一種衛(wèi)星信號捕獲裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種衛(wèi)星信號捕獲裝置，包括本地載波發(fā)生器、本地碼發(fā)生器、乘法器、積分器、以及捕獲檢測模塊。捕獲裝置將輸入信號分為兩路：I路和Q路，本地載波發(fā)生器產(chǎn)生本地載波對I路信號進行混頻，并將本地載波先相移90°后再與Q路信號混頻，本地碼發(fā)生器產(chǎn)生擴頻碼對混頻后的信號相乘，然后積分器分別對I路和Q路的相乘結果進行一個擴頻碼周期的積分，得到I、Q兩路的單周期積分結果。最后捕獲檢測模塊對I、Q兩路的單周期積分結果進行相干、非相干或其他處理后，檢測和捕獲衛(wèi)星信號。本實用新型克服了單周期積分結果相位不同，無法直接相干積分的問題，具有更高的衛(wèi)星信號捕獲靈敏度。
【專利說明】一種衛(wèi)星信號捕獲裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種衛(wèi)星信號的捕獲方法，尤其涉及一種高靈敏度的北斗衛(wèi)星信號的捕獲裝置。
【背景技術】
[0002]衛(wèi)星信號的捕獲是輸入的衛(wèi)星信號與衛(wèi)星導航接收機本地復現(xiàn)的擴頻碼進行相關運算(相關運算是指輸入信號與本地信號相乘，然后積分或累加)，然后根據(jù)擴頻碼的相關特性，檢測累加結果是否出現(xiàn)峰值，從而檢測衛(wèi)星信號是否存在以及碼相位位置。
[0003]當衛(wèi)星信號較強時，采用I個擴頻碼周期的積分就可以檢測到明顯的相關峰值。當衛(wèi)星信號較弱時，需要采用多個擴頻碼周期的積分，提高積分增益，才能檢測到相關峰值。
[0004]多個擴頻碼周期的積分有相干積分和非相干積分兩種方式。相干積分保持了信號的相位信息，所以在相干積分過程中需要保證多個擴頻碼周期的極性一致，因此相干積分的時間長度受到調制信號的限制。非相干積分不保持信號的相位信息，因此不受調制信號的影響，但是在輸入信號較弱時，由于平方損失會降低非相干積分對提高增益的效果。所以檢測較弱的衛(wèi)星信號是需要較長的相干積分時間。
[0005]衛(wèi)星導航接收機一般采用多個擴頻碼周期的相干積分再配合多次的非相干積分，然后將積分結果與門限比較。例如對于GPS的LlCA碼衛(wèi)星信號，擴頻碼周期是I毫秒，數(shù)據(jù)調制率為50bps，一個數(shù)據(jù)周期包含的連續(xù)20個擴頻碼周期極性一致，所以可以采用最大20ms的相干積分加上若干次的非相干積分。
[0006]對于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)BDS，由于信號調制體制的不同，無法實施上述傳統(tǒng)的檢測方法。北斗衛(wèi)星在BI頻率上播發(fā)兩種導航信號，分別是Dl信號和D2信號。
[0007]Dl信號的擴頻碼周期為I毫秒，數(shù)據(jù)調制率為50bps。一個數(shù)據(jù)周期包括20個擴頻碼周期。另外Dl信號上調制了 NH碼(Neumann Hoffman碼)，導致一個數(shù)據(jù)周期包含的20個擴頻碼的極性不同。D2信號擴頻碼周期為I毫秒，數(shù)據(jù)調制率為500bps。一個數(shù)據(jù)周期包括2個擴頻碼周期，在一個數(shù)據(jù)周期內的2個擴頻碼的極性相同。
[0008]對于BDS衛(wèi)星Dl信號，由于NH編碼的存在，即使在同一調制數(shù)據(jù)周期內，連續(xù)的擴頻碼極性也不同。所以只能采用單擴頻碼周期的相干積分再加上多次非相干積分。較小的相干積分時間(單擴頻碼周期I毫秒)，難以檢測到弱信號，限制衛(wèi)星導航接收機捕獲北斗衛(wèi)星信號的靈敏度。
