本發(fā)明主要涉及到無(wú)線(xiàn)通信與測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特指一種適用于導(dǎo)航衛(wèi)星星間鏈路無(wú)線(xiàn)長(zhǎng)周期擴(kuò)頻碼信號(hào)的高性能捕獲方法。

背景技術(shù)：

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)能夠?yàn)榈厍蚣敖乜臻g的任意地點(diǎn)提供全天候的精密位置和時(shí)間信息。在全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，維持較高的衛(wèi)星軌道確定精度和鐘差確定精度是確保導(dǎo)航接收終端獲得大系統(tǒng)要求的定位或授時(shí)精度的關(guān)鍵。

導(dǎo)航衛(wèi)星精密定軌與時(shí)間同步對(duì)星間測(cè)距功能的需求催生出了導(dǎo)航星座星間鏈路的概念。一旦通過(guò)星間鏈路在導(dǎo)航衛(wèi)星間建立聯(lián)系，導(dǎo)航系統(tǒng)的空間段將不再是孤立衛(wèi)星的組合，成為相互協(xié)同的一個(gè)整體。通過(guò)星地鏈路的配合，整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的控制段和空間段真正形成了一個(gè)全天候全天時(shí)的無(wú)縫網(wǎng)絡(luò)，這為導(dǎo)航系統(tǒng)的業(yè)務(wù)運(yùn)行管理提供了巨大的發(fā)揮空間。星間鏈路可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在僅配置少數(shù)監(jiān)測(cè)站的情況下通過(guò)星間鏈路的精密測(cè)量獲得軌道上其它弧段的測(cè)量信息，從而達(dá)到獲得精密軌道參數(shù)的能力。

導(dǎo)航星座星間鏈路網(wǎng)絡(luò)是一類(lèi)復(fù)雜的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，具有典型的扁平化無(wú)中心的特征，是一個(gè)具有一定數(shù)量對(duì)等節(jié)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。導(dǎo)航星座星間鏈路網(wǎng)絡(luò)需要實(shí)現(xiàn)在時(shí)間約束條件下的多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)測(cè)量，為完成精密測(cè)量功能，導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)通過(guò)星間鏈路播發(fā)和接收擴(kuò)頻測(cè)距信號(hào)進(jìn)行衛(wèi)星之間的精密測(cè)距，擴(kuò)頻信號(hào)的捕獲是一個(gè)偽碼和載波二維搜索的過(guò)程，搜索范圍的大小直接決定信號(hào)捕獲的快慢程度和實(shí)現(xiàn)難度。當(dāng)星間鏈路使用無(wú)線(xiàn)電測(cè)距方法完成精密測(cè)距與時(shí)間同步時(shí)，不同軌道面上的衛(wèi)星相對(duì)運(yùn)動(dòng)較大，給測(cè)量信號(hào)帶來(lái)較大的多普勒頻移，從而增大了信號(hào)的捕獲范圍，給捕獲帶來(lái)了一定的難度，特別是對(duì)于星上計(jì)算資源受限的情況。當(dāng)星座中任意兩顆衛(wèi)星之間建立測(cè)量通信鏈路時(shí)，星間距離和多普勒變化范圍較大，另外，從測(cè)量性能以及安全性的角度出發(fā)，星間無(wú)線(xiàn)信號(hào)往往采用長(zhǎng)周期擴(kuò)頻碼，如果不利用先驗(yàn)信息，碼相位以及多普勒的二維搜索格點(diǎn)數(shù)量巨大，給捕獲實(shí)現(xiàn)帶來(lái)很大難度。對(duì)于導(dǎo)航星座而言，時(shí)間同步和精密定軌是導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，星座中的衛(wèi)星均處于一個(gè)高精度的時(shí)空基準(zhǔn)中。

星間鏈路系統(tǒng)利用建鏈衛(wèi)星的星歷以及鐘差信息預(yù)報(bào)信號(hào)到達(dá)時(shí)間以及多普勒，能夠?qū)⒋a相位對(duì)應(yīng)的時(shí)延搜索范圍控制在10us以?xún)?nèi)，而多普勒的搜索范圍小于100Hz。捕獲范圍的減小一定程度降低了捕獲實(shí)現(xiàn)的難度，但仍面臨以下幾方面困難：

