一种GPS卫星信号捕获方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种GPS卫星信号捕获方法及系统，包括以下步骤；1.进行32颗卫星的粗捕获；采用500Hz步长扫描载波频率的方法，对32颗卫星全部扫描完成为一轮，重复若干轮，直到能够在32颗卫星中，选取出至少前5颗捕获成功次数最多的卫星；2.对步骤一中选取的卫星进行精捕获；具体为先进行扫描步长为10Hz载波频率捕获，再进行扫描步长为500Hz的C/A码相位捕获，选取出前4颗捕获成功次数最多的卫星。精捕获时分别对接收载波频率和码相位进行捕获，通过码相位变化速率高于载波频率变化的特点，提出大步长和小步长相结合的方法，在提高捕获精度的同时，节约捕获时间，保证了捕获到码相位的实时性、有效性。

A GPS Satellite Signal Acquisition Method and System

The invention discloses a GPS satellite signal acquisition method and system, which includes the following steps: 1. coarse acquisition of 32 satellites; scanning 32 satellites with 500 Hz step carrier frequency for one round and repeating several rounds until at least the first five satellites with the most successful acquisition times can be selected out of 32 satellites; 2. Selecting the satellites in step 1. Precise acquisition is carried out. First, carrier frequency acquisition with 10 Hz scanning step is carried out, and then C/A code phase acquisition with 500 Hz scanning step is carried out. The first four satellites with the most successful acquisition times are selected. \u7cbe\u6355\u83b7\u65f6\u5206\u522b\u5bf9\u63a5\u6536\u8f7d\u6ce2\u9891\u7387\u548c\u7801\u76f8\u4f4d\u8fdb\u884c\u6355\u83b7\uff0c\u901a\u8fc7\u7801\u76f8\u4f4d\u53d8\u5316\u901f\u7387\u9ad8\u4e8e\u8f7d\u6ce2\u9891\u7387\u53d8\u5316\u7684\u7279\u70b9\uff0c\u63d0\u51fa\u5927\u6b65\u957f\u548c\u5c0f\u6b65\u957f\u76f8\u7ed3\u5408\u7684\u65b9\u6cd5\uff0c\u5728\u63d0\u9ad8\u6355\u83b7\u7cbe\u5ea6\u7684\u540c\u65f6\uff0c\u8282\u7ea6\u6355\u83b7\u65f6\u95f4\uff0c\u4fdd\u8bc1\u4e86\u6355\u83b7\u5230\u7801\u76f8\u4f4d\u7684\u5b9e\u65f6\u6027\u3001\u6709\u6548\u6027\u3002

【技术实现步骤摘要】
一种GPS卫星信号捕获方法及系统
本专利技术属于GPS基带信号计算领域，涉及一种GPS卫星信号捕获方法及系统。
技术介绍
随着GPS接收机在一些关键场合的应用，对其精度和资源占用要求也越来越苛刻，而捕获环节的精确度和资源占用程度直接影响接收机精度和资源占用性能指标。现有的GPS基带信号计算中的载波捕获精度低，造成跟踪锁定压力大，导致失锁时间长，影响解算结果的精度。提高捕获精度的困难在于：提高捕获精度会延长捕获周期，导致捕获的码相位失效，因为码相位的变化率是载波频率变化率的数倍。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种GPS卫星信号捕获方法及系统，在保证码相位并行捕获实时性的同时，提高了载波频率的捕获精度。