一种北斗二代卫星B1频点信号的快速捕获方法技术

本发明专利技术设计一种北斗二代卫星B1频点信号的快速捕获方法，其步骤包含：步骤1、产生所有北斗卫星B1频点的C/A码序列，形成正弦表和余弦表；步骤2、实现对载波的剥离，得到只包含载波多普勒的零频基带数据信号；步骤3、将零频基带数据信号降速率存储、处理；步骤4、捕获北斗二代卫星信号中的有效可见卫星信号。本发明专利技术的优点在于，在用较少的资源消耗、较低复杂度的硬件电路实现的基础上，实现对信号的快速捕获。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及北斗卫星导航与定位技术，具体涉及一种北斗二代卫星B1频点信号的快速捕获方法的优化。
技术介绍
卫星导航定位是通过接收机天线接收卫星发射的电磁波信号，从接收到的电磁波信号中搜索捕获各可见卫星信号，获得粗略的码相位和载波多普勒，进而将这些捕获参数送入跟踪通道实现对卫星的跟踪，从而获取各种观测量，导航解算模块根据这些观测量实现对接收机的导航定位。因此，实现对卫星信号的成功捕获是卫星导航接收机技术中的最基本的功能，同时也是一项关键技术。信号捕获的基本过程是使用本地复制产生的C/A码与接收到的卫星信号进行相关运算，根据相关运算的结果判断卫星信号是否捕获成功。根据相关运算实现方式的不同，卫星信号的捕获搜索算法可分为以下三类：线性搜索捕获算法、并行频率搜索捕获算法和并行码相位搜索捕获算法。线性搜索捕获是指在捕获过程中，对指定卫星信号的码相位和多普勒频移进行扫描式遍历搜索，此方法硬件实现简单，资源消耗少，但是由于需要对所有可能的码相位和多普勒频移进行搜索，导致该方法捕获速度慢，实时性差；并行捕获则对每种相位均设置了相关器，同时做相关运算，将与设定的相关值相同的相位作为捕获成功的相位，和串行捕获相比，并行频率捕获的捕获时间缩短了，需要进行一次傅里叶变换，对硬件资源要求较多，实现起来稍复杂；并行码相位捕获算法时间大大缩短，但是需要进行一次傅里叶变换和一次傅里叶逆变换，电路变得更加复杂，运算量也大大增加，消耗的资源也进一步增多。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为了在较少的资源消耗、较低复杂度的硬件电路实现的基础上，实现对信号的快速捕获，本专利技术提出一种基于并行频率搜索的快速捕获算法。本专利技术的技术方案是：一种北斗二代卫星B1频点信号的快速捕获方法，其步骤包含：步骤1、产生所有北斗卫星B1频点的C/A码序列，形成正弦表和余弦表：用MATLAB编程产生所有北斗卫星B1频点的C/A码序列，将这些二进制序列存入寄存器一，用MATLAB编程产生正弦波一个周期内的64个离散值，存入寄存器二中，形成正弦表；将正弦波相位滞后90°，取一个周期内的64个离散值，存入寄存器三中，形成余弦表；步骤2、实现对载波的剥离，得到只包含载波多普勒的零频基带数据信号：通过北斗微带天线接收北斗二代B1频点信号，经过射频前端处理，降频成0.098MHz的近零中频信号，再经过AD正交采样得到零频基带数据，并送入FPGA中，所述零频基带数据由I支路的信号I和Q支路的信号Q组成，信号I存入寄存器四中，该信号I为同相分量信号，信号Q存入寄存器五中，该信号Q为正交信号；在FPGA中进一步进行相位旋转下变频处理，实现对载波的剥离，得到只包含载波多普勒的零频基带数据信号；步骤3、将零频基带数据信号降速率存储、处理：对零频基带数据信号I和信号Q分别进行累积降速处理，生成降速零频基带数据信号，所述降速零频基带数据信号由I支路的信号I’和Q支路的信号Q’组成；步骤4、捕获北斗二代卫星信号中的有效可见卫星信号：采用并行频率快速捕获算法来捕获北斗二代卫星信号中的有效可见卫星信号；具体操作时，采用基于循环相关的方式对步骤3所得的信号I’和信号Q’进行并行快速捕获。