一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获方法及装置制造方法及图纸

一种基于载波多普勒和伪码多普勒联合补偿的捕获方法及装置，包括一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法(简称本方法)及一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获装置(简称本装置)；本方法为：1射频前端对接收信号进行下变频及采样；2伪码相关模块对一个周期伪码序列进行采样，经FFT模块后存储；3并行频率搜索模块剥离载波多普勒；4折叠相加模块将3的结果以伪码周期为单位分组后折叠相加；5伪码相关模块计算折叠相加信号与本地伪码的相关结果；6码走动补偿模块估计不同频率搜索通道Tong检测器逗留需补偿的码多普勒走动；7Tong检测器模块检测并补偿码多普勒走动；8判断计数变量是否达到阈值并做相应操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于Tong检测器中伪码多普勒补偿捕获方法及装置，属于直接序列扩频通信以及联合域伪码捕获

技术介绍
直接序列扩频系统的基带信号处理主要包括捕获、跟踪两个模块，其中捕获模块需要实现对接收信号载波频率和伪码相位的二维粗略估计，捕获成功后将得到的粗估值送入跟踪模块作为跟踪模块的初始值。在天基测控、卫星通信等应用环境中，由于动态高、传输距离远、信号发射功率受限等原因，低信息速率的直接序列扩频信号捕获将面临前所未有的难题。低信息速率导致所捕获需要的单次相干积分时间变长，使伪码多普勒频率在此时间内积累出较为明显的伪码走动，进而导致伪码相关结果的平台化效应，使每次的伪码相关峰值不再出现于同一位置，而是呈平台状。若伪码走动超过半个码片，捕获结果将受到严重影响，出现无法捕获甚至错误捕获的情况。针对捕获中出现码多普勒走动的问题，目前的常用的一种补偿算法是通过调整伪码相关峰位置来补偿伪码走动(多普勒域和延迟域二维捕获方法及装置2015104712601)，该方法通过插值和抽取的方式改变伪码相关峰位置来实现码多普勒走动补偿，但此方法并未考虑符号跳变对积分长度的限制，并且此方法中所使用的非相干积分也会引入平方损耗，影响积累效果；另一种解决途径是基于调整本地伪码速率以消除码多普勒频率的方法(李洪,周辉,陆明泉,等.基于码多普勒补偿的微弱GNSS长码快速直接捕获算法.中国科学:物理学力学天文学,2010,40:560～567)，该算法根据所搜索的载波频率格进行码多普勒补偿，可以延长预检测积分时间从而改善捕获性能，但由于码多普勒频率相对于自身码速率来讲很小，因此在硬件实现中对本地伪码速率进行微小的调整并不方便；基于此类补偿方法的捕获结构还可利用半比特搜索法和差分积累增加积累时间(马永奎,张一,张中兆,等.改进的高动态高灵敏度GPS信号捕获算法.系统工程与电子技术,2009,31:265～269)，但由于积累时间较长，硬件实现中快速傅立叶变换的点数也随之增多，不利于节约硬件资源。上述已有的码多普勒走动补偿技术虽然能通过调整本地伪码速率或相关峰位置来实现码多普勒走动的补偿，但依然存在不便于硬件实现或无法克服数据跳变的问题。本专利技术的目的旨在克服存在数据跳变下，捕获中出现码多普勒走动的技术问题，提出了一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法及装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对传统方法存在的码多普勒走动导致伪码相关结果平台化效应的缺陷，提出了一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获方法及装置。