一种大阵列相关器处理方法及系统与流程

本发明属于全球导航卫星系统领域，尤其是涉及一种应用于海面反射信号遥感探测方向的大阵列相关器处理方法及系统。

背景技术：

全球导航卫星系统(GNSS)是这些年以来，非常具有开创意义的空间高新技术之一，同时也是非常具有影响力和实用价值的空间技术成果。目前世界上有三个已经投入运行的卫星定位导航系统，包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS和我国的北斗导航系统。其中，GPS、GLONASS是全球卫星定位导航系统，北斗系统目前为区域定位导航系统。除此以外，目前还有欧洲正在建设民用的Galileo计划。

随着全球卫星导航系统的全面发展，对如何利用导航信号的研究也在不断的深入，尤其是利用GNSS系统所提供的信号，通过其反射信号(GNSS-R)来探测海面风场、海面高度、有效波高、海水盐度、土壤湿度等地球物理参数的研究也在积极的进行中。尤其是海面风场、海面高度、有效波高等海面状态信息的测量，对渔业生产、航海安全、气象预报等具有重要意义。更因为GNSS-R具有无需额外提供单独的信号源发射机，拥有丰富的信号源，所以在很大程度上弥补了现有海洋遥感手段的缺陷。所以，GNSS-R技术得到长足的发展，对于GNSS-R接收机平台的反射信号处理技术也在全面兴起。

目前，已经公开的GNSS-R接收机的信号处理中，通常只支持一种信号，这种单一性使得探测上受到一定的局限性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种应用于全球导航卫星系统海面反射信号遥感探测领域的大阵列相关器处理方法，以克服现有技术中的方案只支持一种信号使得探测上受到局限性的不足。

