高动态接收机及其对北斗卫星信号b1频点的捕获方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及北斗卫星信号处理领域，尤其涉及一种高动态接收机及其对北斗卫星 信号Bl频点的捕获方法。
【背景技术】
[0002] 随着北斗二代导航卫星陆续发射并投入使用，军用和民用领域使用北斗系统进行 定位导航的比重将进一步提高，高动态接收机也将为我国军事及特殊民用领域的应用提供 重要支撑，因此，研究北斗高动态接收机具有重要的实际应用价值。
[0003] 北斗卫星信号的捕获是二维的载波和码的信号复现过程。在高动态环境下，北斗 接收机接收到的信号通常具有很大的多普勒频移和频移变化率。为了能够成功解调出高动 态北斗信号，接收机捕获环路必须快速估算出接收信号的载波多普勒频移和码相位，并将 估算参数迅速交接给跟踪环路进行牵入和锁定，因此，高动态接收机捕获算法必须满足快 速、精确和硬件实现较简单这些基本要求。
[0004] 串行搜索算法是频域和码域的二维串行搜索，实现捕获需要时间很长，不适合高 动态场景。串并结合的搜索方式实现途径有多通道时域并行搜索和多通道频域并行搜索， 这是以增加硬件成本、降低硬件利用率来减少捕获时间的；基于FFT的循环相关算法策略 是将时域频域二维搜索转化为时域的一维搜索，比较适合对于一个周期的C/A码信号进行 快速捕获，但工程实现需要较大点数的FFT核和大量的复数相乘运算而不易采用。
【发明内容】
[0005] 针对上述缺点，本发明的实施例提供一种高动态接收机及其对北斗卫星信号Bl 频点的捕获方法，使用部分匹配滤波（Partial Matched Filter，PMF)与快速傅里叶变换 (Fast Fourier Transformation，FFT)的捕获策略，将时域频域二维搜索转化为时域的一 维搜索，能够实现北斗卫星信号Bl频点的快速捕获且硬件实现复杂度较低。
[0006] 为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案予以实现。
[0007] 技术方案一：
[0008] -种高动态接收机对北斗卫星信号Bl频点的捕获方法，所述方法包括如下步骤：
[0009] 高动态接收机接收射频模拟信号，将所述射频模拟信号转换成数字中频信号；
[0010] 获取本地复制载波混频信号，将所述数字中频信号与所述本地复制载波混频信号 相乘，得到下变频基带信号；
[0011] 将所述下变频基带信号进行自适应量化位数转换，得到基带数据信号，所述基带 数据信号的比特位数少于所述下变频基带信号的比特位数；
[0012] 以N倍码速率信号为累加清零信号，对所述基带数据信号进行累加降采样，得到 I、Q两路降采样基带信号，其中，N大于等于2 ;
[0013] 在初捕获阶段：
[0014] 获取以N倍码速率采样的C/A码，在相同时钟脉冲脉冲的作用下，对所述I、Q两路 降采样基带信号和所述以N倍码速率采样的C/A码以帧为单位进行部分匹配滤波运算，得 到M帧I、Q两路部分匹配滤波结果数据，其中，M = TN，T为所述北斗卫星信号Bl频点在一 个周期内发射的码个数；
[0015] 对由所述M帧I、Q两路部分匹配滤波结果数据构造的M帧复数数据I+jQ分别做 傅里叶变换，得到M帧复数数据的傅里叶变换结果；
[0016] 设定捕获判决门限，并根据所述M帧复数数据的傅里叶变换结果，确定所述M帧复 数数据的傅里叶变换结果中最大峰值的幅度是否大于所述捕获判决门限；
[0017] 若所述最大峰值的幅度大于所述捕获判决门限，则确定所述最大峰值对应的帧号 和所述最大峰值对应的频域频率及对应的频率索引号，其中，所述帧号用于确定半码片码 相位，所述频率索引号用于确认多普勒频率；
[0018] 在捕获确认阶段：
