本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信領(lǐng)域，具體涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)捕獲裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供高精度、全天候、全球性的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的方方面面。隨著科技的發(fā)展，中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（bds）也逐漸成為了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要組成部分。bds不但能夠提供高精度定位服務(wù)，還具有短報(bào)文通信、精密單點(diǎn)定位等特有的功能。

2、bds衛(wèi)星分別在6個(gè)載波上發(fā)射8個(gè)民用信號(hào)，包括b2a、b2b、b2i、b3i、b1i、b1c、s1、s2c。支持多頻點(diǎn)信號(hào)的接收機(jī)可以進(jìn)行高質(zhì)量的定位、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)精密單點(diǎn)定位、rtk技術(shù)、抗干擾、電離層精確建模、短報(bào)文通信等的功能。

3、雖然bds的信號(hào)較多，但是仍然有一些信號(hào)的應(yīng)用受到限制，比如沒(méi)有導(dǎo)頻分量同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率較高的信號(hào)，相干積分時(shí)間較短，信號(hào)捕獲和跟蹤性能較差，比如b2b信號(hào)、geo?b1i信號(hào)、b1c?sbas信號(hào)、s1信號(hào)和s2c信號(hào)等。對(duì)于高性能gnss接收機(jī)，內(nèi)置的cpu具有足夠的算力處理更多的信號(hào)觀測(cè)量，如果有更多可用的觀測(cè)量參與定位和授時(shí)，能夠提高gnss接收機(jī)的服務(wù)質(zhì)量，進(jìn)一步增強(qiáng)接收機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述現(xiàn)狀，本發(fā)明的主要目的在于在捕獲方案中增加復(fù)數(shù)平方單元，消除了傳輸數(shù)據(jù)比特和nh碼的影響，可以進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的相干累加，能夠有效提高沒(méi)有導(dǎo)頻分量同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率較高的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的捕獲性能，增加接收機(jī)可用觀測(cè)量數(shù)目。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)捕獲裝置，包括中頻信號(hào)預(yù)處理模塊和相干累加模塊，

4、所述中頻信號(hào)預(yù)處理模塊用于對(duì)接收的中頻數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，得到零中頻預(yù)處理捕獲數(shù)據(jù)；

5、所述相干累加模塊包括多個(gè)相干累加通道，每個(gè)相干累加通道包括第一相干累加單元、復(fù)數(shù)平方單元、選擇器單元，

6、所述第一相干累加單元用于對(duì)所述零中頻預(yù)處理捕獲數(shù)據(jù)進(jìn)行相干累加計(jì)算；

7、所述復(fù)數(shù)平方單元用于對(duì)所述相干累加單元的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行復(fù)數(shù)平方計(jì)算；

8、所述選擇器單元用于在所述相干累加通道處理的信號(hào)是第一導(dǎo)航信號(hào)時(shí)，輸出所述復(fù)數(shù)平方單元的計(jì)算結(jié)果，否則，輸出所述相干累加單元的計(jì)算結(jié)果，所述第一導(dǎo)航信號(hào)為沒(méi)有導(dǎo)頻分量且數(shù)據(jù)傳輸速率大于預(yù)設(shè)傳輸速率的導(dǎo)航信號(hào)。

9、優(yōu)選地，所述中頻信號(hào)預(yù)處理模塊包括捕獲中頻剝離單元、捕獲降采樣單元、捕獲數(shù)據(jù)緩存單元和多普勒頻率nco單元，

10、所述捕獲中頻剝離單元用于對(duì)所述中頻數(shù)據(jù)信號(hào)中殘留的中頻頻率進(jìn)行剝離，以將采樣數(shù)據(jù)頻帶搬移到零中頻；

11、所述捕獲降采樣單元用于將所述零中頻的采樣數(shù)據(jù)降采樣至標(biāo)稱(chēng)偽碼速率的整數(shù)倍；

12、所述捕獲數(shù)據(jù)緩存單元用于緩存所述捕獲降采樣單元輸出的數(shù)據(jù)；

13、所述多普勒頻率nco單元用于產(chǎn)生多普勒頻率nco，并對(duì)所述捕獲數(shù)據(jù)緩存單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行多普勒頻率進(jìn)行粗略估計(jì)和剝離，以得到零中頻預(yù)處理捕獲數(shù)據(jù)。

14、優(yōu)選地，對(duì)于非boc調(diào)制信號(hào)，所述捕獲降采樣單元將所述零中頻的采樣數(shù)據(jù)降采樣至2倍標(biāo)稱(chēng)偽碼速率；對(duì)于boc調(diào)制信號(hào)，所述捕獲降采樣單元將所述零中頻的采樣數(shù)據(jù)降采樣至4倍或者6倍標(biāo)稱(chēng)偽碼速率。

