卫星数据捕获装置和捕获方法
【专利摘要】本发明涉及一种卫星数据捕获装置和捕获方法，其中，卫星数据捕获装置包括预处理单元、存储单元、并行累加单元、累加结果存储输出单元、快速傅里叶变换单元、最大值检测单元以及判决单元。本发明的卫星数据捕获装置和捕获方法兼容多种调制方式多种系统，多种码速率和码长，且运算速率较高，且可节省硬件资源。
【专利说明】卫星数据捕获装置和捕获方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数据通信技术，特别是一种卫星数据捕获装置和捕获方法。
【背景技术】
[0002]中国北斗导航系统已经实现亚太中国区域的覆盖，实现了中国区域的导航。由于中国北斗系统和欧洲Galileo导航系统的加入，全球卫星导航系统的版图正在由美国的GPS和俄罗斯GL0NASS两强统治的局面，演变成多系统多频点多种信号体制兼容的局势。新的系统和信号的加入，势必会导致新一代全球卫星导航系统(GNSS, Global NavigationSatellite System)接收机需要使用更加通用的兼容多系统的捕获方法。

【发明内容】

[0003]在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0004]本发明的一个主要目的在于提供一种卫星数据捕获装置和捕获方法，兼容多种调制方式，例如二相相移键控(Binary Phase Shift Keying, BPSK)调制，四相相移键控信号(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)调制，二进制偏置载波(Binary Offset Carrier,BOC，多种系统(GPS，GL0NASS，北斗2，Galileo)，多种码速率和码长。
[0005]根据本发明的一方面，一种卫星数据捕获装置，包括:
[0006]预处理单元，用于对捕获的数字信号进行预处理，得到第一量化信号和第二量化信号;
[0007]存储单元，用于将所述第一量化信号存储成第一量化序列并输出，将所述第二量化信号存储成第二量化序列并输出，以及将伪码存储成伪码序列并输出；
[0008]并行累加单元，用于将所述存储单元输出的所述第一量化序列与所述存储单元输出的所述伪码序列进行异或后累加得到第一累加序列，以及将所述存储单元输出的所述第二量化序列与所述伪码序列进行异或后累加得到第二累加序列；
[0009]累加结果存储输出单元，用于存储并输出所述第一累加序列和所述第二累加序列；
[0010]快速傅里叶变换单元，用于将由所述第一累加序列的预定N位分别作为实部，由所述第二累加序列的预定N位分别作为虚部的复数进行快速傅里叶变换得到N个复数值；
[0011]最大值检测单元，用于对所述N个复数值进行最大值查找，得到功率最大值、相应的频率分量和伪码相位；
[0012]以及，
[0013]判决单元，用于对所述最大值检测单元检测到的功率最大值与预设值进行比较，当二者的比值大于门限值时，则与伪码相应的信号捕获成功。[0014]根据本发明的第二方面，一种卫星数据捕获方法，其特征在于，包括:
[0015]对捕获的数字信号进行预处理，得到第一量化信号和第二量化信号；
[0016]将所述第一量化信号存储成第一量化序列并输出，将所述第二量化信号存储成第二量化序列并输出，以及将伪码存储成伪码序列并输出；
[0017]将所述第一量化序列与所述伪码序列进行异或后累加得到第一累加序列，并将所述第二量化序列与所述伪码序列进行异或后累加得到第二累加序列；
[0018]存储并输出所述第一累加序列和所述第二累加序列；
[0019]将由所述第一累加序列的预定N位分别作为实部，由所述第二累加序列的预定N位分别作为虚部的复数进行快速傅里叶变换得到N个复数值；
[0020]对所述N个复数值进行最大值查找，得到功率最大值、相应的频率分量和伪码相位；
[0021]以及，
[0022]对所述功率最大值与预设值进行比较，当二者的比值大于门限值时，则与伪码相应的信号捕获成功。