进一步的技术方案是：所述的北斗二代B1频点信号的快速捕获方法，其步骤3中，降速率存储步骤如下：步骤3.1、利用数字频率合成技术，产生B1频点伪码基频速率时钟使能信号，即时钟频率为2.046MHz的时钟使能信号C1；步骤3.2、通过使能信号C1对零频基带数据信号I和信号Q分别进行累积降速处理，截取高位，生成2.046MHz数据率的降速零频基带数据信号I’和信号Q’；步骤3.3、将降速零频基带数据信号I’实时缓存于双端口寄存器六中，降速零频基带数据信号Q’实时缓存于双端口寄存器七中，存储数据点数都为4092点，即2ms时长的降速零频基带数据信号，存储器深度都为4096；步骤3.4、双端口寄存器六和双端口寄存器七存满之后，重新从起始地址开始存储，覆盖之前存储的信号，这样每个存储的数据有且只包含一个C/A码码片。所述的北斗二代B1频点信号的快速捕获方法，其步骤4中并行频率快速捕获的步骤如下：步骤4.1、在双端口寄存器六存满2ms降速零频基带数据信号I’后，从起始位置读取双端口寄存器六中的数据，同时读取寄存器一中的本地C/A码，两者对齐并进行相关累加；同时，在双端口寄存器七存满2ms降速零频基带数据信号Q’后，从起始位置读取双端口寄存器七中的数据，同时读取寄存器一中的本地C/A码，两者对齐并进行相关累加；步骤4.2、将相关累加结果每隔64点累加出一个点来，并对寄存器六、和寄存器七中的4092点后面补零扩展至4096点，这样共获得I支路64点相关累加值和Q支路64点相关累加值；步骤4.3、在系统时钟驱动下每获得一点累加值便对其进行一次64点DFT运算，并把结果存储于双端口寄存器八和双端口寄存器九中，其中，双端口寄存器八存储的I支路的DFT运算结果，双端口寄存器九寄存器存储的是Q支路的DFT运算结果；在获得第二点累加值时，对其进行第二次64点DFT运算，并把结果累加到第一次DFT运算结果中，I支路的结果累加到I支路运算结果中，Q支路的结果累加到Q支路的运算结果中，当做完第64次DFT运算时，即获得了完整的64点DFT运算结果。步骤4.4、实时计算DFT峰值能量及平均能量，并缓存到寄存器十中；步骤4.5、重新读取双口寄存器六中的信号I’和双口寄存器七中的信号Q’的数据并与本地伪码序列延迟一个数据点对齐并进行相关累加，获得64点DFT结果，计算DFT峰值能量及平均能量，这样重复2046次，记录64点DFT中峰值能量最大的一次，即可获得伪码初相、DFT峰值能量最大处频率点以及峰值能量和平均能量等信息。步骤4.6、将峰值能量和平均能量送入捕获判决模块中，比较峰值能量和平均能量，若峰值能量大于或等于16倍的平均能量，则判断捕获到卫星信号，否则，未捕获到卫星信号，捕获通道重新开始新一轮捕获过程。所述的北斗二代B1频点信号的快速捕获方法，其步骤2中，射频前端将信号频率下变频至0.098MHz，成为近零中频信号。所述的北斗二代B1频点信号的快速捕获方法，其步骤3中，零频基带数据信号被降速率至2.046MHz，并被按存储器地址顺序实时存储于深度为4096的双口寄存器中，存储时长为2ms，在存储2ms零频基带数据后，回到寄存器的起始地址重新按地址顺序实时存储2ms数据。所述的北斗二代B1频点信号的快速捕获方法，其步骤4中，在存储2ms零频基带数据信号数据后，在系统时钟的驱动下读取双口寄存器中的数据与本地C/A序列对齐并进行相关累加，每64个相关值累加出一个点，并对双口寄存器中的4092点后面补零扩展至4096点，这样共获得64点相关累加值。所述的北斗二代B1频点信号的快速捕获方法，其步骤4.3中，在系统时钟驱动下每获得一点累加值便对其进行一次64点DFT运算，并把结果存储于双端口寄存器中，在获得第二点累加值时，对齐进行第二次64点DFT运算，并把结果累加到第一次结果中，当做完第64次DFT运算时，即获得了完整的64点DFT运算结果。所述的北斗二代B1频点信号的快速捕获方法，其DFT运算模块包括两个DFT系数存储器，一个DFT本文档来自技高网...