15、優(yōu)選地，所述中頻信號(hào)預(yù)處理模塊還包括擴(kuò)頻碼緩存單元，用于產(chǎn)生指定衛(wèi)星信號(hào)的擴(kuò)頻碼并進(jìn)行緩存。

16、優(yōu)選地，所述第一相干累加單元第次相干累加結(jié)果為：

17、

18、其中：為相關(guān)幅值，，為采樣率；為傳輸數(shù)據(jù)，+1或者-1；為多普勒頻率；為相干累加時(shí)間；為相位；為同相分量噪聲，為正交分量噪聲。

19、優(yōu)選地，所述復(fù)數(shù)平方單元采用如下公式進(jìn)行計(jì)算：

20、；

21、其中：為相關(guān)幅值，，為采樣率；為多普勒頻率；為相干累加時(shí)間；為相位；為同相分量噪聲，為正交分量噪聲。

22、優(yōu)選地，所述相干累加通道還包括fft單元和非相干累加單元，

23、所述fft單元用于對(duì)所述選擇器單元的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行fft計(jì)算；

24、所述非相干累加單元用于對(duì)所述fft單元的輸出結(jié)果進(jìn)行非相干累加計(jì)算。

25、優(yōu)選地，當(dāng)所述選擇器單元輸出所述復(fù)數(shù)平方單元的計(jì)算結(jié)果時(shí)，所述fft單元計(jì)算結(jié)果為：

26、；

27、其中：參與fft運(yùn)算的個(gè)連續(xù)的相干累加在一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)比特內(nèi)，和分別為fft運(yùn)算輸出噪聲分量；

28、令取值最大的對(duì)應(yīng)的譜線為多普勒估計(jì)值：

29、

30、當(dāng)所述選擇器單元輸出所述相干累加單元的計(jì)算結(jié)果時(shí)，所述fft單元計(jì)算結(jié)果為：

31、；

32、其中：參與fft運(yùn)算的個(gè)連續(xù)的相干累加在一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)比特內(nèi)，和分別為fft運(yùn)算輸出噪聲分量,令取值最大的對(duì)應(yīng)的譜線為多普勒估計(jì)值：

33、；

34、為相關(guān)幅值，，為多普勒頻率；為相干累加時(shí)間；為相位，n為fft計(jì)算的點(diǎn)數(shù)，k為fft計(jì)算的第k個(gè)譜線。

35、優(yōu)選地，所述相干累加通道還包括第二相干累加單元，所述第二相干累加單元用于對(duì)所述復(fù)數(shù)平方單元的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相干累加。

36、優(yōu)選地，所述裝置還包括捕獲判決模塊，所述捕獲判決模塊用于將所述相干累加通道輸出的累加結(jié)果最大的1個(gè)或者若干個(gè)計(jì)算結(jié)果對(duì)應(yīng)的多普勒和偽碼相位組合作為捕獲結(jié)果。

37、本發(fā)明還公開(kāi)一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)接收芯片，所述芯片包括本發(fā)明所述的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)捕獲裝置，以進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的捕獲。

38、本發(fā)明還公開(kāi)一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)，采用本發(fā)明所述的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)接收芯片。

39、本發(fā)明還公開(kāi)一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)捕獲方法，包括步驟，

40、s100，對(duì)接收的中頻數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，得到零中頻預(yù)處理捕獲數(shù)據(jù)；

41、s200，對(duì)所述零中頻預(yù)處理捕獲數(shù)據(jù)進(jìn)行相干累加計(jì)算；

42、s300，對(duì)所述相干累加計(jì)算結(jié)果進(jìn)行復(fù)數(shù)平方計(jì)算；

43、s400，當(dāng)所述相干累加處理的信號(hào)是第一導(dǎo)航信號(hào)時(shí)，輸出所述復(fù)數(shù)平方的計(jì)算結(jié)果，否則，輸出所述相干累加的計(jì)算結(jié)果，所述第一導(dǎo)航信號(hào)為沒(méi)有導(dǎo)頻分量且數(shù)據(jù)傳輸速率大于預(yù)設(shè)傳輸速率的導(dǎo)航信號(hào)。

44、優(yōu)選地，所述步驟s100包括，

45、s101，對(duì)所述中頻數(shù)據(jù)信號(hào)中殘留的中頻頻率進(jìn)行剝離，以將采樣數(shù)據(jù)頻帶搬移到零中頻；

46、s103，將所述零中頻的采樣數(shù)據(jù)降采樣至標(biāo)稱(chēng)偽碼速率的整數(shù)倍；

47、s105，緩存所述捕獲降采樣單元輸出的數(shù)據(jù)；

48、s107，對(duì)所述緩存的數(shù)據(jù)進(jìn)行多普勒頻率進(jìn)行粗略估計(jì)和剝離，以得到零中頻預(yù)處理捕獲數(shù)據(jù)。