[0023]采用本发明的卫星信号捕获装置和捕获方法，兼容多种调制方式(BPSK，QPSK，B0C)，多种系统(GPS，GL0NASS，北斗2，Galileo)，多种码速率和码长，并且运算效率高，较明显的节省了硬件资源。
【专利附图】

【附图说明】
[0024]参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
[0025]图1为本发明的卫星信号捕获装置的一种实施方式的结构图；
[0026]图2为图1中的预处理单元的一种实施方式的结构图；
[0027]图3为图1中的存储单元的数据存储模式的示意图；
[0028]图4为图1中的存储单元的伪码存储模式的示意图；
[0029]图5、图6为图1中的并行累加单元的并行累加的示意图；
[0030]图7为本发明的卫星信号捕获方法的一种实施方式的流程图。
【具体实施方式】
[0031]下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
[0032]参见图1所示，为本发明的卫星数据捕获装置的一种实施方式的结构图。
[0033]在本实施方式中，卫星数据捕获装置包括预处理单元10、存储单元20、并行累加单元30、累加结果存储输出单元40、快速傅里叶变换单元50、最大值检测单元60以及判决单元70。
[0034]其中，预处理单元10用于对捕获的数字信号进行预处理，得到第一量化信号和第二量化信号。
[0035]存储单元20用于将第一量化信号存储成第一量化序列并输出，将第二量化信号存储成第二量化序列并输出，以及将伪码存储成伪码序列并输出；
[0036]并行累加单元30用于将存储单元输出的第一量化序列与存储单元输出的伪码序列进行异或后累加得到第一累加序列，以及将存储单元输出的第二量化序列与伪码序列进行异或后累加得到第二累加序列。
[0037]累加结果存储输出单元40用于存储并输出第一累加序列和第二累加序列。
[0038]快速傅里叶变换单元50用于将由第一累加序列的预定N位分别作为实部，由第二累加序列的预定N位分别作为虚部的复数进行快速傅里叶变换得到NI个复数值，其中N小于或等于NI。
[0039]最大值检测单元60用于对相同伪码相位的NI个复数计算平方和，再对其中相同频率分量的值进行M次累加，并对累加结果进行最大值查找，得到功率最大值、相应的频率分量和伪码相位。
[0040]判决单元70用于对最大值检测单元60检测到的功率最大值与预设值进行比较，当二者的比值大于门限值时，则与伪码相应的信号捕获成功。
[0041]参见图2所示，为预处理单元10的一种实施方式的结构图。
[0042]在本实施方式中，预处理单元包括数字频率合成模块11、第一再量化模块12和第二再量化模块13。
[0043]其中，数字频率合成模块11用于将捕获的数字信号处理成第一预处理信号和第二预处理信号，第一预处理信号和第二预处理信号为零频附近相互正交的信号。
[0044]第一再量化模块12用于将第一预处理信号重新量化成为第一量化信号，第二再量化模块13用于将第二预处理信号重新量化成为第二量化信号。
[0045]作为一种实施方式，第一再量化模块12可以包括第一乘法器121,第一 FIR滤波器122，第一抽取模块123和第一量化模块124。
[0046]第一乘法器121用于将捕获的数字信号与第一预处理信号相乘得到零频附近的第一混合信号data_mi,第一FIR滤波器122用于将第一混合信号data_mi进行滤波得到第一滤波信号data_fi，第一抽取模块123用于将第一滤波信号进行抽取得到第一抽取信号data_di,从而降低信号的处理速率,第一量化模块124用于将第一抽取信号量化成为第一量化信号dil，...，dim。
[0047]类似地，第二再量化模块13可以包括第二乘法器131，第二滤波器132，第二抽取模块133和第二量化模块134。
[0048]第二乘法器131用于将捕获的数字信号与第二预处理信号相乘得到第二混合信号，第二 FIR滤波器132用于将第二混合信号进行滤波得到第二滤波信号，第二抽取模块133用于将第二滤波信号进行抽取得到第二抽取信号，从而降低信号的处理速率，第二量化模块134用于将第二抽取信号量化成为第二量化信号。