为此，本发明提供的技术方案如下：

一种大阵列相关器处理方法，包括：

根据不同导航星座，生成M路伪码；

根据定位信息中的导航星多普勒信息，生成N路本地正交载波信号；

根据所述M路伪码和N路本地正交载波信号完成M*N*2个阵列点的累加；

进行本地信号的相干累加和非相干累加，得到M*N阵列点的时间延迟-多普勒矩阵图；

其中，M和N为正整数。

较佳的，所述针对不同导航星座，生成M路伪码，包括：

根据导航星座，设定码频率和初始码的相位信息；

进行码NCO累加操作得到码NCO累加量，产生本地码同步信号；

根据本地码同步信号，通过异或相加运算生成本地伪码；

设定伪码间距，生成不同码间距的伪码；

设定伪码数量，生成M路伪码。

较佳的，所述的大阵列相关器处理方法中：

所述M路伪码之间的码间距配置为1/2、1/4、1/8、1/16、1/32或者1/64码间距。

较佳的，所述根据定位信息中的导航星多普勒信息，生成N路本地正交载波信号，包括：

根据中频导航信号的频率，设定输入载波频率；

进行载波NCO累加操作得到载波NCO累加量，并产生本地正交载波；

设定本地正交载波之间多普勒间距的范围；

生成N路本地正交载波；

利用N路本地正交载波的每一路对中频导航信号进行混频，生成每一路的本地正交载波的I和Q路混频数据。

较佳的，所述根据所述M路伪码和N路本地正交载波信号完成M*N*2个阵列点的累加，包括：

对I、Q两路混频数据进行分别进行相干累加；

将每一路的混频数据与所有的M路伪码完成M*N*(I+Q)个阵列点的累加。

较佳的，所述进行本地信号的相干累加和非相干累加，包括：

对本地信号进行10ms相干累加以及100ms非相干累加。

较佳的，所述进行本地信号的相干累加和非相干累加，包括：

将第一次的相干累加和非相干累加的输出结果缓存在双端口RAM中；

在一个完整的数据周期结束以后，对所有的M*N*(I+Q)进行平方；

将每一次累加操作完成后缓存在双端口RAM中；

当累积100ms数据完成后，对I、Q两路混频数据求和后开平方输出。

相应于上述方法，本申请还提供了一种大阵列相关器处理系统，包括：

并行多路伪码生成模块，用于针对不同导航星座，生成M路伪码；

并行多路载波生成模块，用于根据定位信息中的导航星多普勒信息，生成N路本地正交载波信号；

并行累加处理模块，用于根据所述M路伪码和N路本地正交载波信号完成M*N*2个阵列点的累加；

数据相干累加处理模块，用于进行本地信号的相干累加和非相干累加，得到M*N阵列点的时间延迟-多普勒矩阵图；

其中，M和N为正整数。

较佳的，所述的大阵列相关器处理系统中：

所述M路伪码的码类型相同、相位不同，且码间距为1/2、1/4、1/8、1/16、1/32或者1/64码间距。

较佳的，所述的大阵列相关器处理系统，还包括：

双端口RAM，用于缓存相干累加和非相干累加的操作结果。

本申请提供的大阵列相关器处理方法及系统，可以实现不同类型的导航信号伪码、以及不同多普勒间隔的本地正交载波的生成，能够提高对反射信号的码相位探测能力，可以有效提高反射信号载波维度的探测范围，并达到提高反射信号探测能力的效果，因此可以支持多种信号，解决现有技术只支持单一信号、探测上受到局限性的缺陷。

附图说明

图1本发明实施例一提供的大阵列相关器处理方法流程示意图；

图2本发明实施例五提供的大阵列相关器处理系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述。本发明提供了一种应用于全球导航卫星系统海面反射信号遥感探测领域的大阵列相关器处理方法及系统，可用于设计处理多种不同导航星反射信号的接收机。结合特定工程实施案例，给出技术具体实施方式：

实施例一：

本实施例提供了一种大阵列相关器处理方法，如图1所示，为该方法的流程示意图，具体包括以下步骤：

步骤S101，根据不同导航星座，生成M路伪码；其中M为正整数。

本步骤中可以针对不同导航星座调制相应伪码，可同时生成M路码间距可自由配置的并行码片。通过配置完成不同时间延迟精度的控制，用于信号的捕获及精确计算。因此可以复现GPS L1CA/L5I/L5Q、BD2B1/B2/B3、Galileo E5a/E5b、Glonass L1f/L2f多种不同类型的伪码，用于反演海洋环境要素。

步骤S102，根据定位信息中的导航星多普勒信息，生成N路本地正交载波信号；其中N为正整数。

根据定位信息中的导航星多普勒输信息，完成并行多路本地正交载波模块的产生，通过载波频率、多普勒间距、载波量等的设定，可以生成多普勒间距可控制的N路本地正交载波。

步骤S103，根据所述M路伪码和N路本地正交载波信号完成M*N*2个阵列点的累加；

在所述M路伪码的驱动下，将N路本地正交载波信号的每一路的混频数据与所有的M路本地伪码组进行相关运算，得到M*N*2组的相关数据。

步骤S104，进行本地信号的相干累加和非相干累加，得到M*N阵列点的时间延迟-多普勒矩阵图。

通过增加相干及非相干累加时间提高信号的增益，通过对得到的时间延迟-多普勒矩阵图进行处理可以完成海洋环境要素的探测。

本申请提供的大阵列相关器处理方法，可以实现不同类型的导航信号伪码、以及不同多普勒间隔的本地正交载波的生成，能够提高对反射信号的码相位探测能力，可以有效提高反射信号载波维度的探测范围，并达到提高反射信号探测能力的效果，因此可以支持多种信号，解决现有技术只支持单一信号、探测上受到局限性的缺陷。

实施例二：

本实施例提供了一种并行多路伪码的生成的实现方法，具体的，实施例一中，所述针对不同导航星座，生成M路伪码，具体可以包括以下步骤：

步骤S101a，根据导航星座，设定码频率和初始码的相位信息；

步骤S101b，进行码NCO累加操作得到码NCO累加量，产生本地码同步信号；其中NCO指代(numerically controlled oscillator，数字控制振荡器)。同时，需要对相关的寄存器进行复位操作。

步骤S101c，根据本地码同步信号，通过异或相加运算生成本地伪码；

步骤S101d，设定伪码间距，生成不同码间距的伪码；

上述伪码产生以后，通过输入伪码间距控制字，产生不同间距伪码控制信号。生成间距从1/2码间距逐步提升至1/64码间距的不同伪码。具体的伪码之间的码间距可以根据使用需要配置为1/2、1/4、1/8、1/16、1/32或者1/64码间距。

反射信号捕获开始时可以采用1/2码间距进行捕获，此时可以增大捕获区域的面积，捕获信号后由1/2码间距逐步提升至1/64码间距，此时可完成对信号的精确捕获，反演海洋环境要素。