49、優(yōu)選地，所述步驟s103中包括，

50、對(duì)于非boc調(diào)制信號(hào)，所述捕獲降采樣單元將所述零中頻的采樣數(shù)據(jù)降采樣至2倍標(biāo)稱(chēng)偽碼速率；

51、對(duì)于boc調(diào)制信號(hào)，所述捕獲降采樣單元將所述零中頻的采樣數(shù)據(jù)降采樣至4倍或者6倍標(biāo)稱(chēng)偽碼速率。

52、優(yōu)選地，所述步驟s200中對(duì)所述零中頻預(yù)處理捕獲數(shù)據(jù)進(jìn)行相干累加計(jì)算的計(jì)算結(jié)果為：

53、；

54、其中：為相關(guān)幅值，，為采樣率；為傳輸數(shù)據(jù)，+1或者-1；為多普勒頻率；為相干累加時(shí)間；為相位；為同相分量噪聲，為正交分量噪聲。

55、優(yōu)選地，所述步驟s300中采用如下公式對(duì)所述相干累加計(jì)算結(jié)果進(jìn)行復(fù)數(shù)平方計(jì)算：

56、；

57、其中：為相關(guān)幅值，，為采樣率；為多普勒頻率；為相干累加時(shí)間；為相位；為同相分量噪聲，為正交分量噪聲。

58、優(yōu)選地，所述方法還包括步驟，

59、s500，對(duì)所述步驟s400輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行fft計(jì)算；

60、s600，對(duì)所述步驟s500輸出的fft計(jì)算結(jié)果進(jìn)行非相干累加計(jì)算。

61、優(yōu)選地，當(dāng)輸出所述復(fù)數(shù)平方計(jì)算結(jié)果時(shí)，所述步驟s500計(jì)算結(jié)果為：

62、；

63、其中：參與fft運(yùn)算的個(gè)連續(xù)的相干累加在一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)比特內(nèi)，和分別為fft運(yùn)算輸出噪聲分量；

64、令取值最大的對(duì)應(yīng)的譜線為多普勒估計(jì)值：

65、

66、當(dāng)所述步驟s400輸出所述相干累加計(jì)算結(jié)果時(shí)，所述步驟s500計(jì)算結(jié)果為：

67、；

68、其中：參與fft運(yùn)算的個(gè)連續(xù)的相干累加在一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)比特內(nèi)，和分別為fft運(yùn)算輸出噪聲分量,令取值最大的對(duì)應(yīng)的譜線為多普勒估計(jì)值：

69、；

70、為相關(guān)幅值，，為多普勒頻率；為相干累加時(shí)間；為相位，n為fft計(jì)算的點(diǎn)數(shù)，k為fft計(jì)算的第k個(gè)譜線。

71、優(yōu)選地，所述步驟s300還包括，對(duì)所述復(fù)數(shù)平方的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相干累加。

72、優(yōu)選地，所述方法還包括步驟s700，將所述相干累加輸出的累加結(jié)果最大的1個(gè)或者若干個(gè)計(jì)算結(jié)果對(duì)應(yīng)的多普勒和偽碼相位組合作為捕獲結(jié)果。

73、本發(fā)明的技術(shù)方案在捕獲方案中增加復(fù)數(shù)平方單元，消除了傳輸數(shù)據(jù)比特和nh碼的影響，可以進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的相干累加，能夠有效提高沒(méi)有導(dǎo)頻分量同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率較高的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的捕獲性能，增加接收機(jī)可用觀測(cè)量數(shù)目。尤其對(duì)b2b信號(hào)、geo?b1i信號(hào)等這類(lèi)數(shù)據(jù)傳輸速率較高的信號(hào)，能夠有效提高捕獲靈敏度，對(duì)于b1i和b3i等具有nh碼調(diào)制的信號(hào)，復(fù)數(shù)平方操作能夠有效提高捕獲靈敏度，對(duì)于支持北斗短報(bào)文的接收機(jī)，采用復(fù)數(shù)平方操作，能夠有效提高s1/s2c信號(hào)的捕獲靈敏度。

74、本發(fā)明的其他有益效果，將在具體實(shí)施方式中通過(guò)具體技術(shù)特征和技術(shù)方案的介紹來(lái)闡述，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)這些技術(shù)特征和技術(shù)方案的介紹，應(yīng)能理解所述技術(shù)特征和技術(shù)方案帶來(lái)的有益技術(shù)效果。