[0009]因此，針對北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)Dl信號的擴頻碼極性不同，本領域的技術人員致力于開發(fā)一種在連續(xù)單擴頻碼周期相位不同的情況下，仍能進行多個擴頻碼周期的相干積分，并配合多次非相干積分的北斗衛(wèi)星信號捕獲方法和裝置。
實用新型內容
[0010]有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種高靈敏度北斗衛(wèi)星信號的捕獲方法和裝置。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種高靈敏度北斗衛(wèi)星信號捕獲方法，其特征在于，包括:
[0012]步驟(401)輸入輸入信號；
[0013]步驟(402)將所述輸入信號和本地載波信號進行混頻，得到I路的基帶信號和Q路的基帶信號；
[0014]步驟(403)對所述I路的基帶信號和所述Q路的基帶信號分別進行擴頻碼調制和擴頻碼單周期積分；
[0015]步驟(404)對所述單周期積分的結果進行多相位相干積分，并對積分結果求幅度或功率；
[0016]步驟(405)，對步驟(404)中求得的所述幅度或所述功率數(shù)據(jù)，共同進行非相干累加運算；
[0017]步驟(406 )，將非相干累加后的累加值與門限進行比較，檢測并捕獲衛(wèi)星信號。
[0018]進一步地，所述輸入信號是衛(wèi)星導航接收機接收到的衛(wèi)星信號經(jīng)過射頻放大、下變頻和量化處理后的到的數(shù)字中頻信號。
[0019]進一步地，所述步驟(402)中，所述本地載波信號與所述輸入信號的相位相同，所述I路基帶信號是所述輸入信號與所述本地載波信號混頻所得；所述Q路基帶信號是所述輸入信號與所述本地載波信號的正交信號混頻所得。
[0020]進一步地，所述步`驟(404)的對所述單周期積分的結果進行多相位相干積分，并對積分結果求幅度或功率，包括:
[0021]首先對所述I路和所述Q路的單擴頻碼周期積分的結果分別轉換為并行輸出若干
個數(shù)據(jù)組，每一個數(shù)據(jù)組包含m個數(shù)據(jù)，所述I路的一個數(shù)據(jù)組為[I1,......，Im]，所述Q路
的一個數(shù)據(jù)組為[Q1,……,QJ ；
[0022]然后分別對所述I路和所述Q路的每一個所述數(shù)據(jù)組進行多相位相干積分，每一個數(shù)據(jù)組經(jīng)過多相位相干積分后得到k種不同的相位組，k=2m-1 ；
[0023]最后對k種不同的所述相位組求幅度和功率，得到k個數(shù)據(jù)。
[0024]進一步地，所述m是根據(jù)衛(wèi)星信號或具體設計改變的。
[0025]一種使用本實用新型的捕獲方法的衛(wèi)星信號捕獲裝置，其特征在于，包括本地載波發(fā)生器(102)、本地碼發(fā)生器(103)、第一乘法器(108a)、第二乘法器(108b)、第三乘法器(109a)、第四乘法器(109b)、第一積分器(104a)和第二積分器(104b)、以及捕獲檢測模塊(106)；
[0026]本地載波發(fā)生器(102)用于產(chǎn)生與輸入信號同相位的本地載波，所述本地碼發(fā)生器用于產(chǎn)生本地擴頻碼；所述捕獲檢測模塊用于捕獲衛(wèi)星信號；