(1)從系統(tǒng)應(yīng)用角度出發(fā)，往往需要快速切換建鏈對(duì)象，導(dǎo)致星間信號(hào)持續(xù)時(shí)間短(秒級(jí))，因此，需要接收機(jī)快速完成捕獲。

(2)星間距離遠(yuǎn)，要求捕獲靈敏度高。

(3)星載設(shè)備處理資源緊張，需要充分提高資源利用率。因此，星間鏈路無(wú)線(xiàn)信號(hào)的捕獲，實(shí)質(zhì)上是在一定搜索范圍內(nèi)，利用有限的星載設(shè)備資源實(shí)現(xiàn)弱信號(hào)條件下長(zhǎng)周期擴(kuò)頻碼的快速捕獲。

傳統(tǒng)長(zhǎng)碼捕獲算法按信號(hào)處理方式可分為時(shí)域處理方法和頻域處理方法。時(shí)域處理算法主要以大規(guī)模并行相關(guān)器為基礎(chǔ)，每次并行檢測(cè)多個(gè)碼相位單元。頻域處理算法以利用快速傅里葉變換(FFT)實(shí)現(xiàn)相關(guān)運(yùn)算為基本特征，主要包括分段補(bǔ)零算法、折疊算法、重疊平均算法等。相比時(shí)域處理算法，頻域處理算法涉及到FFT運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，尤其對(duì)于星載FPGA資源消耗量大，執(zhí)行有限區(qū)域搜索情況下，計(jì)算費(fèi)效比低于時(shí)域處理算法。另外，頻域處理算法往往只能依賴(lài)于長(zhǎng)時(shí)間“非相干積分”提高處理增益，微弱信號(hào)條件下將嚴(yán)重影響捕獲速度。因此，目前的頻域處理算法并不適用于微弱長(zhǎng)碼信號(hào)的快速捕獲。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠顯著提高時(shí)域捕獲的資源利用率、大幅降低對(duì)存儲(chǔ)資源需求的導(dǎo)航衛(wèi)星星間鏈路無(wú)線(xiàn)長(zhǎng)周期擴(kuò)頻碼信號(hào)高性能捕獲方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種導(dǎo)航衛(wèi)星星間鏈路無(wú)線(xiàn)長(zhǎng)周期擴(kuò)頻碼信號(hào)高性能捕獲方法，其步驟為：

S1：對(duì)AD采樣的中頻接收信號(hào)進(jìn)行正交下變頻，得到復(fù)數(shù)基帶信號(hào)，包括I/Q兩路；

S2：對(duì)I/Q信號(hào)進(jìn)行連續(xù)的數(shù)據(jù)緩存；

S3：“一段”I/Q信號(hào)存滿(mǎn)后與本地多路擴(kuò)頻碼信號(hào)進(jìn)行并行相關(guān)運(yùn)算；

S4：運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行相干累加后存入“相干積分緩存”，直至全部緩存區(qū)存滿(mǎn)，否則切換“相干積分緩存”緩存區(qū)，返回步驟S3；

S5：待“相干積分緩存”存滿(mǎn)后，返回步驟S3，對(duì)“下一段”I/Q信號(hào)進(jìn)行處理，直至完成全部相干積分；

S6：待“相干積分”完成，對(duì)相干積分結(jié)果取模平方，結(jié)果經(jīng)過(guò)非相干累加后存入“非相干積分緩存”，直至全部緩存區(qū)存滿(mǎn)，若未達(dá)到非相干積分長(zhǎng)度，則返回步驟S3，執(zhí)行下一輪非相干積分；

