一种GNSS卫星信号捕捉方法技术

本发明专利技术涉及一种GNSS卫星信号捕获方法和装置，捕获方法包括卫星信号经过A／D采样后，形成数字中频信号，与载波NCO模块相乘进行下变频转换；本地CA码生成模块根据CPU模块提供的卫星类型和卫星号，产生按照对应CA码生成公式产生本地CA码；PMF模块接收本地的CA码，同时根据积分时间的不同，给出不同的抽头；FFT模块根据不同的抽头，补零到64点，再对相关数据分别进行三节蝶形运算，旋转因子模块与蝶形运算后的结果进行复数乘；判断模块对FFT模块的输出结果求绝对值，再进行比较判断并输出结果。本发明专利技术的有益效果在于，提供一种捕获时间短、捕获精度高以及节省资源的GNSS卫星信号捕获方法和装置。

A method for capturing GNSS satellite signals

The invention relates to a GNSS satellite signal acquisition method and device, including satellite signal acquisition method after A / D sampling after the formation of digital intermediate frequency signal down conversion module NCO conversion and carrier multiplication; satellite and satellite star local CA code generation module based on CPU module, according to the corresponding CA code generation formula the local CA code; the PMF module receives the local CA code at the same time, according to the different time points, given different taps; the FFT module according to different taps, zero to 64 points, then the relevant data were three butterfly, butterfly operation module and the rotation factor after the results were judged by complex; the module output of FFT module for the absolute value, and then compare the judgment and output results. The beneficial effect of the invention is to provide a GNSS satellite signal capturing method and device with short acquisition time, high acquisition precision and resource saving.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种GNSS卫星信号捕获方法和装置。
技术介绍
目前，对于卫星信号的捕获方法，现有技术主要有时域捕获方法和频域捕获方法。时域捕获方法主要有串行捕获方法和并行捕获方法。频域捕获方法主要有码相位域的捕获方法和多普勒频域的捕获方法。时域串行捕获主要优点是资源少，但捕获的时间长；而时域并行捕获方法则相反，捕获时间短，但资源多。频域捕获方法可以有效减少捕获的时间，但资源较多，实现较复杂。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种捕获时间短、捕获精度高以及节省资源的GNSS卫星信号捕获方法和装置。本专利技术提供了一种GNSS卫星信号捕获方法，包括以下步骤：S1：卫星信号经过A／D采样后，形成数字中频信号发送给FPGA模块，数字中频信号与载波NCO模块相乘进行下变频转换，CPU模块对变频相位进行微调后输出I、Q两路信号，同时载波NCO模块对I、Q两路信号进行半带滤波处理；S2：本地CA码生成模块根据CPU模块提供的卫星类型和卫星号，产生按照对应CA码生成公式产生本地CA码；S3：PMF模块接收本地的CA码，同时根据积分时间的不同，给出不同的抽头，同时接收本地CA码与接收信号进行相关运算后产生的相关数据，所述相关数据速率为4.092Mps，并存储在数据缓存模块中；S4：FFT模块根据不同的抽头，补零到64点，再对相关数据分别进<br>行三节蝶形运算和地址映射，旋转因子模块与蝶形运算后的结果进行复数乘；S5：判断模块对FFT模块的输出结果求绝对值，再进行比较判断并输出捕获卫星的卫星号、卫星类型、卫星相位、星历数据和频偏。进一步，所述步骤S1中CPU模块对变频相位进行微调的具体为CPU模块根据不同的频偏，改变相位微调值再进行一次捕获过程的计算和判断，直至找出最大值，此时对应的相位值与计算出来的信息一起传送给所述CPU模块。