【技术保护点】
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【技术特征摘要】
1.一种北斗二代卫星B1频点信号的快速捕获方法，其特征在于，其步骤包含：步骤1、产生所有北斗卫星B1频点的C/A码序列，形成正弦表和余弦表：用MATLAB编程产生所有北斗卫星B1频点的C/A码序列，将这些二进制序列存入寄存器一，用MATLAB编程产生正弦波一个周期内的64个离散值，存入寄存器二中，形成正弦表；将正弦波相位滞后90°，取一个周期内的64个离散值，存入寄存器三中，形成余弦表；步骤2、实现对载波的剥离，得到只包含载波多普勒的零频基带数据信号：通过北斗微带天线接收北斗二代B1频点信号，经过射频前端处理，降频成0.098MHz的近零中频信号，再经过AD正交采样得到零频基带数据，并送入FPGA中，所述零频基带数据由I支路的信号I和Q支路的信号Q组成，信号I存入寄存器四中,该信号I为同相分量信号，信号Q存入寄存器五中，该信号Q为正交信号；在FPGA中进一步进行相位旋转下变频处理，实现对载波的剥离，得到只包含载波多普勒的零频基带数据信号；步骤3、将零频基带数据信号降速率存储、处理：对零频基带数据信号I和信号Q分别进行累积降速处理，生成降速零频基带数据信号，所述降速零频基带数据信号由I支路的信号I’和Q支路的信号Q’组成；步骤4、捕获北斗二代卫星信号中的有效可见卫星信号：采用并行频率快速捕获算法来捕获北斗二代卫星信号中的有效可见卫星信号；具体操作时，采用基于循环相关的方式对步骤3所得的信号I’和信号Q’进行并行快速捕获。2.根据权利要求1所述的北斗二代B1频点信号的快速捕获方法，其特征在于，步骤3中，降速率存储步骤如下：步骤3.1、利用数字频率合成技术，产生B1频点伪码基频速率时钟使能信号，即时钟频率为2.046MHz的时钟使能信号C1；步骤3.2、通过使能信号C1对零频基带数据信号I和信号Q分别进行累积降速处理，截取高位，生成2.046MHz数据率的降速零频基带数据信号I’和信号Q’；步骤3.3、将降速零频基带数据信号I’实时缓存于双端口寄存器六中，降速零频基带数据信号Q’实时缓存于双端口寄存器七中，存储数据点数都为4092点，即2ms时长的降速零频基带数据信号，存储器深度都为4096；步骤3.4、双端口寄存器六和双端口寄存器七存满之后，重新从起始地址开始存储，覆盖之前存储的信号，这样每个存储的数据有且只包含一个C/A码码片。3.根据权利要求1所述的北斗二代B1频点信号的快速捕获方法，其特征在于，步骤4中并行频率快速捕获的步骤如下：步骤4.1、在双端口寄存器六存满2ms降速零频基带数据信号I’后，从起始位置读取双端口寄存器六中的数据，同时读取寄存器一中的本地C/A码，两者对齐并进行相关累加；同时，在双端口寄存器七存满2ms降速零频基带数据信号Q’后，从起始位置读取双端口寄存器七中的数据，同时读取寄存器一中的本地C/A码，两者对齐并进行相关累加；步骤4.2、将相关累加结果每隔64点累加出一个点来，并对寄存器六和寄存器七中的4092点后面补零扩展至4096点，这样共获得I支路64点相关累加值和Q支路64点相关累加值；步骤4.3、在系统时钟驱动下每获得一点累加值便对其进行一次64点DFT运算，并把结果存储于双端口寄存器八和双端口寄存器九中，其中，双端口寄存器八存储的I支路的DFT运算结果，双端口寄存器九寄存器存储的是Q支路的DFT运算结果；在获得第二点累加值时，对其进行第二次64点DFT运算，并把结果累加到第一次DFT运算结果中，I支路的结果累加到I支路运算结果中，Q支路的结果累加到Q支路的运算结果中，当做完第64次DFT运算时，即获得了完整的64点DFT运算结果；步骤4.4、实时计算DFT峰值能量及平均能量，并缓存到寄存器十中；步骤4.5、重新读取双口寄存器六中的信号I’和双口寄存器七中的信号Q’的数据并与本地伪码序列延迟一个数据点对齐并进行相关累加，获得64点DFT结果，计算DFT峰值能量及平均能量，这样重复2046次，记录64点DFT中峰值能量最大的一次，即可获得伪码初相、DFT峰值能量最大处频率点以及峰值能量和平均能量等信息；步骤4.6、将峰值能量和平均能量送入捕...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨伟新，尹业宏，彭煜，郭强，宣扬，王熙宁，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶重工集团公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42