S7：待“非相干積分”完成，對(duì)非相干積分緩存內(nèi)代表不同相位的積分檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行峰值檢測(cè)，并判決捕獲是否成功，若未成功，則調(diào)整本地?cái)U(kuò)頻碼相位或本地載波頻率，返回步驟S3，開(kāi)始新的區(qū)間搜索直至捕獲成功。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：在步驟S2中，所述數(shù)據(jù)緩存包括大小相同的兩個(gè)緩存區(qū)，位寬為I\Q兩路信號(hào)寬度之和，存儲(chǔ)深度為L(zhǎng)，且該深度不依賴(lài)于總檢測(cè)積分長(zhǎng)度，信號(hào)寫(xiě)時(shí)鐘為采樣時(shí)鐘，寫(xiě)入過(guò)程中通過(guò)控制“寫(xiě)使能”實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的選抽，選抽速率為f_p，讀時(shí)鐘則為系統(tǒng)工作時(shí)鐘，頻率為f_m。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：在上述步驟中，通過(guò)并行相關(guān)器執(zhí)行分段積分操作，積分長(zhǎng)度為L(zhǎng)，I/Q兩路信號(hào)的積分器數(shù)量各N個(gè)，同時(shí)對(duì)緩存信號(hào)與N路不同相位的本地?cái)U(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行積分，利用工作時(shí)鐘與信號(hào)選抽速率的差異對(duì)積分器進(jìn)行M次的時(shí)分復(fù)用，使得緩存信號(hào)時(shí)間內(nèi)最多可執(zhí)行N×M次“分段相干積分”。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：在上述步驟中，所述“相干積分緩存”包括M個(gè)緩存區(qū)，每個(gè)緩存區(qū)存儲(chǔ)N個(gè)相位的相干積分結(jié)果；所述“非相干積分緩存”包括M個(gè)緩存區(qū)，每個(gè)緩存區(qū)存儲(chǔ)N個(gè)相位的非相干積分結(jié)果；所述峰值檢測(cè)則是搜索N×M個(gè)相位積分檢測(cè)結(jié)果中的最大值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：在上述步驟中，對(duì)并行相關(guān)器進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，共計(jì)M輪，任意一輪處理按照以下步驟進(jìn)行，如第m次：

S100：讀取已存滿(mǎn)的RAM內(nèi)緩存數(shù)據(jù)，碼生成器同時(shí)生成N路本地?cái)U(kuò)頻信號(hào)，對(duì)應(yīng)的偽碼相位為(φ_(m-1)N+1,φ_(m-1)N+2L φ_(m-1)N+N)；

S200：本地偽碼信號(hào)與緩存數(shù)據(jù)在N路并行相關(guān)器內(nèi)執(zhí)行I/Q信號(hào)相關(guān)積分；

S300：積分結(jié)束共得到N個(gè)積分結(jié)果，再與“相干積分緩存”的“緩存區(qū)m”內(nèi)數(shù)據(jù)累加，累加結(jié)果重新寫(xiě)入“相干積分緩存”的“緩存區(qū)m”內(nèi)，直至第M輪積分結(jié)果寫(xiě)入“緩存區(qū)M”，否則返回步驟S100進(jìn)入下一輪相關(guān)處理；

S400：待整個(gè)處理流程結(jié)束，便完成了對(duì)數(shù)據(jù)“分段相干積分”操作，積分長(zhǎng)度為L(zhǎng)/2個(gè)碼片，格點(diǎn)數(shù)量為N×M個(gè)，I/Q兩路積分結(jié)果存儲(chǔ)在“相干積分緩存”的M個(gè)緩存區(qū)內(nèi)，每個(gè)緩存區(qū)存儲(chǔ)N個(gè)積分值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：在上述步驟中，對(duì)捕獲檢測(cè)結(jié)果處理的步驟為：

S1000：得到“分段相干積分”結(jié)果；

S2000：切換“數(shù)據(jù)緩存”，執(zhí)行下一段“分段相干積分”，與上一段結(jié)果累加后存儲(chǔ)在“相干積分緩存”內(nèi)，直至全部“相干積分”結(jié)束，進(jìn)入步驟S3000，否則，返回步驟S1000；

S3000：對(duì)N×M個(gè)I/Q“相干積分”值求平方和，得到N×M個(gè)“模平方”結(jié)果，若不需要進(jìn)一步“非相干積分”，“模平方”結(jié)果即作為最終檢測(cè)結(jié)果，否則，進(jìn)入步驟S4000；

S4000：將N×M個(gè)“模平方”結(jié)果依次與“非相干積分緩存”內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，累加結(jié)果重新寫(xiě)入“非相干積分緩存”內(nèi)，直至全部寫(xiě)入“非相干積分緩存”，即完成一次“非相干積分”；