[0049]数字频率合成模块11对捕获的数字信号adc进行预处理，再分别与捕获的数字信号相乘，得到零频附近的数字信号data_mi和data_mq。data_mi和data_mq分别经过第一FIR滤波器122和第二 FIR滤波器132处理后得到data_f i和data_fq，再分别经第一抽取模块123和第二抽取模块133抽取后得到data_di和data_dq，抽取的目的主要在于降低数字信号的处理速率。
[0050]接下来，第一量化模块124对data_di重新量化得到“dil，dim”，第二量化模块134对data_dq重新量化得到“dql,..., dqm”,其中dim和dqm都是一个Ibit的数,只能表示成“O”和“I”。
[0051]第一 FIR滤波器122和第二 FIR滤波器132具备多组带宽参数，根据具体的情况选择不同的参数。
[0052]这里需要注意重新量化的实现和量化后数据的意义。捕获的数字信号一般情况下是两位量化，即量化成+-1和+_3，表1-1给出了相关内容。
[0053]以data_di为例子，利用公式(1.1)说明重新量化的实现。
[0054]假设data_di的均值为V。,方差为σ ,重新量化为data_ti。data_ti重新量化成"dil,..., dim”，“dil，...，dim”对应的权值为“Al，...，Am”，(1.2)给出了数学表达式。将data_ti量化成+-1和+-3，用2bit表示，具体实现见表1_2。现在为了加快进度，实现的时候只使用了 lbit, data_ti量化成+_1，“0”和“I”分别表示-1和+1。
【权利要求】
1.一种卫星数据捕获装置，其特征在于，包括: 预处理单元，用于对捕获的数字信号进行预处理，得到第一量化信号和第二量化信号; 存储单元，用于将所述第一量化信号存储成第一量化序列并输出，将所述第二量化信号存储成第二量化序列并输出，以及将伪码存储成伪码序列并输出； 并行累加单元，用于将所述存储单元输出的所述第一量化序列与所述存储单元输出的所述伪码序列进行异或后累加得到第一累加序列，以及将所述存储单元输出的所述第二量化序列与所述伪码序列进行异或后累加得到第二累加序列； 累加结果存储输出单元，用于存储并输出所述第一累加序列和所述第二累加序列；快速傅里叶变换单元，用于将由所述第一累加序列的预定N个数分别作为实部，由所述第二累加序列的预定N个数分别作为虚部的复数进行快速傅里叶变换得到NI个复数值，其中N小于或等于NI ； 最大值检测单元，用于对相同伪码相位的NI个复数计算平方和，再对其中相同频率分量的值进行M次累加，并对累加结果进行最大值查找，得到功率最大值、相应的频率分量和伪码相位； 以及， 判决单元，用于对所述最大值检测单元检测到的功率最大值与预设值进行比较，当二者的比值大于门限值时，则与伪码相应的信号捕获成功。
2.根据权利要求1所述的卫星数据捕获装置，其特征在于，所述预处理单元包括:` 数字频率合成模块，用于将所述捕获的数字信号处理成第一预处理信号和第二预处理信号，所述第一预处理信号和所述第二预处理信号为零频附近相互正交的信号； 第一再量化模块，用于将所述第一预处理信号重新量化成为第一量化信号； 以及， 第二再量化模块，用于将所述第二预处理信号重新量化成为第二量化信号。
3.根据权利要求2所述的卫星数据捕获装置，其特征在于: 所述第一再量化模块包括第一乘法器，第一 FIR滤波器,第一抽取模块和第一量化模块； 所述第一乘法器用于将所述捕获的数字信号与所述第一预处理信号相乘得到第一混合信号，所述第一 FIR滤波器用于将所述第一混合信号进行滤波得到第一滤波信号，所述第一抽取模块用于将第一滤波信号进行抽取得到第一抽取信号，所述第一量化模块用于将所述第一抽取信号量化成为第一量化信号；所述第二再量化模块包括第二乘法器，第二滤波器，第二抽取模块和第二量化模块；所述第二乘法器用于将所述捕获的数字信号与所述第二预处理信号相乘得到第二混合信号，所述第二 FIR滤波器用于将所述第二混合信号进行滤波得到第二滤波信号，所述第二抽取模块用于将第二滤波信号进行抽取得到第二抽取信号，所述第二量化模块用于将所述第二抽取信号量化成为第二量化信号。