[0019] 按照所述最大峰值对应的半码片码相位和多普勒频率对第M+1帧、第M+2帧、第 M+3帧数据分别进行相位补偿和多普勒补偿，若所述第M+1帧、第M+2帧、第M+3帧数据的 I、Q两路部分匹配滤波结果数据对应的傅里叶变换结果中最大峰值的幅度均大于所述捕获 判决门限，则所述高动态接收机捕获到所述北斗卫星信号Bl频点的信号。
[0020] 技术方案一的特点和进一步的改进为：
[0021] (1)以N倍码速率信号为累加清零信号对所述基带数据信号进行累加降采样，得 到I、Q两路降采样基带信号，具体为：
[0022] 以2倍码速率信号为累加清零信号对所述基带数据信号进行累加降采样，得到I、 Q两路降采样基带信号。
[0023] (2)在相同时钟脉冲脉冲的作用下，对所述I、Q两路降采样基带信号和所述以N倍 码速率采样的C/A码以帧为单位进行部分匹配滤波运算，得到M帧I、Q两路部分匹配滤波 结果数据，具体包括：
[0024] 在基带数据双端口 RAM中存储五个码周期的I、Q两路降采样基带信号，在码数据 双端口 RAM中存储一个码周期的以N倍码速率采样的C/A码，其中，所述基带数据双端口 RAM中存储的前两个码周期的I、Q两路降采样基带信号，用于对所述北斗卫星信号Bl频点 进行初捕获，所述基带数据双端口 RAM中存储的后三个码周期的I、Q两路降采样基带信号， 用于对所述北斗卫星信号Bl频点进行捕获确认；
[0025] 在相同时钟脉冲作用下，依次对应读出所述I、Q两路降采样基带信号和所述以N 倍码速率采样的C/A码，将所述I、Q两路降采样基带信号和所述以N倍码速率采样的C/A 码以帧为单位进行异或，并分段累加，得到所述M帧I、Q两路部分匹配滤波结果数据，其中 一帧I、Q两路部分匹配滤波结果数据对应一个1/N码片相位数据。
[0026] 技术方案二：
[0027] -种高动态接收机，所述高动态接收机用于对北斗卫星信号Bl频点进行捕获，所 述高动态接收机包括：
[0028] 射频模块，用于获取射频模拟信号，并将所述射频模拟信号转换成数字中频信 号；
[0029] 下变频模块，用于获取本地复制载波混频信号，将所述数字中频信号与所述本地 复制载波混频信号相乘，得到下变频基带信号；
[0030] 自适应量化位数转换模块，用于将所述下变频基带信号进行自适应量化位数转 换，得到基带数据信号，所述基带数据信号的比特位数少于所述下变频基带信号的比特位 数；
[0031] 基带数据降采样模块，用于以N倍码速率信号为累加清零信号对所述基带数据信 号进行累加降采样，得到I、Q两路降采样基带信号，其中，N大于等于2;
[0032] 部分匹配滤波模块，用于获取以N倍码速率采样的C/A码，在相同时钟脉冲脉冲的 作用下，对所述I、Q两路降采样基带信号和所述以N倍码速率采样的C/A码以帧为单位进 行部分匹配滤波运算，得到M帧I、Q两路部分匹配滤波结果数据，其中，M = TN，T为所述北 斗卫星信号Bl频点在一个周期内发射的码个数；
[0033] 傅里叶变换模块，用于对由所述M帧I、Q两路部分匹配滤波结果数据构造的M帧 复数数据I+jQ做傅里叶变换，得到M帧复数数据的傅里叶变换结果；
[0034] 初步捕获成功判断模块，用于设定捕获判决门限，并根据所述M帧复数数据的傅 里叶变换结果，确定所述M帧复数数据的傅里叶变换结果中最大峰值的幅度是否大于所述 捕获判决门限；若所述最大峰值的幅度大于所述捕获判决门限，则确定所述最大峰值对应 的帧号和和所述最大峰值对应的频域频率及其对应的频率索引号，其中，所述帧号用于确 定半码片码相位，所述频率索引号用于确定多普勒频率；
[0035] 捕获确认模块，用于按照所述最大峰值对应的半码片码相位和多普勒频率对第 M+1帧、第M+2帧、第M+3帧数据分别进行相位补偿和多普勒补偿，若所述第M+1帧、第M+2 帧、第M+3帧数据的I、Q两路部分匹配滤波结果数据对应的傅里叶变换结果中最大峰值的 幅度均大于所述捕获判决门