S5000：重復(fù)上述過(guò)程，直至全部“非相干積分”結(jié)束，最終，在“非相干積分緩存”內(nèi)存儲(chǔ)的N×M個(gè)積分結(jié)果即為捕獲檢測(cè)結(jié)果；接下來(lái)進(jìn)行峰值檢測(cè)，將搜索出N×M個(gè)檢測(cè)結(jié)果的最大值，并記錄該最大值對(duì)應(yīng)的碼相位，最后通過(guò)閾值比較確認(rèn)該結(jié)果的正確性；若當(dāng)前檢測(cè)結(jié)果不存在相位真值，則進(jìn)一步擴(kuò)大搜索范圍，對(duì)下一組N×M結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明的導(dǎo)航衛(wèi)星星間鏈路無(wú)線(xiàn)長(zhǎng)周期擴(kuò)頻碼信號(hào)高性能捕獲方法，支持“相干積分”與“非相干積分”，并通過(guò)引入“相干積分緩存”和“非相干積分緩存”，實(shí)現(xiàn)了積分長(zhǎng)度的靈活配置。

2、本發(fā)明的導(dǎo)航衛(wèi)星星間鏈路無(wú)線(xiàn)長(zhǎng)周期擴(kuò)頻碼信號(hào)高性能捕獲方法，為了避免存儲(chǔ)資源隨積分長(zhǎng)度增加，實(shí)現(xiàn)了“相干積分”的分段處理，通過(guò)引入“數(shù)據(jù)緩存”并具備緩存數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理能力，確保了分段積分結(jié)果連續(xù)相干可積。

3、本發(fā)明的導(dǎo)航衛(wèi)星星間鏈路無(wú)線(xiàn)長(zhǎng)周期擴(kuò)頻碼信號(hào)高性能捕獲方法，實(shí)現(xiàn)了并行相關(guān)運(yùn)算資源的時(shí)分復(fù)用，顯著提高了時(shí)域捕獲算法的資源利用率；實(shí)現(xiàn)了接收擴(kuò)頻信號(hào)的連續(xù)數(shù)據(jù)緩存及實(shí)時(shí)處理，大幅降低了對(duì)存儲(chǔ)資源的需求。

4、本發(fā)明的導(dǎo)航衛(wèi)星星間鏈路無(wú)線(xiàn)長(zhǎng)周期擴(kuò)頻碼信號(hào)高性能捕獲方法，為在“有限搜索范圍”條件下捕獲長(zhǎng)周期擴(kuò)頻信號(hào)的通用化解決方案，在充分保留時(shí)域捕獲算法優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，最大限度提高了計(jì)算及存儲(chǔ)資源利用率，可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)型星載及地面擴(kuò)頻接收機(jī)。

附圖說(shuō)明

圖1是測(cè)距通信一體化的星間鏈路無(wú)線(xiàn)信號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中邏輯處理的原理示意圖。

圖3是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中正交下變頻模塊的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖4是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中數(shù)據(jù)緩存模塊的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖5是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中“分段相干積分”的處理流程示意圖。

圖6是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中捕獲檢測(cè)結(jié)果的處理流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，為測(cè)距通信一體化的星間鏈路無(wú)線(xiàn)信號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖，包括測(cè)量支路與通信支路，其中，測(cè)量支路不含數(shù)據(jù)信息，僅包括擴(kuò)頻碼，通信支路則含有數(shù)據(jù)信息，并經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻調(diào)制，兩個(gè)支路按照UQPSK方式調(diào)制載波后生成星間無(wú)線(xiàn)信號(hào)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)生成的信號(hào)模型為：

式中：

j：表示衛(wèi)星編號(hào)；

A_c：表示調(diào)制于各頻點(diǎn)載波I支路的測(cè)距擴(kuò)頻碼振幅；

A_p：表示調(diào)制于各頻點(diǎn)載波Q支路的通信擴(kuò)頻碼振幅；

C：表示I支路測(cè)距擴(kuò)頻碼；

P：表示Q支路通信擴(kuò)頻碼；

D_p：表示Q支路通信擴(kuò)頻碼上調(diào)制的數(shù)據(jù)碼；

f：表示星間鏈路載波頻率；

表示星間鏈路測(cè)量信道載波初相；

表示星間鏈路通信信道載波初相。

接收機(jī)接收星間無(wú)線(xiàn)信號(hào)，通過(guò)跟蹤測(cè)量支路偽碼或載波相位，實(shí)現(xiàn)星間測(cè)距及時(shí)間同步功能，并輔助完成通信支路數(shù)據(jù)傳輸功能。因此，接收機(jī)僅針對(duì)測(cè)量支路進(jìn)行捕獲處理。

