后，再对这一新序列进行大采样点数的平均来降低后续的计算量，近年来国内外很多学者采用基于FFT的伪码相位并行搜索来实现捕获，其中一种具体的方法是采用部分匹配滤波器组实现伪码时域并行搜索，将匹配滤波器组输出的部分相关值使用小点数的FFT进行功率谱分析，实现载波多普勒频率偏移的并行搜索，通过适当选择部分匹配滤波器的段数和FFT的点数，来实现所希望达到的多普勒频率搜索精度和搜索范围。以上的这些方法都存在捕获时间长、结构复杂、难于实现等问题。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种长码直捕电路结构，该电路结构简单，易于实现，能较快的对长码直接捕获。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:本发明提供的长码直捕电路结构，包含直捕控制单元、长码码流控制单元、数据控制单元、长码码流存储单元、数据流存储单元、并行相关累加单元以及检测判决单元。
[0007]所述的直捕控制单元在设定的时间点给长码码流控制单元、数据控制单元以及并行相关累加单元发出开始运行信号和结束运行信号；所述的长码码流控制单元控制外部长码产生模块产生直捕所需要的长码码流，并以设定的采样速率进入长码码流存储单元；所述的数据控制单元控制外部下变频数字化后的卫星导航信号以设定的采样速率进入数据流存储单元；所述的并行相关累加单元对长码码流存储单元存储的长码码流和数据流存储单元存储的卫星导航信号进行相关累加，并把累加值输出给检测判决单元；所述的检测判决单元将并行相关累加单元给出的累加值与捕获门限值比较，超过门限值则认为捕获成功。
[0008]所述的直捕控制单元内有一个计时器，当收到输入信号start的开始直捕信号时记录下计时器的时刻，记为t0，同时在t0时刻通过输出信号time将时间参数(tO+Tu)输出给外部长码码流产生模块，使外部长码产生模块在t0时刻，以(tO+Tu)时刻为码流的起始时刻点，产生直捕所需要的码流，码流通过信号pcode输入给长码码流控制单元所述的Tu为长码直捕时间不确定度；在tO时刻直捕控制单元通过输出信号ctll给长码码流控制单元开始运行信号，当计时器到达tl时刻，其中tl = tO+Tc，Tc为相干积分时间，直捕控制单元通过输出信号ctll给长码码流控制单元结束运行信号；在tO时刻直捕控制单元通过输出信号ctl2给数据流存储单元开始运行信号，当计时器到达t2时刻，其中t2 = tO+2XTu,直捕控制单元通过输出信号ctl2给数据流存储单元结束运行信号；当计时器到达tl时刻，直捕控制单元通过输出信号ctl3给并行相关累加单元开始运行信号，当计时器到达t2时刻直捕控制单元通过输出信号ctl3给并行相关累加单元结束运行信号。
[0009]所述的长码码流控制单元在接收到信号ctll上的开始运行信号后以设定的采样速率f对外部输入信号pcode上的码流采样，并通过输出信号ssl串行存入长码码流存储单元；在接收到信号ctll上的结束运行信号后停止对外部输入的码流采样，停止存入码流存储单元。
[0010]所述的数据控制单元在接收到信号ctl2上的开始运行信号后以设定的采样速率f对外部输入信号addata上去除载波数字化后的卫星导航信号进行采样，并通过输出信号ss2串行存入数据流存储单元；在接收到信号ctl2上的结束运行信号后停止对外部去除载波数字化后的卫星导航信号进行采样，停止存入数据流存储单元；每当通过输出信号ss2串行存入一个新数据后，通过输出信号Cl给并行相关累加单元一个累加使能信号，使并行相关累加单元对长码码流存储单元内的码流和数据流存储单元内的数据在Ι/f的时间内完成一次相关累加计算。
[0011]所述的长码码流存储单元由一定长度的移位寄存器链组成，移位寄存器链的长度为TcXf ;长码码流控制单元通过信号SSl给长码码流存储单元每输入一个新数据，都把新数据存入寄存器链的第一个数据位，同时之前存入的数据统一向后移动一个数据位，最后一个数据将被溢出丢弃；长码码流控制单元通过输出信号spl将长度为TcXf的码值并行输出给并行相关累加单元。
[0012]所述的数据流存储单元由一定长度的移位寄存器链组成，移位寄存器链的长度为TcXf ;数据控制单元通过信号ss2给数据流存储单元每输入一个新数据，都把新数据存入寄存器链的第一个数据位，同时之前存入的数据统一向后移动一个数据位，最后一个数据将被溢出丢弃。