步骤S101e，设定伪码数量，生成M路伪码。

不同间距伪码产生以后，通过输入伪码量控制字可以控制伪码数量的产生。

本实施例中通过向移位寄存器组以及总状态数寄存器输入不同的初相、抽头、总状态数初值等初始相位信息和码频率控制字，可以复现GPS L1CA/L5I/L5Q、BD2B1/B2/B3、Galileo E5a/E5b、Glonass L1f/L2f多种不同类型的伪码。其所生成的M路本地伪码，码类型相同、相位不同，每两路相邻码片之间的相关间距可以通过码间距控制字进行配置，生成伪码数量的值可以通过伪码量控制字来改变。该方案可以提高对反射信号的码相位探测能力。

实施例三：

本实施例提供了一种本地正交载波信号生成的实现方法，具体的，实施例一中，所述根据定位信息中的导航星多普勒信息，生成N路本地正交载波信号，具体包括：

S102a，根据中频导航信号的频率，设定输入载波频率；

S102b，进行载波NCO累加操作得到载波NCO累加量，并产生本地正交载波；

S102c，设定本地正交载波之间多普勒间距的范围；

S102d，生成N路本地正交载波；

S102e，利用N路本地正交载波的每一路对中频导航信号进行混频，生成每一路的本地正交载波的I和Q路混频数据。

本实施例中，通过输入载波频率控制字、多普勒间距控制字、载波量控制字，生成多普勒间距可控制的N路本地载波。其中N路本地载波均为正交载波，各路本地正交载波初始相位相同，每两路相邻本地正交载波之间的多普勒间距可以通过多普勒间距控制字进行配置。生成本地正交载波数量的值可以通过载波量控制字来改变。该方案可以有效提高反射信号载波维度的探测范围。

实施例四：

结合本实施例三中生成每一路的本地正交载波的I和Q路混频数据，对应的，在实施例一中所述根据所述M路伪码和N路本地正交载波信号完成M*N*2个阵列点的累加，具体可以包括：

对I、Q两路混频数据进行分别进行相干累加；

将每一路的混频数据与所有的M路伪码完成M*N*(I+Q)个阵列点的累加。

其中，实施例一中所述的进行本地信号的相干累加和非相干累加，具体包括：

对本地信号进行10ms相干累加以及100ms非相干累加。

具体的实现方式可以包括以下步骤：

(一)：将第一次的相干累加和非相干累加的输出结果缓存在双端口RAM中；

(二)：在一个完整的数据周期结束以后，对所有的M*N*(I+Q)进行平方；

(三)：将每一次累加操作完成后缓存在双端口RAM中；

(四)：当累积100ms数据完成后，对I、Q两路混频数据求和后开平方输出。

本实施例中，通过增加相干及非相干累加时间可以提高信号的增益，通过对得到的时间延迟-多普勒矩阵图进行处理可以完成海洋环境要素的探测。

实施例五：

相应于上述方法实施例，本申请还提供了一种大阵列相关器处理系统，如图2所示的系统架构图，该系统具体包括：

并行多路伪码生成模块201，用于针对不同导航星座，生成M路伪码；

同过向该模块输入不同的参数和控制字，可以生成码类型相同、相位不同的M路本地伪码，每两路相邻码片之间的相关间距可以通过码间距控制字进行配置，如所述码间距为1/2、1/4、1/8、1/16、1/32或者1/64码间距。生成伪码数量的值可以通过伪码量控制字来改变。

并行多路载波生成模块202，用于根据定位信息中的导航星多普勒信息，生成N路本地正交载波信号；

通过向并行多路载波生成模块202输入载波频率控制字、多普勒间距控制字、载波量控制字，生成多普勒间距可控制的N路本地载波。其中N路本地载波均为正交载波，各路本地正交载波初始相位相同，每两路相邻本地正交载波之间的多普勒间距可以通过多普勒间距控制字进行配置。生成本地正交载波数量的值可以通过载波量控制字来改变。

并行累加处理模块203，用于根据所述M路伪码和N路本地正交载波信号完成M*N*2个阵列点的累加；

数据相干累加处理模块204，用于进行本地信号的相干累加和非相干累加，得到M*N阵列点的时间延迟-多普勒矩阵图；

其中，M和N为正整数。

此外，该系统中还包括可以：双端口RAM，用于缓存相干累加和非相干累加的操作结果。

本申请提供的大阵列相关器处理系统，可以实现不同类型的导航信号伪码、以及不同多普勒间隔的本地正交载波的生成，能够提高对反射信号的码相位探测能力，可以有效提高反射信号载波维度的探测范围，并达到提高反射信号探测能力的效果，因此可以支持多种信号，解决现有技术只支持单一信号、探测上受到局限性的缺陷。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本实施例为上述方法实施例对应的系统实施例，其类同之处相互参见即可，不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。