如圖2所示，本發(fā)明的導(dǎo)航衛(wèi)星星間鏈路無(wú)線(xiàn)長(zhǎng)周期擴(kuò)頻碼信號(hào)高性能捕獲方法，其步驟為：

S1：對(duì)AD采樣的中頻接收信號(hào)進(jìn)行正交下變頻，得到復(fù)數(shù)基帶信號(hào)，包括I/Q兩路；

S2：對(duì)I/Q信號(hào)進(jìn)行連續(xù)的數(shù)據(jù)緩存；

S3：“一段”I/Q信號(hào)存滿(mǎn)后與本地多路擴(kuò)頻碼信號(hào)進(jìn)行并行相關(guān)運(yùn)算；

S4：運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行相干累加后存入“相干積分緩存”，直至全部緩存區(qū)存滿(mǎn)，否則切換“相干積分緩存”緩存區(qū)，返回步驟S3；

S5：待“相干積分緩存”存滿(mǎn)后，返回步驟S3，對(duì)“下一段”I/Q信號(hào)進(jìn)行處理，直至完成全部相干積分；

S6：待“相干積分”完成，對(duì)相干積分結(jié)果取模平方，結(jié)果經(jīng)過(guò)非相干累加后存入“非相干積分緩存”，直至全部緩存區(qū)存滿(mǎn)，若未達(dá)到非相干積分長(zhǎng)度，則返回步驟S3，執(zhí)行下一輪非相干積分；

S7：待“非相干積分”完成，對(duì)非相干積分緩存內(nèi)代表不同相位的積分檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行峰值檢測(cè)，并判決捕獲是否成功，若未成功，則調(diào)整本地?cái)U(kuò)頻碼相位或本地載波頻率，返回步驟S3，開(kāi)始新的區(qū)間搜索直至捕獲成功。捕獲判決就是通過(guò)對(duì)比“峰值”與捕獲門(mén)限“閾值”判定捕獲是否成功。

在上述步驟S2中，所述數(shù)據(jù)緩存包括大小相同的兩個(gè)緩存區(qū)，位寬為I\Q兩路信號(hào)寬度之和，存儲(chǔ)深度為L(zhǎng)，且該深度不依賴(lài)于總檢測(cè)積分長(zhǎng)度，信號(hào)寫(xiě)時(shí)鐘為采樣時(shí)鐘，寫(xiě)入過(guò)程中通過(guò)控制“寫(xiě)使能”實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的選抽，選抽速率為f_p，讀時(shí)鐘則為系統(tǒng)工作時(shí)鐘，頻率為f_m。

在上述步驟中，通過(guò)相關(guān)器執(zhí)行分段積分操作，積分長(zhǎng)度為L(zhǎng)，I/Q兩路信號(hào)的積分器數(shù)量各N個(gè)，可同時(shí)對(duì)緩存信號(hào)與N路不同相位的本地?cái)U(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行積分，利用工作時(shí)鐘與信號(hào)選抽速率的差異對(duì)積分器進(jìn)行M次的時(shí)分復(fù)用，使得緩存信號(hào)時(shí)間內(nèi)最多可執(zhí)行N×M次“分段相干積分”。

在上述步驟中，“相干積分緩存”包括M個(gè)緩存區(qū)，每個(gè)緩存區(qū)存儲(chǔ)N個(gè)相位的相干積分結(jié)果。“非相干積分緩存”包括M個(gè)緩存區(qū)，每個(gè)緩存區(qū)存儲(chǔ)N個(gè)相位的非相干積分結(jié)果。峰值檢測(cè)則是搜索N×M個(gè)相位積分檢測(cè)結(jié)果中的最大值。