[0013]所述的并行相关累加单元在接收到信号ctl3上的开始运行信号后，每当收到输入信号Cl上的累加使能信号后，立即对长码码流存储单元输出信号spl上的并行输出的码值和数据流存储单元输出信号sp2上的并行输出的数据值进行相关累加计算；并行相关累加单元在Ι/f的时间内完成一次相关累加计算，同时把相关累加结果通过输出信号sum给检测判决单元；在接收到信号ctl3上的结束运行信号后，停止工作。
[0014]本发明的有益效果是:电路结构简单，各个单元之间的信号流控制较少，易实现。本发明的电路使用了成熟的部件，如计时器、采样器等，没有特殊的部件，无开发难度。本发明的电路完成一次直捕过程耗时仅需时间不确定度的2倍，耗时短，速度快。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明长码直捕结构框图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0017]本发明提供的长码直捕电路结构，包含直捕控制单元、长码码流控制单元、数据控制单元、长码码流存储单元、数据流存储单元、并行相关累加单元以及检测判决单元。
[0018]直捕控制单元的主要作用是控制整个电路的运行状态。主要由内部的计时器在固定的时间点给长码码流控制单元、数据控制单元以及并行相关累加单元发出开始运行信号，以及结束运行信号。长码码流控制单元的主要作用是在接收到直捕控制单元发出的开始运行信号后，控制外部长码产生模块产生直捕所需要的码流，同时控制外部产生码流以一定的采样速率进入长码码流存储单元；在接收到直捕控制单元发出的结束运行信号后，关闭进入存储单元的长码码流，同时停止工作。数据控制单元的主要作用是在接收到直捕控制单元发出的开始运行信号后，控制外部下变频数字化后的卫星导航信号以一定的采样速率进入数据流存储单元；在接收到直捕控制单元发出的结束运行信号后，关闭进入存储单元的数据流，同时停止工作。长码码流存储单元的主要作用是保存直捕所需要的长码码流。数据流存储单元的主要作用是保存下变频数字化后的卫星导航信号。并行相关累加单元的主要作用是在接收到直捕控制单元发出的开始运行信号后，对长码和卫星导航信号数据进行相关累加，得到累加值，并把累加值输出给检测判决单元；在接收到直捕控制单元发出的结束运行信号后，停止工作。检测判决单元的主要作用是将并行相关累加单元给出的累加值与捕获门限值比较，超过门限值则认为捕获成功。
[0019]为具体说明本
【发明内容】
，定义如下变量:
[0020]Tu，长码直捕时间不确定度，即给出的直捕开始时间不是一个精确的时间，允许有土 Tu的时间偏差。
[0021]Tc，相干积分时间。
[0022]结合图1具体说明本
【发明内容】
。
[0023]所述的直捕控制单元，通过输入信号start和外部开始信号连接；通过输出信号time和外部长码码流产生模块连接；通过输出信号ctll和长码码流控制单元连接；通过输出信号ctl2和数据控制单元连接；通过输出信号ctl3和并行相关累加单元连接。直捕控制单元内有一个计时器，当收到输入信号start的开始直捕信号，立即记录下计时器的时刻，记为t0，同时在tO时刻通过输出信号time将时间参数(tO+Tu)输出给外部长码码流产生模块，使外部长码产生模块在tO时刻，以(tO+Tu)时刻为码流的起始时刻点，产生直捕所需要的码流，码流通过信号pcode输入给长码码流控制单元。在tO时刻直捕控制单元通过输出信号ctll给长码码流控制单元开始运行信号，当计时器到达tl时刻，其中tl = t0+Tc,直捕控制单元通过输出信号ctll给长码码流控制单元结束运行信号。在tO时刻直捕控制单元通过输出信号ctl2给数据流存储单元开始运行信号，当计时器到达t2时刻，其中t2=tO+2XTu，直捕控制单元通过输出信号ctl2给数据流存储单元结束运行信号。当计时器到达tl时刻，直捕控制单元通过输出信号ctl3给并行相关累加单元开始运行信号，当计时器到达t2时刻直捕控制单元通过输出信号ctl3给并行相关累加单元结束运行信号。在t2时刻直捕过程结束。
[0024]所述的长码码流控制单元，通过输入信号pcode和外部长码码流产生模块连接；通过输入信号ctll和直捕控制单元连接；通过输出信号ssl和长码码流存储单元连接。长码码流控制单元内有一个采样开关，在接收到信号ctll上的开始运行信号后以一定的采样速率f对外部输入信号pcode上的码流采样，并通过输出信号ssl串行存入长码码流存储单元；在接收到信号ctll上的结束运行信号后停止对外部输入的码流采样，停止存入码流存储单元。