一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获方法及装置包括一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法(简称本方法)以及一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获装置(简称本装置)；本装置包括接收机天线、射频前端、存储器模块、并行频率搜索模块、折叠相加模块、FFT模块、伪码相关模块、码走动补偿模块以及Tong检测模块；其中，射频前端包括下变频单元以及AD采样单元；伪码相关模块包括预存的本地伪码快速傅立叶变换、乘法单元以及逆快速傅立叶变换单元；并行频率搜索模块包含L个频率通道；本装置的各模块连接关系如下：接收机天线与射频前端相连，射频前端与并行频率搜索模块相连，并行频率搜索模块与折叠相加模块和码走动补偿模块相连，折叠相加模块与FFT模块相连，FFT模块和存储器模块均与伪码相关模块相连，伪码相关模块与码走动补偿模块均和Tong检测模块相连；本装置的各模块功能如下：接收机天线用于接收信号；射频前端用于对接收信号进行下变频和采样；存储器模块用于存储经过FFT变换后一个周期的本地伪码序列；并行搜索模块用于按固定频率步进产生本地载波，再与接收信号相乘，以剥离多普勒频率，再将此剥离多普勒频率后的信号输出给折叠相加模块；折叠相加模块用于将剥离多普勒频率后的信号以码元周期为单位进行分组，并将相关时间内包含的数个码元周期进行对应点累加，形成新的码元周期；FFT模块用于对折叠相加模块输出的每一组序列进行快速傅立叶变换，得到伪码相关模块的输入FFT序列；伪码相关模块用于将FFT模块的输出序列与本地伪码信号的快速傅立叶变换序列相乘，再通过逆快速傅立叶变换得到相关结果，取模值，其中乘法单元调用预存的本地伪码FFT序列，与折叠相加后FFT模块的输出依次相乘，IFFT单元对乘法单元的输出进行逆快速傅立叶变换，取模单元对IFFT单元的输出进行取模运算；码走动补偿模块用于计算每个频率搜索通道内，Tong检测器每次逗留产生的码走动值，并按该值对Tong检测器检测结果进行循环移位，补偿码多普勒走动；Tong检测模块用于检测码走动补偿模块补偿后输入Tong检测器的伪码相关值，依据其与恒虚警门限比较的结果改变计数变量，直至计数变量累计达到上门限，根据其所处的搜索通道位置得到载波多普勒频率估计值并由Tong检测器输出的峰值位置得到码相位估计值作为捕获结果；一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法，包括以下步骤：步骤一、接收机天线接收信号，再通过射频前端进行下变频及采样；其中，下变频通过下变频单元实现，输出为带有数据调制的复信号；采样通过AD采样单元实现，采样率为fs，采样结果为带有数据调制的基带采样序列，可以用如下公式(1)表示：其中，N为总体采样点数；ts＝1/fs为时域采样间隔，D(nts)代表nts采样时刻的调制数据，为二进制数据，n代表第n个采样点；表示接收信号的伪码，τ0代表伪码初始相位，表示载波多普勒频率，其中，c为光速，v为本装置相对于卫星的运动速度，fRF为射频载波频率，ξ＝v/c，代表本装置相对于卫星的运动速度与光速的比值；exp代表以e为底的幂级数；j代表虚数单位；为射频载波初始相位；步骤二、伪码相关模块以和AD采样单元的相同采样率对存储器模块产生的一个周期伪码序列进行采样，再输入FFT模块进行处理后存入存储器模块，具体为：步骤2.1伪码相关模块以和AD采样单元的相同采样率对存储器模块产生的一个周期伪码序列，即对本地伪码进行采样，得到采样输出；其中，所述的相同采样率为fs；采样输出记为其表达式为如下公式(2)： C ^ ( n ) = C ( nt s - τ ^ ) , n = 0 , ... , N c - 1 - - - ( 2 ) ]]>其中，表示带有估计相位的本地伪码；为本地伪码的估计相位，Nc＝Tcfs是本地伪码一个伪码周期的采样点数，Tc＝LTcp为本地伪码的伪码周期，Tcp＝1/Rcp为一个本地伪码的码片持续时间，Rcp为本地伪码的码速率；步骤2.2 FFT模块对步骤2.1的采样输出进行FFT变换并取共轭；其中，FFT变换并取共轭得到其表达式为如下公式(3)： C 