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种GPS卫星信号捕获方法，包括以下步骤；步骤一，进行32颗卫星的粗捕获；具体为采用500Hz步长扫描载波频率的方法，对32颗卫星全部扫描，全部扫描完成为一轮，重复若干轮，直到能够在32颗卫星中，选取出至少前5颗捕获成功次数最多的卫星；步骤二，对步骤一中选取的卫星进行精捕获；具体为先进行扫描步长为10Hz载波频率捕获，对步骤一中选取的卫星全部扫描；再进行扫描步长为500Hz的C/A码相位捕获，对步骤一中选取的卫星全部扫描；选取出前四个捕获成功次数最多的卫星。优选的，粗捕获和精捕获的卫星捕获步骤相同，具体为：步骤1，数字中频信号分为两路分别输入至乘法器i和乘法器q中；步骤2，数字控制振荡器输出正弦数据至乘法器i中，数字控制振荡器输出余弦数据至乘法器q中；步骤3，乘法器i将数字中频信号与数字控制振荡器输出的正弦数据进行乘积后输出；乘法器q将数字中频信号与数字控制振荡器输出的余弦数据进行乘积后输出；步骤4，将乘法器i和乘法器q输出的数据汇合后，进行快速傅里叶变换计算，计算结果输入至乘法器z中；步骤5，将卫星C/A码发生器输出的C/A码依次进行快速傅里叶变换计算和复数共轭计算后，输入至乘法器z中；乘法器z将两组数据进行乘积后输出；步骤6，对乘法器z输出的数据进行快速傅里叶逆变换计算；步骤7，对快速傅里叶逆变换计算后的数据进行取模运算后，将超过阈值的最大值对应的数据输进行记录，并向DSP发出中断请求，等待DSP读取结果。进一步，步骤4包括以下步骤；步骤4.1，乘法器i和乘法器q输出数据分别经过四路累加器，将数据进行减采样计算；步骤4.2，乘法器i连接的四路累加器和乘法器q连接的四路累加器两两为一组，四组数据依次进行快速傅里叶变换计算，每组运算结果分实部和虚部，分别存入两个为一组的双口RAM中；步骤4.3，乘法器z采用复数乘法器，四组双口RAM的值依次被读出，送入三个复数乘法器中。再进一步，步骤4.1，每组四路累加器中，每个累加器的起始位相差四个地址。再进一步，数字中频信号与乘法器i和乘法器q之间，分别设置有双口RAM，两个双口RAM的读出时钟均为125MHz。再进一步，每个累加器的输出数据进行快速傅里叶变换计算前，均先经过FIFO储存器。进一步，步骤5中，卫星数量为九个，三个复数乘法器分别将三颗卫星C/A码快速傅里叶变换计算后的共轭值与各组双口RAM的相乘，结果输出至下一项；执行完毕后，三个复数乘法器再分别将另外三颗卫星C/A码快速傅里叶变换计算后的共轭值与各组双口RAM的相乘，结果输出至下一项；执行完毕后，三个复数乘法器再分别将剩余三颗卫星C/A码快速傅里叶变换计算后的共轭值与各组双口RAM的相乘，结果输出至下一项。再进一步，步骤7中，对快速傅里叶逆变换计算后数据分实部和虚部，分别进行平方和，统计各卫星最大平方和值，并与设定的阈值进行对比，判断是否超过阈值，将超过阈值的最大值、及其卫星编号、对应的C/A码相位、载波频率的频点和序列编号进行记录，并向DSP发出中断请求，等待DSP读取结果。一种GPS卫星信号捕获系统，基于上述的任意一种方法，包括数字控制振荡器和FPGA；所述FPGA包括用于接收数字中频信号的乘法器i和乘法器q、用于进行快速傅里叶变换计算的第一IP核、乘法器z、用于储存所有卫星C/A码快速傅里叶变换的复数共轭的ROM、用于进行快速傅里叶逆变换计算的第二IP核和用于进行取模运算的逻辑运算单元；数字控制振荡器输出端分别连接乘法器i和乘法器q的输入端，乘法器i和乘法器q的输出端均与第一IP核的输入端连接，第一IP核的输出端依次连接乘法器z、第二IP核和逻辑运算单元；逻辑运算单元输出端连接DSP；ROM输出端与乘法器z输入端连接。优选的，乘法器i和乘法器q的输入端分别连接双口RAMa和双口RAMb，乘法器i和乘法器q的输出端分别连接有四个累加器的输入端，每个累加器的输出端连接有FIFO储存器的输入端，属于乘法器i分路的四个FIFO储存器和属于乘法器q分路的四个FIFO储存器之间两两为一组，四组FIFO储存器输出端与第一IP核输入端连接，第一IP核输出端分别连接有四组双口RAM输入端，双口RAM两个为一组；乘法器z采用复数乘法器；四组双口RAM输出端均连接有三个复数乘法器的输入端，复数乘法器输出端连接第二IP核输入端；ROM输出端分别与三个复数乘法器的输入端连接。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术首次提出采用不同的多普勒频移搜索步长，精捕获时分别对接收载波频率和码相位进行捕获，通过码相位变化速率高于载波频率变化的特点，提出大步长和小步长相结合的方法：首先采用大步长进行频移和码相位的粗捕获，然后进行精捕获，精捕获首先采用小步长进行载波频率的捕获，然后采用大步长进行码相位的精捕获，将两者捕获的结果作为捕获的最终结果，这样做的优点在于不影响码相位精度的前提下，将捕获精度从500Hz提高到10Hz，在提高捕获精度的同时，节约捕获时间，保证了捕获到码相位的实时性、有效性。