由本發(fā)明的上述完整流程可知，為減少相關(guān)器數(shù)量以達(dá)到節(jié)省計(jì)算資源的目的，本發(fā)明由高速時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)本地?cái)U(kuò)頻碼序列與接收序列的相關(guān)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)運(yùn)算模塊資源的時(shí)分復(fù)用。為了避免數(shù)據(jù)存儲(chǔ)資源隨積分長(zhǎng)度增加，本發(fā)明通過(guò)引入“數(shù)據(jù)緩存”，并且具備對(duì)緩存數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理能力，確保了分段積分結(jié)果能夠用于相干累加，從而實(shí)現(xiàn)了“相干積分”的分段處理。同時(shí)，為適應(yīng)不同強(qiáng)度條件下的信號(hào)捕獲需求，本發(fā)明設(shè)計(jì)了用于暫存積分結(jié)果的“相干積分緩存”以及“非相干積分緩存”，實(shí)現(xiàn)了“相干積分”與“非相干積分”在積分長(zhǎng)度的靈活配置。

同時(shí)，為避免長(zhǎng)時(shí)間“相干積分”及“非相干積分”過(guò)程中出現(xiàn)載波及碼相位滑動(dòng)，本發(fā)明中載波生成模塊適時(shí)調(diào)整載波頻率，并通過(guò)對(duì)接收信號(hào)的選抽進(jìn)行碼多普勒補(bǔ)償。針對(duì)“相干積分”結(jié)果的“模平方”操作，也可以調(diào)整為包括“平方和”或“差分相干”等其他檢波方式。

如圖3所示，為正交下變頻模塊的結(jié)構(gòu)原理示意圖。接收信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻通道，變頻為中頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D采樣后與正交的單頻載波信號(hào)相乘，再經(jīng)過(guò)低通濾波，得到復(fù)數(shù)基帶信號(hào)r，表示為：

r(n)＝r_I(n)+jr_Q(n) (n＝1,2,3L) (2)

其中，

式中，C表示測(cè)量支路偽碼序列，φ表示偽碼相位偏移，f_d表示殘余多普勒頻率，T_s表示采樣周期，表示載波初始相位，w表示隨機(jī)噪聲。緩存之前，對(duì)復(fù)數(shù)基帶信號(hào)進(jìn)行拼接，得到其中，[-]表示數(shù)據(jù)拼接。

如圖4所示，為本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中數(shù)據(jù)緩存模塊的結(jié)構(gòu)原理示意圖。數(shù)據(jù)緩存包括大小相同的兩個(gè)RAM，一個(gè)RAM存滿(mǎn)后自動(dòng)切換至下一RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存，同時(shí)，啟動(dòng)對(duì)已存滿(mǎn)RAM數(shù)據(jù)的后續(xù)處理。數(shù)據(jù)緩存的寫(xiě)時(shí)鐘與采樣時(shí)鐘一致，頻率為f_s，由碼NCO產(chǎn)生“寫(xiě)使能脈沖”對(duì)數(shù)據(jù)r(n)進(jìn)行選擇性存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)基帶信號(hào)的選抽，選抽后數(shù)據(jù)的等效采樣速率f_p為擴(kuò)頻碼速率的兩倍，數(shù)據(jù)緩存的讀時(shí)鐘與緩存數(shù)據(jù)的后續(xù)處理時(shí)鐘一致，頻率為f_m。設(shè)緩存數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為L(zhǎng)，那么，存滿(mǎn)RAM所需時(shí)長(zhǎng)為T(mén)_pL，其中，T_p表示選抽后的數(shù)據(jù)采樣周期，為了避免緩存數(shù)據(jù)溢出，RAM數(shù)據(jù)的處理時(shí)長(zhǎng)應(yīng)小于T_pL。

如圖5所示，為本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中“分段相干積分”處理流程示意圖。對(duì)并行相關(guān)器進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，共計(jì)M輪，任意一輪處理(第m次)可按照以下步驟進(jìn)行：

S100：讀取已存滿(mǎn)的RAM內(nèi)緩存數(shù)據(jù)，碼生成器同時(shí)生成N路本地?cái)U(kuò)頻信號(hào)，對(duì)應(yīng)的偽碼相位為(φ_(m-1)N+1,φ_(m-1)N+2L φ_(m-1)N+N)；