[0027]輸入信號分為I路和Q路信號進入所述捕獲裝置，所述I路輸入信號和所述本地載波發(fā)生器(102)的輸出信號接入到所述第一乘法器(108a)中，所述第一乘法器(108a)的輸出端和所述本地碼發(fā)生器(103)的輸出端與所述第三乘法器(109a)連接，所述第三乘法器(109a)與所述捕獲檢測模塊(106)通過所述第一積分器(104a)連接；所述Q路輸入信號與所述本地載波發(fā)生器(102)經(jīng)過90度相移后的輸出信號接入到所述第二乘法器(108b)中，所述第二乘法器(108b)的輸出端與所述本地碼發(fā)生器(103)的輸出端與所述第四乘法器(109b)連接，所述第四乘法器(10%)與所述捕獲檢測模塊(106)通過所述第二積分器(104b)連接。
[0028]進一步地，所述輸入信號是衛(wèi)星導航接收機接收到的衛(wèi)星信號經(jīng)過射頻放大、下變頻和量化處理后的到的數(shù)字中頻信號。
[0029]進一步地，所述捕獲檢測模塊(106)包括第一緩存器(301a)、第二緩存器(301b)、第一多相位相干積分器(302a)、第二多相位相干積分器(302b)、求幅度模塊(308)、求取最大值模塊(310)、比較檢測模塊(305)和非相干累加模塊(304)；
[0030]所述捕獲檢測模塊(106)的兩個輸入端分別與所述第一緩存器(301a)和所述第二緩存器(301b)連接；所述第一緩存器(301a)的輸出端輸出到所述第一多相位相干積分器(302a)的輸入端，所述第一多相位相干積分器(302a)的輸出端輸出到若干所述求幅度模塊(308);所述第二緩存器(301b)的輸出端輸出到所述第二多相位相干積分器(302b)，所述第二多相位相干積分器(302b)的輸出端與若干所述求幅度模塊(308)連接；若干所述幅度模塊(308 )的輸出端與所述最大值模塊(310)的輸入端連接，所述最大值模塊(310 )的輸出端與所述非相干累加模塊(304)輸入端連接；所述非相干累加模塊(304)的輸出端與所述比較檢測模塊(305)的輸入端連接，所述比較檢測模塊(305)的輸出端輸出的信號即為捕獲的衛(wèi)星信號。
[0031]進一步地，所述第一緩存器(301a)和所述第二緩存器(301b)的緩存空間為m。
[0032]進一步地，所述m是根據(jù)衛(wèi)星信號或具體設計改變的。
[0033]本實用新型的高靈敏度北斗衛(wèi)星信號捕獲方法和裝置首先對輸入中頻數(shù)字信號進行下變頻和單個周期的擴頻碼的解擴，得到1、Q兩路的單個碼周期的積分結果。對1、Q兩路m個單周期積分結果分別進行緩存，得到1、Q兩路的單周期積分結果序列[I1,……,IJ
和[Q1,......,QJ0然后對序列 中m個單周期積分結果可能存在的2111-1種相位組合分別進
行相干積分，得到2"1-1對積分支路。對1、Q兩路相同相位積分支路的單周期積分結果求幅度，然后取其中的最大值作為一次多相位相干積分的結果。最后對η個多相位相干積分結果進行非相干累加。最后與門限比較，檢測衛(wèi)星信號。
[0034]本實用新型的優(yōu)點是:在無任何輔助信息情況下，可對存在NH碼調制的北斗衛(wèi)星Dl導航信號進行多周期的相干積分，相比傳統(tǒng)的單周期相干積分檢測方法，具有更高的捕獲靈敏度。
[0035]以下將結合附圖對本實用新型的構思、具體結構及產(chǎn)生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本實用新型的目的、特征和效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是本發(fā)明的一種高靈敏度北斗衛(wèi)星系統(tǒng)捕獲方法的流程圖；
[0037]圖2是本發(fā)明的北斗衛(wèi)星信號捕獲裝置的結構圖；
[0038]圖3是本發(fā)明的北斗衛(wèi)星信號捕獲裝置的捕獲檢測模塊的結構圖；