4.根据权利要求1所述的卫星数据捕获装置，其特征在于: 所述存储单元用于将所述第一量化信号按时间先后顺序拼接成62位的第一量化序列并输出；所述存储单元用于将所述第二量化信号按时间先后顺序拼接成62位的第二量化序列并输出； 所述存储单元还用于将所述伪码按照时间先后顺序拼接成31位的伪码序列并输出。
5.根据权利要求1所述的卫星数据捕获装置，其特征在于: 所述并行累加单元根据所述捕获的数字信号的特性选择将所述第一累加序列和第二累加序列串行输出或并行输出。
6.根据权利要求1所述的卫星数据捕获装置，其特征在于: 所述累加结果存储输出单元包括两组双RAM存储器，用于分别对第一累加序列和第二累加序列进行存储和输出的乒乓操作。
7.—种卫星数据捕获方法，其特征在于，包括: 对捕获的数字信号 进行预处理，得到第一量化信号和第二量化信号； 将所述第一量化信号存储成第一量化序列并输出，将所述第二量化信号存储成第二量化序列并输出，以及将伪码存储成伪码序列并输出； 将所述第一量化序列与所述伪码序列进行异或后累加得到第一累加序列，并将所述第二量化序列与所述伪码序列进行异或后累加得到第二累加序列； 存储并输出所述第一累加序列和所述第二累加序列； 将由所述第一累加序列的预定N个数分别作为实部，由所述第二累加序列的预定N个数分别作为虚部的复数进行快速傅里叶变换得到NI个复数值； 对相同伪码相位的NI个复数计算平方和，再对其中相同频率分量的值进行M次累加，并对累加结果进行最大值查找，得到功率最大值、相应的频率分量和伪码相位； 以及， 对所述功率最大值与预设值进行比较，当二者的比值大于门限值时，则与伪码相应的信号捕获成功。
8.根据权利要求7所述的卫星数据捕获方法，其特征在于，所述“对捕获的数字信号进行预处理，得到第一量化信号和第二量化信号”具体包括: 将所述捕获的数字信号处理成第一预处理信号和第二预处理信号，所述第一预处理信号和所述第二预处理信号为零频附近相互正交的信号； 将所述第一预处理信号重新量化成为第一量化信号； 以及， 将所述第二预处理信号重新量化成为第二量化信号。
9.根据权利要求8所述的卫星数据捕获方法，其特征在于: 所述“将所述第一预处理信号重新量化称为第一量化信号”具体包括: 将所述捕获的数字信号与所述第一预处理信号相乘得到第一混合信号，将所述第一混合信号进行滤波得到第一滤波信号，将第一滤波信号进行抽取得到第一抽取信号，将所述第一抽取信号量化成为第一量化信号； 所述“将所述第二预处理信号重新量化称为第二量化信号”具体包括: 将所述捕获的数字信号与所述第二预处理信号相乘得到第二混合信号，将所述第二混合信号进行滤波得到第二滤波信号，将第二滤波信号进行抽取得到第二抽取信号，将所述第二抽取信号量化成为第二量化信号。
10.根据权利要求7所述的卫星数据捕获方法，其特征在于，所述“将所述第一量化信号存储成第一量化序列并输出，将所述第二量化信号存储成第二量化序列并输出，以及将伪码存储成伪码序列并输出”具体包括: 将所述第一量化信号按时间先后顺序拼接成62位的第一量化序列并输出； 将所述第二量化信号按时间先后顺序拼接成62位的第二量化序列并输出； 将所述伪码按照时间先后顺序拼接成31位的伪码序列并输出。
11.根据权利要求7所述的卫星数据捕获方法，其特征在于，所述“将所述第一量化序列与所述伪码序列进行异或后累加得到第一累加序列，并将所述第二量化序列与所述伪码序列进行异或后累加得到第二累加序列”之后，还包括: 根据所述捕获的数字信号的特性选择将所述第一累加序列和第二累加序列串行输出或并行输出。
12.根据权利要求7所述的卫星数据捕获方法，其特征在于，所述“存储并输出所述第一累加序列和所述第二累加序列”具体包括: 分别对第一累加序列和第二累加序列进行存储和输出的乒乓操作。
【文档编号】G01S19/24GK103728632SQ201310647340
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】吴林, 卢艳娥 申请人:西安合众思壮导航技术有限公司