S200：本地偽碼信號(hào)與緩存數(shù)據(jù)在N路并行相關(guān)器內(nèi)執(zhí)行I/Q信號(hào)相關(guān)積分；

S300：積分結(jié)束共得到N個(gè)積分結(jié)果，再與“相干積分緩存”的“緩存區(qū)m”內(nèi)數(shù)據(jù)累加(緩存區(qū)初始值為0)，累加結(jié)果重新寫(xiě)入“相干積分緩存”的“緩存區(qū)m”內(nèi)，直至第M輪積分結(jié)果寫(xiě)入“緩存區(qū)M”，否則返回步驟一進(jìn)入下一輪相關(guān)處理。

待整個(gè)處理流程結(jié)束，便完成了對(duì)數(shù)據(jù)“分段相干積分”操作，積分長(zhǎng)度為L(zhǎng)/2個(gè)碼片，格點(diǎn)數(shù)量為N×M個(gè)，I/Q兩路積分結(jié)果存儲(chǔ)在“相干積分緩存”的M個(gè)緩存區(qū)內(nèi)，每個(gè)緩存區(qū)存儲(chǔ)N個(gè)積分值。

任意碼相位φ_l的第k次“分段相干積分”結(jié)果表示為：

如圖6所示，為本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中捕獲檢測(cè)結(jié)果處理流程示意圖。按照以下步驟進(jìn)行：

S1000：按照?qǐng)D5的流程得到“分段相干積分”結(jié)果；

S2000：切換“數(shù)據(jù)緩存”，執(zhí)行下一段“分段相干積分”，與上一段結(jié)果的累加后存儲(chǔ)在“相干積分緩存”內(nèi)，直至全部“相干積分”結(jié)束，進(jìn)入步驟S3000，否則，返回步驟S1000；

S3000：對(duì)N×M個(gè)I/Q“相干積分”值求平方和，得到N×M個(gè)“模平方”結(jié)果，若不需要進(jìn)一步“非相干積分”，“模平方”結(jié)果即作為最終檢測(cè)結(jié)果，否則，進(jìn)入步驟S4000；

S4000：將N×M個(gè)“模平方”結(jié)果依次與“非相干積分緩存”內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行累加(緩存區(qū)初始值為0)，累加結(jié)果重新寫(xiě)入“非相干積分緩存”內(nèi)，直至全部寫(xiě)入“非相干積分緩存”，即完成一次“非相干積分”。

重復(fù)上述過(guò)程，直至全部“非相干積分”結(jié)束，最終，在“非相干積分緩存”內(nèi)存儲(chǔ)的N×M個(gè)積分結(jié)果即為捕獲檢測(cè)結(jié)果。接下來(lái)的峰值檢測(cè)，將搜索出N×M個(gè)檢測(cè)結(jié)果的最大值，并記錄該最大值對(duì)應(yīng)的碼相位，最后通過(guò)閾值比較確認(rèn)該結(jié)果的正確性。若當(dāng)前檢測(cè)結(jié)果不存在相位真值，則進(jìn)一步擴(kuò)大搜索范圍，對(duì)下一組N×M結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)。

任意碼相位φ_l的“相干積分”結(jié)果表示為：

$I_I\left({\mathrm{\φ}}_l\right)=\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{I}_I(k,{\mathrm{\φ}}_l)---\left(7\right)$

$I_Q\left({\mathrm{\φ}}_l\right)=\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{I}_Q(k,{\mathrm{\φ}}_l)---\left(8\right)$

對(duì)于任意碼相位φ_l，經(jīng)過(guò)“非相干積分”后的最終檢測(cè)結(jié)果為：

I(φ_l)＝∑((I_I(φ_l))²+(I_Q(φ_l))²) (9)

參數(shù)計(jì)算：本發(fā)明中的參數(shù)包括：數(shù)據(jù)緩存的存儲(chǔ)深度L、并行相關(guān)器的數(shù)量N以及時(shí)分復(fù)用的次數(shù)M。其中，并行相關(guān)器的數(shù)量N越大越好，但要受到具體型號(hào)FPGA內(nèi)可用計(jì)算資源限定，存儲(chǔ)深度L不能超出FPGA內(nèi)可用存儲(chǔ)資源，并且連同時(shí)分復(fù)用次數(shù)M，決定了緩存數(shù)據(jù)的處理時(shí)間，因此受到實(shí)時(shí)處理?xiàng)l件的約束。