进一步，将乘法器i和乘法器q输出的一个队列分别变成四个新队列，再进行减采样计算，从而减少了快速傅里叶变换和快速傅里叶逆变换所需的储存器数量，降低了资源的占用，有益于降低功耗，提高可靠性；同时，省下的资源可以去实现更多的功能。进一步，每个新队列的起始位相差四个地址，以保证捕获成功时，四个队列中，有一个队列中的码相位能和本地复制码相位非常接近，不影响捕获效果。进一步，将输入至乘法器i和乘法器q数据的时钟频率提高到125MHz，使得快速傅里叶变换和快速傅里叶逆变换在每个1ms周期内能够被多次调用，从而提高了资源利用率。进一步，在每个累加器输出端设置FIFO储存器，保证给快速傅里叶变换计算提供125MHz连续输入数据。附图说明图1为本专利技术的并行码相位捕获框图；图2为本专利技术的捕获模块结构框图；图3为本专利技术的捕获载波频率值的跟踪结果图；图4为本专利技术的捕获码相位值的跟踪结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：如图1和图2所示，图中FFT为快速傅里叶变换，IFFT为快速傅里叶逆变换。捕获卫星的具体步骤为：步骤1，数字中频信号分为两路分别输入至乘法器i和乘法器q中；中频频率为4.188MHz，A/D采样率为16.384MHz，数据量为16384个/ms，数据宽度为3位，其中包括一位符号位。数字中频信号与乘法器i和乘法器q之间，分别设置有双口RAMa和双口RAMb本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GPS卫星信号捕获方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤一，进行32颗卫星的粗捕获；具体为采用500Hz步长扫描载波频率的方法，对32颗卫星全部扫描，全部扫描完成为一轮，重复若干轮，直到能够在32颗卫星中，选取出至少前5颗捕获成功次数最多的卫星；步骤二，对步骤一中选取的卫星进行精捕获；具体为先进行扫描步长为10Hz载波频率捕获，对步骤一中选取的卫星全部扫描；再进行扫描步长为500Hz的C/A码相位捕获，对步骤一中选取的卫星全部扫描；选取出前四个捕获成功次数最多的卫星。

【技术特征摘要】
1.一种GPS卫星信号捕获方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤一，进行32颗卫星的粗捕获；具体为采用500Hz步长扫描载波频率的方法，对32颗卫星全部扫描，全部扫描完成为一轮，重复若干轮，直到能够在32颗卫星中，选取出至少前5颗捕获成功次数最多的卫星；步骤二，对步骤一中选取的卫星进行精捕获；具体为先进行扫描步长为10Hz载波频率捕获，对步骤一中选取的卫星全部扫描；再进行扫描步长为500Hz的C/A码相位捕获，对步骤一中选取的卫星全部扫描；选取出前四个捕获成功次数最多的卫星。2.根据权利要求1所述的一种GPS卫星信号捕获方法，其特征在于，粗捕获和精捕获的卫星捕获步骤相同，具体为：步骤1，数字中频信号分为两路分别输入至乘法器i和乘法器q中；步骤2，数字控制振荡器输出正弦数据至乘法器i中，数字控制振荡器输出余弦数据至乘法器q中；步骤3，乘法器i将数字中频信号与数字控制振荡器输出的正弦数据进行乘积后输出；乘法器q将数字中频信号与数字控制振荡器输出的余弦数据进行乘积后输出；步骤4，将乘法器i和乘法器q输出的数据汇合后，进行快速傅里叶变换计算，计算结果输入至乘法器z中；步骤5，将卫星C/A码发生器输出的C/A码依次进行快速傅里叶变换计算和复数共轭计算后，输入至乘法器z中；乘法器z将两组数据进行乘积后输出；步骤6，对乘法器z输出的数据进行快速傅里叶逆变换计算；步骤7，对快速傅里叶逆变换计算后的数据进行取模运算后，将超过阈值的最大值对应的数据进行记录，并向DSP发出中断请求，等待DSP读取结果。3.根据权利要求2所述的一种GPS卫星信号捕获方法，其特征在于，步骤4包括以下步骤；步骤4.1，乘法器i和乘法器q输出数据分别经过四路累加器，将数据进行减采样计算；步骤4.2，乘法器i连接的四路累加器和乘法器q连接的四路累加器两两为一组，四组数据依次进行快速傅里叶变换计算，每组运算结果分实部和虚部，分别存入两个为一组的双口RAM中；步骤4.3，乘法器z采用复数乘法器，四组双口RAM的值依次被读出，送入三个复数乘法器中。4.根据权利要求3所述的一种GPS卫星信号捕获方法，其特征在于，步骤4.1，每组四路累加器中，每个累加器的起始位相差四个地址。5.根据权利要求4所述的一种GPS卫星信号捕获方法，其特征在于，数字中频信号与乘法器i和乘法器q之间，分别设置有双口RAM，两个双口RAM的读出时钟均为125MHz。6.根据权利要求5所述的一种GPS卫星信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王来雄，唐光睿，张翠，
申请(专利权)人：西安微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61