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获方法及装置，其特征在于：包括一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法(简称本方法)以及一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获装置(简称本装置)；本装置包括接收机天线、射频前端、存储器模块、并行频率搜索模块、折叠相加模块、FFT模块、伪码相关模块、码走动补偿模块以及Tong检测模块；其中，射频前端包括下变频单元以及AD采样单元；伪码相关模块包括预存的本地伪码快速傅立叶变换、乘法单元以及逆快速傅立叶变换单元；并行频率搜索模块包含L个频率通道；本装置的各模块连接关系如下：接收机天线与并行频率搜索模块相连，并行频率搜索模块与折叠相加模块相连，折叠相加模块与FFT模块相连，FFT模块与伪码相关模块相连，伪码相关模块与码走动补偿模块相连，码走动补偿模块与Tong检测模块相连；本装置的各模块功能如下：并行搜索模块用于按固定频率步进产生本地载波，再与接收信号相乘，以剥离多普勒频率，再将此剥离多普勒频率后的信号输出给折叠相加模块；折叠相加模块用于将剥离多普勒频率后的信号以码元周期为单位进行分组，并将相关时间内包含的数个码元周期进行对应点累加，形成新的码元周期；FFT模块用于对折叠相加模块输出的每一组序列进行快速傅立叶变换，得到伪码相关模块的输入FFT序列；伪码相关模块用于将FFT模块的输出序列与本地伪码信号的快速傅立叶变换序列相乘，再通过逆快速傅立叶变换得到相关结果，取模值，其中乘法单元调用预存的本地伪码FFT序列，与折叠相加后FFT模块的输出依次相乘，IFFT单元对乘法单元的输出进行逆快速傅立叶变换，取模单元对IFFT单元的输出进行取模运算；码走动补偿模块用于计算每个频率搜索通道内，Tong检测器每次逗留产生的码走动值，并按该值对Tong检测器检测结果进行循环移位，补偿码多普勒走动；Tong检测模块用于检测码走动补偿模块补偿后输入Tong检测器的伪码相关值，依据其与恒虚警门限比较的结果改变计数变量，直至计数变量累计达到上门限，根据其所处的搜索通道位置得到载波多普勒频率估计值并由Tong检测器输出的峰值位置得到码相位估计值作为捕获结果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获方法及装置，其特征在于：包括一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法(简称本方法)以及一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获装置(简称本装置)；本装置包括接收机天线、射频前端、存储器模块、并行频率搜索模块、折叠相加模块、FFT模块、伪码相关模块、码走动补偿模块以及Tong检测模块；其中，射频前端包括下变频单元以及AD采样单元；伪码相关模块包括预存的本地伪码快速傅立叶变换、乘法单元以及逆快速傅立叶变换单元；并行频率搜索模块包含L个频率通道；本装置的各模块连接关系如下：接收机天线与并行频率搜索模块相连，并行频率搜索模块与折叠相加模块相连，折叠相加模块与FFT模块相连，FFT模块与伪码相关模块相连，伪码相关模块与码走动补偿模块相连，码走动补偿模块与Tong检测模块相连；本装置的各模块功能如下：并行搜索模块用于按固定频率步进产生本地载波，再与接收信号相乘，以剥离多普勒频率，再将此剥离多普勒频率后的信号输出给折叠相加模块；折叠相加模块用于将剥离多普勒频率后的信号以码元周期为单位进行分组，并将相关时间内包含的数个码元周期进行对应点累加，形成新的码元周期；FFT模块用于对折叠相加模块输出的每一组序列进行快速傅立叶变换，得到伪码相关模块的输入FFT序列；伪码相关模块用于将FFT模块的输出序列与本地伪码信号的快速傅立叶变换序列相乘，再通过逆快速傅立叶变换得到相关结果，取模值，其中乘法单元调用预存的本地伪码FFT序列，与折叠相加后FFT模块的输出依次相乘，IFFT单元对乘法单元的输出进行逆快速傅立叶变换，取模单元对IFFT单元的输出进行取模运算；码走动补偿模块用于计算每个频率搜索通道内，Tong检测器每次逗留产生的码走动值，并按该值对Tong检测器检测结果进行循环移位，补偿码多普勒走动；Tong检测模块用于检测码走动补偿模块补偿后输入Tong检测器的伪码相关值，依据其与恒虚警门限比较的结果改变计数变量，直至计数变量累计达到上门限，根据其所处的搜索通道位置得到载波多普勒频率估计值并由Tong检测器输出的峰值位置得到码相位估计值作为捕获结果。