[0025]所述的数据控制单元，通过输入信号addata和外部去除载波数字化后的卫星导航信号连接；通过输入信号ctl2和直捕控制单元连接；通过输出信号ss2和数据流存储单元连接；通过输出信号Cl和并行相关累加单元连接。数据控制单元内有一个采样开关，在接收到信号ctl2上的开始运行信号后以一定的采样速率f对外部输入信号addata上去除载波数字化后的卫星导航信号进行采样，并通过输出信号ss2串行存入数据流存储单元；在接收到信号ctl2上的结束运行信号后停止对外部去除载波数字化后的卫星导航信号进行采样，停止存入数据流存储单元。每当通过输出信号ss2串行存入一个新数据后，通过输出信号Cl给并行相关累加单元一个累加使能信号，使并行相关累加单元对长码码流存储单元内的码流和数据流存储单元内的数据在Ι/f的时间内完成一次相关累加计算。
[0026]所述的长码码流存储单元，通过输入信号ssl和长码码流控制单元连接；通过输出信号spl和并行相关累加单元连接。长码码流存储单元由一定长度的移位寄存器链组成，移位寄存器链的长度为TcXf。长码码流控制单元通过信号ssl给长码码流存储单元每输入一个新数据，都把新数据存入寄存器链的第一个数据位，同时之前存入的数据统一向后移动一个数据位，最后一个数据将被溢出丢弃。长码码流控制单元通过输出信号spl将长度为TcXf的码值并行输出给并行相关累加单元。
[0027]所述的数据流存储单元，通过输入信号ss2和数据控制单元连接；通过输出信号sp2和并行相关累加单元连接。数据流存储单元由一定长度的移位寄存器链组成，移位寄存器链的长度为TcXf。数据控制单元通过信号ss2给数据流存储单元每输入一个新数据，都把新数据存入寄存器链的第一个数据位，同时之前存入的数据统一向后移动一个数据位，最后一个数据将被溢出丢弃。
[0028]所述的并行相关累加单元，通过输入信号ctl3和直捕控制单元连接；通过输入信号spl和长码码流存储单元连接；通过输入信号sp2和数据流存储单元；通过输出信号sum和检测判决单元连接。并行相关累加单元在接收到信号ctl3上的开始运行信号后，每当收到输入信号Cl上的累加使能信号后，立即对长码码流存储单元输出信号spl上的并行输出的码值和数据流存储单元输出信号sp2上的并行输出的数据值进行相关累加计算。并行相关累加单元在Ι/f的时间内完成一次相关累加计算，同时把相关累加结果通过输出信号sum给检测判决单元；在接收到信号ctl3上的结束运行信号后，停止工作。
[0029]所述的检测判决单元，通过输入信号sum和并行相关累加单元连接；输出直捕是否成功信号。检测判决单元内有一个比较器，有一个预先设置的门限值，并行相关累加单元将每次的相关累加结果通过信号sum输出给检测判决单元，检测判决单元将累加结果和预先设置的门限值比较，若累加结果超出了门限值，则直捕成功。
[0030]假定，长码直捕时间不确定度Tu取典型值为I秒，相干积分时间Tc取典型值为I毫秒，采样速率f为20.46ΜΗζ ο输入的pcode信号位宽为I位，输入的addata信号位宽为2位，其中一位为I支路值，另一位为Q支路值。
[0031]所述的直捕控制单元，其包含的计时器以周内秒的形式计时，当收到输入信号start的开始直捕信号，立即记录下计时器的时刻，例如此时的时刻以周内秒的形式表示为288615秒(对应的时间为星期三8点10分15秒)，此时直捕控制单元通过输出信号time将时间参数288616秒输出给外部长码码流产生模块，那么外部长码码流产生模块在288615秒时刻，开始产生288616秒之后的长码码流，码流通过信号pcode输入给长码码流控制单元。在288615秒时刻直捕控制单元通过输出信号ctll给长码码流控制单元开始运行信号，当计时器到达288615.001秒时，直捕控制单元通过输出信号ctll给长码码流控制单元结束运行信号。在288615秒时刻直捕控制单元通过输出信号ctl2给数据流存储单元开始运行信号，当计时器到达288617秒时，直捕控制单元通过输出信号ctl2给数据流存储单元结束运行信号。当计时器到达288615.001秒时，直捕控制单元通过输出信号ctl3给并行相关累加单元开始运行信号，当计时器到达288617秒时直捕控制单元通过输出信号ctl3给并行相关累加单元结束运行信号。在288617秒时直捕过程结束，整个直捕过程仅需2秒的时间。