[0039]圖4是北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)Dl信號采用傳統(tǒng)相干節(jié)分的結構圖；
[0040]圖5是本發(fā)明的北斗衛(wèi)星信號捕獲方法和裝置中m=3時，多相位相干積分的結構圖?！揪唧w實施方式】
[0041]下面結合附圖對本實用新型的實施例作詳細說明:本實施例在以本實用新型技術方案前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。
[0042]如圖1所示，本實用新型的北斗衛(wèi)星信號捕獲方法按照如下步驟進行捕獲:
[0043]步驟401，輸入輸入信號，將衛(wèi)星導航接收機接收到的衛(wèi)星信號經(jīng)過射頻放大、下變頻和量化處理后得到的數(shù)字中頻信號做為輸入信號。
[0044]步驟402，通過本地載波信號對輸入信號進行混頻，得到I路基帶信號和Q路基帶信號:將與輸入信號相位相同的本地載波信號與輸入信號進行混頻，得到I路的基帶信號；將本地載波信號進行90°相移后(即本地載波信號的正交信號)與輸入信號進行混頻，得到Q路的基帶信號。其中，I路基帶信號與輸入信號同相，Q路基帶信號與輸入信號的相位不同。
[0045]步驟403，對I路基帶信號和Q路基帶信號分別進行擴頻碼調制和單擴頻碼周期的積分。
[0046]步驟404，對I路和Q路的單周期積分的結果進行多相位相干積分，并對積分結果求幅度或功率:先對I路和Q路的單擴頻碼周期積分的結果分別轉換為并行輸出若干個數(shù)據(jù)組，每一個數(shù)據(jù)組包含m個數(shù)據(jù)，m是根據(jù)衛(wèi)星信號或具體設計改變的，I路的一個數(shù)據(jù)組
為[I1,......，Ij，Q路的一個數(shù)據(jù)組為[Q1,......, Qj ;然后分別對I路和Q路的每一個
數(shù)據(jù)組進行多相位相干積分，每一個數(shù)據(jù)組經(jīng)過多相位相干積分后得到2m個不同的相位組合，由于對互為相反的極性組合求幅度或功率的結果一樣，所以只需要計算k種不同的相位組，k=2m-1 ;最后對k種不同的相位組求幅度和功率，得到k個數(shù)據(jù)。
[0047]步驟405，對I路和Q路計算得到的k個幅度或功率數(shù)據(jù)，共同進行非相干累加運算。
[0048]步驟406，將非相干累加后的累加值與門限進行比較，檢測并捕獲衛(wèi)星信號。
[0049]進一步地，本實用新型還提供了一種北斗衛(wèi)星信號捕獲裝置，具體如圖2所示。包括:本地載波發(fā)生器102、本地碼發(fā)生器103、第一積分器104a和第二 104b、第一乘法器108a、第二乘法器108b、第三乘法器109a和第四乘法器109b、以及捕獲檢測模塊106。
[0050]輸入信號分為I路和Q路信號進入捕獲裝置，I路輸入信號和本地載波發(fā)生器102的輸出信號接入到第一乘法器108a中，第一乘法器108a的輸出端和本地碼發(fā)生器103的輸出端與第三乘法器109a連接，第一乘法器108a與捕獲檢測模塊106通過第一積分器104a連接；0路輸入信號與本地載波發(fā)生器102經(jīng)過90度相移后的輸出信號接入到第二乘法器108b中，第二乘法器108b的輸出端和本地碼發(fā)生器103的輸出端與第四乘法器109b連接，第四乘法器10%與捕獲檢測模塊106通過第二積分器104b連接
[0051]首先輸入信號101是經(jīng)過衛(wèi)星導航接收機天線、射頻放大、下變頻、量化后輸出的數(shù)字中頻信號，本地載波產(chǎn)生器102生成本地中頻載波同相信號，同時經(jīng)過90度相移后產(chǎn)生正交信號。本地中頻載波同相、正交信號分別與輸入信號101進行混頻，得到1、Q兩路的基帶信號。