為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理，需避免數(shù)據(jù)緩存數(shù)據(jù)溢出，緩存數(shù)據(jù)的處理時(shí)間應(yīng)小于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間T_pL。一般情況下，對(duì)緩存數(shù)據(jù)做相干積分，包括M次長(zhǎng)度為L(zhǎng)的并行相關(guān)積分、N×M次“分段相干積分”結(jié)果求和以及N×M次“相干積分緩存”寫(xiě)入，當(dāng)需要做非相干積分時(shí)，對(duì)緩存數(shù)據(jù)的處理還增加了N×M次“相干積分緩存”讀取、N×M次求平方和以及N×M次“非相干積分緩存”寫(xiě)入。最復(fù)雜情況下的緩存數(shù)據(jù)處理時(shí)間可表示為：

T_m(L+C₁)M+T_m(C₂+2C₃+C₄)NM

式中，T_m表示工作時(shí)鐘周期，C₁表示并行相關(guān)器群時(shí)延時(shí)鐘計(jì)數(shù)，C₂表示求和時(shí)延計(jì)數(shù)，C₃表示緩存寫(xiě)入時(shí)延計(jì)數(shù)，C₄表示求平方和時(shí)延計(jì)數(shù)，各種處理時(shí)延的計(jì)數(shù)均可以在具體型號(hào)FPGA內(nèi)確定。根據(jù)實(shí)時(shí)處理要求，需滿(mǎn)足：

T_m(L+C₁)M+T_m(C₂+2C₃+C₄)NM<T_pL (10)

根據(jù)器件類(lèi)型查找C₁,C₂,C₃,C₄等參數(shù)，并根據(jù)系統(tǒng)資源配置情況確定T_m,T_p,N，然后，根據(jù)公式(10)篩選出不同M和L，速度優(yōu)先時(shí)盡可能選擇較大的M，資源優(yōu)先時(shí)，盡量減小L。

通常情況下，適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)深度L能夠滿(mǎn)足：

C₁M+(C₂+2C₃+C₄)NM<L (11)

公式(10)可簡(jiǎn)化為：

T_mL(M+1)<T_pL (12)

那么，

$M=\&lsqb;\frac{T_p}{T_m}\&rsqb;-1---\left(13\right)$

式中，[·]表示求整。

性能分析：基于本發(fā)明的方法，在具體應(yīng)用時(shí)構(gòu)成了一種時(shí)域捕獲的通用化處理結(jié)構(gòu)，支持對(duì)“相干積分”及“非相干積分”長(zhǎng)度的靈活任意配置，且通過(guò)對(duì)并行相關(guān)器的“時(shí)分復(fù)用”提升處理效率。在捕獲靈敏度相同的條件下，相比串行捕獲，效率提升了N×M倍，相比并行捕獲，效率提升了M倍。另外，本發(fā)明對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)不依賴(lài)于“預(yù)檢測(cè)積分長(zhǎng)度”，而只需要少量存儲(chǔ)資源。

在一個(gè)具體應(yīng)用實(shí)例中，根據(jù)典型值，設(shè)定偽碼速率為10.23Mcps，相位搜索范圍為±50us(對(duì)應(yīng)2046個(gè)相位格點(diǎn))，多普勒范圍為±50Hz，為達(dá)到捕獲靈敏度要求所需的“預(yù)檢測(cè)積分長(zhǎng)度”為1ms。據(jù)此，本發(fā)明做如下配置：(1)全部采用“相干積分”，積分時(shí)長(zhǎng)為1ms，積分點(diǎn)數(shù)為20460；(2)設(shè)定數(shù)據(jù)緩存長(zhǎng)度為1023，完成全部相干積分，需要執(zhí)行20次“分段相干積分”；(3)根據(jù)FPGA資源，并行積分器40個(gè)；(4)工作處理時(shí)鐘為80MHz，由于滿(mǎn)足公式(11)所述條件，時(shí)分復(fù)用次數(shù)M＝3。根據(jù)上述配置，1ms積分時(shí)間內(nèi)可完成120個(gè)格點(diǎn)搜索，那么，完成全部搜索，僅需要18ms，且只需要少量存儲(chǔ)資源。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。