[0032]所述的长码码流控制单元，其包含的采样开关，在接收到信号ctll上的开始运行信号后以20.46MHz的采样速率对外部输入信号pcode上的码流采样，即每隔48.9纳秒对信号pcode上的码流获取一个采样值，并通过输出信号ssl串行存入长码码流存储单元；在288615.001秒时，接收到信号ctll上的结束运行信号后停止对外部输入的码流采样，停止存入码流存储单元。对信号pcode上的码流采样过程持续0.001秒，共获得20460个采样值。这20460个采样值按先后顺序存入码流存储单元。
[0033]所述的数据控制单元，其包含的采样开关，在288616秒时，接收到信号ctl2上的开始运行信号后以20.46MHz的采样速率对外部输入信号addata上去除载波数字化后的卫星导航信号进行采样，即每隔48.9纳秒对信号addata上的卫星导航信号获取一个采样值，并通过输出信号ss2串行存入数据流存储单元；在288617秒时，接收到信号ctl2上的结束运行信号后停止对外部去除载波数字化后的卫星导航信号进行采样，停止存入数据流存储单元。采样过程历时2秒时间，在这2秒时间内，共能获得40920000个采样数据，但数据流存储单元能同时存储20460个采样值，数据控制单元通过信号ss2给数据流存储单元每输入一个新数据，都把新数据存入寄存器链的第一个数据位，同时之前存入的数据统一向后移动一个数据位，最后一个数据将被溢出丢弃。每当通过输出信号ss2串行存入一个新数据后，即每隔48.9纳秒，通过输出信号Cl给并行相关累加单元一个累加使能信号，使并行相关累加单元对长码码流存储单元内的20460个码值和数据流存储单元内的20460个数据在48.9纳秒内完成一次相关累加计算。
[0034]所述的长码码流存储单元，由长度为20460的移位寄存器链组成。长码码流控制单元通过信号ssl给长码码流存储单元每输入一个新数据，都把新数据存入寄存器链的第一个数据位，同时之前存入的数据统一向后移动一个数据位，最后一个数据将被溢出丢弃。长码码流控制单元通过输出信号SPl将长度为20460的码值并行输出给并行相关累加单
J Li ο
[0035]所述的数据流存储单元，由长度为20460的移位寄存器链组成。数据控制单元通过信号ss2给数据流存储单元每输入一个新数据，都把新数据存入寄存器链的第一个数据位，同时之前存入的数据统一向后移动一个数据位，最后一个数据将被溢出丢弃。数据流存储单元通过输出信号sp2将长度为20460的数据并行输出给并行相关累加单元。
[0036]所述的并行相关累加单元，在288616秒时，接收到信号ctl3上的开始运行信号后，每当收到输入信号Cl上的累加使能信号后，立即对长码码流存储单元输出信号spl上的并行输出的20460个码值和数据流存储单元输出信号sp2上的并行输出的20460个数据值进行相关累加计算。并行相关累加单元在48.9纳秒内完成一次相关累加计算，同时把相关累加结果通过输出信号sum给检测判决单元；在接收到信号ctl3上的结束运行信号后，停止工作。
[0037]所述的检测判决单元，内有一个比较器，有一个预先设置的门限值，并行相关累加单元每隔48.9纳秒将每次的相关累加结果通过信号sum输出给检测判决单元，检测判决单元将累加结果和预先设置的门限值比较，若累加结果超出了门限值，则直捕成功。
[0038]本发明的实施方式不限于以上所述的长码直捕时间不确定度Tu取值为I秒，相干积分时间Tc取值为I毫秒，采样速率f为20.46MHz的情况。根据实际需要能够制作不同时间不确定度、不同相干积分时间、不同采样速率的长码直捕电路，例如改变了长码直捕时间不确定度会改变长码直捕单元的时间控制点，改变了相干积分时间和采样速率会改变长码码流存储单元和数据流存储单元内的寄存器链长度，等等。显然，任何人在了解了本发明的技术原理后能够所作出不同的电路改动，但是这些改动均属于本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种卫星导航长码直捕电路结构，包括直捕控制单元、长码码流控制单元、数据控制单元、长码码流存储单元、数据流存储单元、并行相关累加单元以及检测判决单元，其特征在于:所述的直捕控制单元在设定的时间点给长码码流控制单元、数据控制单元以及并行相关累加单元发出开始运行信号和结束运行信号；所述的长码码流控制单元控制外部长码产生模块产生直捕所需要的长码码流，并以设定的采样速率进入长码码流存储单元；所述的数据控制单元控制外部下变频数字化后的卫星导航信号以设定的采样速率进入数据流存储单元；所述的并行相关累加单元对长码码流存储单元存储的长码码流和数据流存储单元存储的卫星导航信号进行相关累加，并把累加值输出给检测判决单元；所述的检测判决单元将并行相关累加单元给出的累加值与捕获门限值比较，超过门限值则认为捕获成功。