[0052]本地碼產(chǎn)生器103產(chǎn)生本地擴頻碼，分別與的1、Q兩路基帶信號相乘。積分器104a、104b分別對相乘的結果進行一個擴頻碼周期的積分(北斗衛(wèi)星Dl信號擴頻碼周期I毫秒)，得到1、Q兩路的單周期積分結果Ims105a、Qms105b。
[0053]最后捕獲檢測模塊106對1、Q兩路的單周期積分結果105a、105b進行相干、非相干或其他處理后，檢測是否存在衛(wèi)星信號。當本地載波產(chǎn)生器102產(chǎn)生的本地載波的頻率與輸入衛(wèi)星信號101頻率相同，本地碼產(chǎn)生器103產(chǎn)生的擴頻碼與輸入衛(wèi)星信號擴頻碼對齊時，在單周期積分結果105a會出現(xiàn)峰值，從而實現(xiàn)對衛(wèi)星信號的捕獲。
[0054]進一步的，如圖3所示，捕獲檢測模塊106包括第一緩存器301a和第二緩存器301b、第一多相位相干積分器302a和第二多相位相干積分器302b、求幅度模塊308、求取最大值模塊310和非相干累加模塊304。
[0055]捕獲檢測模塊106的兩個輸入端分別與第一緩存器301a和第二緩存器301b連接；第一緩存器301a的輸出端輸出到第一多相位相干積分器302a的輸入端,第一多相位相干積分器302a的輸出端輸出到若干求幅度模塊308 ;第二緩存器301b的輸出端輸出到第二多相位相干積分器302b，第二多相位相干積分器302b的輸出端與若干求幅度模塊308連接；若干幅度模塊308的輸出端與最大值模塊310的輸入端連接，最大值模塊310的輸出端與非相干累加模塊304輸入端連接；非相干累加模塊304的輸出端與比較檢測模塊305的輸入端連接，比較檢測模塊305的輸出端輸出的信號即為捕獲的衛(wèi)星信號。
[0056]首先使用緩存器301a對I路單周期積分結果105a進行緩存，第二緩存器301b對Q路單周期積分結果105b進行緩存；并且第一緩存器301a和第二緩存器301b將串行輸入數(shù)據(jù)變成并行輸出，第一緩存器301a和第二緩存器301b的緩存空間為m，填滿m個數(shù)據(jù)后
并行輸出，然后等下次填滿輸出。第一緩存器301a的輸出為306a [I1,......，Ij、第二緩存
器301b的輸出為306b[Q1,......,QJ0其中m是可變參數(shù)，可根據(jù)設計取不同的值，如3、
5、10 等。
[0057]第一多相位相干積分器302a、第二多相位相干積分器302b對1、Q兩路的兩個緩存序列306a、306b分別進行多相位的相干積分。m個單周期積分結果作為多相位相干積分的輸入，則總共有2m種不同的相位組合，考慮到互為相反的極性組合通過后續(xù)求幅度模塊308后結果是一樣的，則只需要計算和考慮k種不同的相位組輸出，其中以I路數(shù)據(jù)、m=3為例，原本有23=8個不同的相位組合:
[0058]Cii=IaIjI3ICI5=-11-12-13 ；
[0059]CI2=IAl2-13ICI6=-11-12+]^ ；
[0060]Ci3=I1-1jI3ICI7=-1aI2-13 ；
[0061 ] CI4=I「I2_I3; CI8=-1Al2+]^
[0062]其中兩兩分為一組，互為相反值，
[0063]CI5=-11-12-13=-(IaIjI3)=-CI1 ；
[0064]CI6=-11-1jI3=-(IaI2-13)=-CI2 ；
[0065]CI7=-1aI2-13=-(I1-1jI3)=-CI3 ；
[0066]CI8=-1 ^I2+! 3=_ (工1_12_工3) =_CI4o
[0067]兩個相反值經(jīng)過后續(xù)求幅度模塊308后，結果是相同的，所以只需要計算并考慮k=23-1=4中不同的相位組合輸出結果:
[0068]CI1=IJIdI3 ；
[0069]CI2=I^I2-13 ；[0070]CI3=IfI2+]^ ；
[0071]CI4=I1-12-130
[0072]多相位相干積分后，得到1、Q兩路多相位相干積分結果序列3078^1^ CI2,CIk]、307b [CQ1, CQ2,CQk]。上述兩個序列中的相同相位1、Q結果分別經(jīng)過求幅度模塊308后，得到多相位相干積分幅度值309 [P1, P2，...，Pk]，以m=3，k=4為例:
【權利要求】
1.一種衛(wèi)星信號捕獲裝置，其特征在于，包括本地載波發(fā)生器(102)、本地碼發(fā)生器(103)、第一乘法器(108a)、第二乘法器(108b)、第三乘法器(109a)、第四乘法器(109b)、第一積分器(104a)和第二積分器(104b),以及捕獲檢測模塊(106); 本地載波發(fā)生器(102)用于產(chǎn)生與輸入信號同相位的本地載波，所述本地碼發(fā)生器用于產(chǎn)生本地擴頻碼；所述捕獲檢測模塊用于捕獲衛(wèi)星信號；所述捕獲裝置將輸入信號分為I路和Q路，所述I路輸入信號和所述本地載波發(fā)生器(102)的輸出信號接入到所述第一乘法器(108a)中，所述第一乘法器(108a)的輸出端和所述本地碼發(fā)生器(103)的輸出端與所述第三乘法器(109a)連接，所述第三乘法器(109a)與所述捕獲檢測模塊(106 )通過所述第一積分器(104a)連接；所述Q路輸入信號和所述本地載波發(fā)生器(102)經(jīng)過90度相移后的輸出信號接入到所述第二乘法器(108b)中，所述第二乘法器(108b)的輸出端和所述本地碼發(fā)生器(103)的輸出端與所述第四乘法器(109b)連接，所述第四乘法器(109b)與所述捕獲檢測模塊(106)通過所述第二積分器(104b)連接。
2.如權利要求1所述的一種衛(wèi)星信號捕獲裝置，其中，所述輸入信號是衛(wèi)星導航接收機接收到的衛(wèi)星信號經(jīng)過射頻放大、下變頻和量化處理后得到的數(shù)字中頻信號。
3.如權利要求1所述的一種衛(wèi)星信號捕獲裝置，其中，所述捕獲檢測模塊(106)包括第一緩存器(301a)、第二緩存器(301b)、第一多相位相干積分器(302a)、第二多相位相干積分器(302b )、求幅度模塊(308 )、求取最大值模塊(310)、比較檢測模塊(305 )和非相干累加模塊(304);所述捕獲檢測模塊(106)的兩個輸入端分別與所述第一緩存器(301a)和所述第二緩存器(301b)連接；所述第一緩存器(301a)的輸出端輸出到所述第一多相位相干積分器(302a)的輸入端，所述第一多相位相干積分器(302a)的輸出端分別輸出到若干所述求幅度模塊(308);所述第二緩存器(301b)的輸出端輸出到所述第二多相位相干積分器(302b)，所述第二多相位相干積分器(302b)的輸出端分別與若干所述求幅度模塊(308)連接；若干所述幅度模塊(308)的輸出端與所述最大值模塊(310)的輸入端連接，所述最大值模塊(310)的輸出端與所述非相干累加模塊(304)輸入端連接；所述非相干累加模塊(304)的輸出端與所述比較檢測模塊(305)的輸入端連接，所述比較檢測模塊(305)的輸出端輸出的信號即為捕獲的衛(wèi)星信號。
【文檔編號】G01S19/24GK203658585SQ201320774137
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權日:2013年11月27日
【發(fā)明者】藺曉龍, 何文濤, 馮華星, 翟昆朋, 殷明, 胡曉峰, 王浩 申請人:中國科學院嘉興微電子與系統(tǒng)工程中心