进一步，所述步骤S2中本地CA码生成模块产生本地的CA码具体为采用两个移位寄存器shift存取的兵乓结构，即第一次先生成n1号CA码，并将其存在第一移位寄存器shift1中，第二次收到n1号CA码时读出存在第一移位寄存器shift1中的CA码，而新的CA码生成后存入第二移位寄存器shift2中，即CA码提前发送给本地CA码生成模块，当本地CA码接收到CPU模块发送的码号时可直接输出本地CA码。进一步，所述步骤S4中FFT模块对相关数据进行三阶蝶形运算具体为：先将数据进行第一阶蝶形运算，在进行第二阶的乘以旋转因子、RAM的地址转换和蝶形运算，最后进行第三阶运算，所述第三阶运算同第二阶运算，但旋转因子的值不同，RAM的地址转换也不同。进一步，所述FFT模块包括蝶形运算模块、地址映射模块、旋转因子模块和地址控制模块。进一步，所述步骤S5中判断模块对FFT模块的输出结果求绝对值，再进行比较判断的具体过程为：先从4组数据中每16个数据比较一次，得出最大值，再将4组数据的最大值进行比较，得出64点的最大值，并得出相应的行列序号row(n)和list(n)，再将4092个FFT模块输出的结果进行比较，得出最大值，判断是否满足阈值，满足阈值的得出最大值对应的row(n)、list(n)、卫星号num、卫星类型、下变频相位微调值phase-in以及1ms计数器相应的计数值counter-addr。进一步，所述阈值由所述CPU模块给出，并结合解出的误码情况进行调节。本专利技术提供了一种GNSS卫星信号捕获装置，包括：捕获模块前端模块，所述捕获前端模块包括载波NCO下变频模块、半带滤波器以及抽取模块，所述载波NCO下变频模块用于对卫星信号经过A／D采用形成的中频信号进行载波NCO下变频至零频，所述半带滤波器用于对零频进行半带滤波，所述抽取模块用于对经过半带滤波后的零频进行四倍抽取；捕获模块，所述捕获模块与所述捕获模块前端模块相连，包括PMF模块、本地PN码模块、数据缓存模块、FFT模块以及判断模块，所述PMF模块根据积分时间的不同，给出不同的抽头，本地PN码模块包括GPS、北斗二号以及格鲁纳斯三种，采用乒乓切换结构，所述数据缓存模块根据不同的抽头，将数据进行缓存，所述FFT模块采用基4算法，点数为64点，根据不同的抽头，补零到64点，再进行FFT运算，所述判断模块根据FFT输出结果进行判断，得出当前的卫星号、卫星类型、卫星相位以及卫星频偏；CPU模块，用于对所述捕获模块前端模块和捕获模块进行控制以及接收所述捕获模块前端模块和捕获模块的信息，并对信息进行换算，再发送给捕获模块。本专利技术具有的优点和有益效果为：本专利技术是基于PMR-FFT算法的GNSS卫星信号捕获方法，采用部分匹配滤波器(PMF)对CA码进行串行相关，在采用FFT模块对多普勒频偏进行估计，提高了平均捕获时间的可能性，可以高效的捕获各种强信号和弱信号，部分匹配滤波器采用32倍复用结构，本地CA码模块采用乒乓切换结构，FFT模块采用基4算法，并有两倍复用结构，从而可以高效率的捕获GNSS卫星信号，提高了捕获的效率。附图说明图1为本实施例1的GNSS卫星信号捕获方法的流程图；图2为本实施例2的GNSS卫星信号捕获装置的原理框图；图3为本实施例1的GNSS卫星信号捕获方法中GPSCA码生成结构图：图4为本实施例1的GNSS卫星信号捕获方法中北斗CA码生成结构图；图5为本实施例1的GNSS卫星信号捕获方法中PMF模块4倍复用数据示意图；图6为本实施例1的GNSSF星信号捕获方法中数据缓存模块的4ms积分结构图；图7为本实施例1的GNSS卫星信号捕获方法中FFT模块蝶形运算的示意图；图8为本实施例2的GNSS卫星信号捕获方法中FFT模块中输入FFT数据的示意图。具体实施方式下面将参照附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1如图1所示：本专利技术实施例提供了一种GNSS卫星信号捕获方法，具体包括以下步骤：S1：卫星信号经过A／D采样后，形成数字中频信号发送给FPGA模块，数字中频信号与载波NCO模块相乘进行下变频转换，CPU模块对变频相位进行微调后输出I、Q两路信号，同时载波NCO模块对I、Q两路信号进行半带滤波处理，这里载波NCO模块采用输出为±1和±2的数，I和Q的搭配形成以下的组合，{-1，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GNSS卫星信号捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：卫星信号经过A／D采样后，形成数字中频信号发送给FPGA模块，数字中频信号与载波NCO模块相乘进行下变频转换，CPU模块对变频相位进行微调后输出I、Q两路信号，同时载波NCO模块对I、Q两路信号进行半带滤波处理；S2：本地CA码生成模块根据CPU模块提供的卫星类型和卫星号，产生按照对应CA码生成公式产生本地CA码；S3：PMF模块接收本地CA码并根据积分时间的不同，给出不同的抽头，同时接收本地CA码与接收信号进行相关运算后产生的相关数据，并存储在数据缓存模块中；S4：FFT模块根据不同的抽头，补零到64点，再对相关数据分别进行三节蝶形运算和地址映射，旋转因子与蝶形运算后的结果进行复数乘；S5：判断模块对FFT模块的输出结果分别求绝对值，再进行比较判断并输出捕获卫星的卫星号、卫星类型、卫星相位、星历数据和频偏。