2.根据权利要求1所述的卫星导航长码直捕电路结构，其特征在于:所述的直捕控制单元内有一个计时器，当收到输入信号start的开始直捕信号时记录下计时器的时刻，记为tO，同时在tO时刻通过输出信号time将时间参数(tO+Tu)输出给外部长码码流产生模块，使外部长码产生模块在tO时刻，以(tO+Tu)时刻为码流的起始时刻点，产生直捕所需要的码流，码流通过信号pcode输入给长码码流控制单元所述的Tu为长码直捕时间不确定度；在tO时刻直捕控制单元通过输出信号ctll给长码码流控制单元开始运行信号，当计时器到达tl时刻，其中tl = tO+Tc,Tc为相干积分时间，直捕控制单元通过输出信号ctll给长码码流控制单元结束运行信号；在tO时刻直捕控制单元通过输出信号ctl2给数据流存储单元开始运行信号，当计时器到达t2时刻，其中t2 = tO+2XTu，直捕控制单元通过输出信号ctl2给数据流存储单元结束运行信号；当计时器到达tl时刻，直捕控制单元通过输出信号ctl3给并行相关累加单元开始运行信号，当计时器到达t2时刻直捕控制单元通过输出信号ctl3给并行相关累加单元结束运行信号。
3.根据权利要求1所述的卫星导航长码直捕电路结构，其特征在于:所述的长码码流控制单元在接收到信号ctll上的开始运行信号后以设定的采样速率f对外部输入信号pcode上的码流采样，并通过输出信号ssl串行存入长码码流存储单元；在接收到信号ctll上的结束运行信号后停止对外部输入的码流采样，停止存入码流存储单元。
4.根据权利要求1所述的卫星导航长码直捕电路结构，其特征在于:所述的数据控制单元在接收到信号ctl2上的开始运行信号后以设定的采样速率f对外部输入信号addata上去除载波数字化后的卫星导航信号进行采样，并通过输出信号ss2串行存入数据流存储单元；在接收到信号ctl2上的结束运行信号后停止对外部去除载波数字化后的卫星导航信号进行采样，停止存入数据流存储单元；每当通过输出信号ss2串行存入一个新数据后，通过输出信号Cl给并行相关累加单元一个累加使能信号，使并行相关累加单元对长码码流存储单元内的码流和数据流存储单元内的数据在Ι/f的时间内完成一次相关累加计算。
5.根据权利要求1所述的卫星导航长码直捕电路结构，其特征在于:所述的长码码流存储单元由一定长度的移位寄存器链组成，移位寄存器链的长度为TcXf ;长码码流控制单元通过信号ssl给长码码流存储单元每输入一个新数据，都把新数据存入寄存器链的第一个数据位，同时之前存入的数据统一向后移动一个数据位，最后一个数据将被溢出丢弃；长码码流控制单元通过输出信号spl将长度为TcXf的码值并行输出给并行相关累加单J Li ο
6.根据权利要求1所述的卫星导航长码直捕电路结构，其特征在于:所述的数据流存储单元由一定长度的移位寄存器链组成，移位寄存器链的长度为TcXf ;数据控制单元通过信号ss2给数据流存储单元每输入一个新数据，都把新数据存入寄存器链的第一个数据位，同时之前存入的数据统一向后移动一个数据位，最后一个数据将被溢出丢弃。
7.根据权利要求1所述的卫星导航长码直捕电路结构，其特征在于:所述的并行相关累加单元在接收到信号ctl3上的开始运行信号后，每当收到输入信号Cl上的累加使能信号后，立即对长码码流存储单元输出信号spl上的并行输出的码值和数据流存储单元输出信号sp2上的并行输出的数据值进行相关累加计算；并行相关累加单元在Ι/f的时间内完成一次相关累加计算，同时把相关累加结果通过输出信号sum给检测判决单元；在接收到信号ctl3上的结束运行信号后，停止工作。
【文档编号】G01S19/30GK104360359SQ201410624005
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】谢元斌, 寇建辉, 王小峰, 王哲, 张帆 申请人:中国电子科技集团公司第二十研究所