2.如权利要求1所述的一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获方法及装置，其特征还在于：一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法，包括以下步骤：步骤一、接收机天线接收信号，再通过射频前端进行下变频及采样；步骤二、伪码相关模块以和AD采样单元的相同采样率对存储器模块产生的一个周期伪码序列进行采样，再输入FFT模块进行处理后存入存储器模块；步骤三、并行频率搜索模块确定搜索频率，并进行载波多普勒剥离；步骤四、折叠相加模块将步骤三输出的剥离多普勒频率后的信号以伪码周期为单位进行分组，并将相关时间内包含的数个伪码周期进行对应点累加，形成新的伪码周期；步骤五、伪码相关模块计算步骤4.2的折叠相加信号与本地伪码的循环相关结果，并取模值；步骤六、码走动补偿模块根据不同搜索通道对应的多普勒频率估计值，估计Tong检测器在该通道每次逗留所需补偿的伪码多普勒走动量；步骤七、Tong检测器模块多次逗留检测并补偿码多普勒走动；步骤八、判断计数变量是否达到上门限或者减为0，并进行相应操作；至此，从步骤一到步骤八完成了一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿的捕获方法。3.如权利要求2所述的一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获方法及装置，其特征还在于：步骤一中，下变频通过下变频单元实现，输出为带有数据调制的复信号；采样通过AD采样单元实现，采样率为fs，采样结果为带有数据调制的基带采样序列，可以用如下公式(1)表示：其中，N为总体采样点数；ts＝1/fs为时域采样间隔，D(nts)代表nts采样时刻的调制数据，为二进制数据，n代表第n个采样点；表示接收信号的伪码，τ0代表伪码初始相位，表示载波多普勒频率，其中，c为光速，v为本装置相对于卫星的运动速度，fRF为射频载波频率，ξ＝v/c，代表本装置相对于卫星的运动速度与光速的比值；exp代表以e为底的幂级数；j代表虚数单位；为射频载波初始相位。4.如权利要求2所述的一种基于Tong检测器伪码多普勒补偿捕获方法及装置，其特征还在于：步骤二，具体为：步骤2.1伪码相关模块以和AD采样单元的相同采样率对存储器模块产生的一个周期伪码序列，即对本地伪码进行采样，得到采样输出；其中，所述的相同采样率为fs；采样输出记为其表达式为如下公式(2)： C ^ ( n ) = C ( nt s - τ ^ ) , n = 0 , ... , N c - 1 - - - ( 2 ) ]]>其中，表示带有估计相位的本地伪码；为本地伪码的估计相位，Nc＝Tcfs是本地伪码一个伪码周期的采样点数，Tc＝LTcp为本地伪码的伪码周期，Tcp＝1/Rcp为一个本地伪码的码片持续时间，Rcp为本地伪码的码速率；步骤2.2FFT模块对步骤2.1的采样输出进行FFT变换并取共轭；其中，FFT变换并取共轭得到其表达式为如下公式(3)： C ^ * ( k ) = [ F F T ( C ^ ( n ) ) ] * , k = 0 , 1 , 2 , ... , N c - 1 - - - ( 3 ) ]]>其中，表示对本地伪码的采样输出进行FFT变换，表示对FFT变换后的结果取共轭，k表示本地伪码经过FFT处理后变换到频域的点数；步骤2.3将步骤2.2所得的结果存入存储器模块。5.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：郇浩，郭一超，陶然，郭建敏，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11