【技术特征摘要】
1.一种GNSS卫星信号捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：卫星信号经过A／D采样后，形成数字中频信号发送给FPGA模块，
数字中频信号与载波NCO模块相乘进行下变频转换，CPU模块对变频相位
进行微调后输出I、Q两路信号，同时载波NCO模块对I、Q两路信号进行
半带滤波处理；
S2：本地CA码生成模块根据CPU模块提供的卫星类型和卫星号，产
生按照对应CA码生成公式产生本地CA码；
S3：PMF模块接收本地CA码并根据积分时间的不同，给出不同的抽
头，同时接收本地CA码与接收信号进行相关运算后产生的相关数据，并
存储在数据缓存模块中；
S4：FFT模块根据不同的抽头，补零到64点，再对相关数据分别进
行三节蝶形运算和地址映射，旋转因子与蝶形运算后的结果进行复数乘；
S5：判断模块对FFT模块的输出结果分别求绝对值，再进行比较判断
并输出捕获卫星的卫星号、卫星类型、卫星相位、星历数据和频偏。
2.根据权利要求1所述的GNSS卫星信号捕获方法，其特征在于，所
述步骤S1中CPU模块对变频相位进行微调的具体为CPU模块根据不同的
频偏，改变相位微调值再进行一次捕获过程的计算和判断，直至找出最大
值，此时对应的相位值与计算出来的信息一起传送给所述CPU模块。
3.根据权利要求1所述的GNSS卫星信号捕获方法，其特征在于，所
述本地CA码生成模块产生本地的CA码具体包括采用两个移位寄存器
shift存取的兵乓结构，即第一次先生成n1号CA码，并将其存在第一移
位寄存器shift1中，第二次收到n1号CA码时读出存在第一移位寄存器
shift1中的CA码，而新的CA码生成后存入第二移位寄存器shift2中，
即CA码提前发送给本地CA码生成模块，当本地CA码接收到CPU模块发
送的码号时可直接输出本地CA码。
4.根据权利要求1所述的GNSS卫星信号捕获方法，其特征在于，所
述FFT模块对相关数据进行三阶蝶形运算具体包括先将数据进行第一阶

\t蝶形运算，在进行第二阶的乘以旋转因子、RAM的地址转换和蝶形运算，
最后进行第三阶运算，所述第三阶运算同第二阶运算，但旋转因子的值不
同...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，
申请(专利权)人：深圳市峰华经纬科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44