高灵敏度导航卫星接收机中的信号快速捕获方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高灵敏度导航卫星接收机中的信号快速捕获方法及装置。本发明专利技术通过匹配滤波器进行相关运算，可以在一个扩频码周期后将所有可能的码片偏差位置下的相关结果全部计算出来，极大的提高了捕获的搜索速度。在匹配滤波进行相关运算后，本发明专利技术采用差分相干积分提升信噪比，减少了导航电文对积分的影响，也能避免长时间非相干积分所带来的平方损失。本发明专利技术中的控制器能对积分次数以及检测器中的检测门限进行设置，可以适应多种情况。本发明专利技术所能捕获的导航卫星信号强度下限为－１４５ｄｂｍ，而且对ＧＰＳ和北斗２系统均适用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高灵敏度导航卫星接收机中的信号快速捕获方法及装置。
技术介绍
全球导航卫星系统除较为成熟的美国GPS与俄罗斯的GLONASS夕卜，还包括正在发展中的欧洲伽利略系统与我国北斗系统，它是一种无线电定位系统，通过估计无线电波从导航卫星到接收机的传播延时，得到接收机到卫星的直线距离，这是一种利用到达时间(TOA)的测距方式；通过卫星星座的空间计算，可以得到卫星的位置；在已知接收机到多颗卫星的距离以及相应卫星的基础上可以得到接收机的位置。所以接收机的主要目的是估计信号的传播延时，并通过导航电文获取卫星的坐标，进行无线电测距。而接收机想要完成这些任务，首先需要进行的是与卫星信号的粗略同步，即捕获。导航卫星信号捕获是对接收信号载波频率和伪码相位的一个二维搜索过程，当本地参考序列与卫星信号达到粗同步时并且频率也近似相等时，会产生相关峰值，可以此来判定是否完成了捕获。 当位于室外空旷环境时，导航卫星信号的信噪比很高(功率谱密度一般在45dB/Hz以上)，在这种情况，一个扩频码周期的数据的相关结果就能实现捕获。但在室内、森林、城市等复杂环境下，导航卫星信号会受到10-30dB左右的衰减，信号功率将远远低于一般的导航卫星接收机的接收灵敏度。在这些环境下，仅仅一个扩频码周期的数据已经不能实现捕获，必须进行积分从而提升信噪比。目前常用的相干积分、非相干积分以及相干-非相干积分方式都不能很好的解决这个问题，导致在复杂环境下导航卫星接收机不能捕获导航卫星信号，从而无法进行后续的跟踪、解算定位，这极大的限制了全球导航卫星系统的应用范围。因此，高灵敏度导航卫星接收机中的捕获成为了当前研究的热点，国内外很多研究机构都在进行这方面的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术不足，提供了一种高灵敏度导航卫星接收机中的信 号快速捕获方法及装置。 高灵敏度导航卫星接收机中的信号快速捕获方法包括如下步骤 1)数字下变频器输出的同相和正交两路基带卫星信号与本地扩频码产生器产生的参考扩频码在匹配滤波器中进行相关运算，将当前相关运算结果与存储器中存储的一个扩频码周期前的相关运算结果同时输出，并用当前相关运算结果将存储器中存储的一个扩频码周期前的相关运算结果覆盖； 2)对匹配滤波器输出的当前运算结果和一个扩频码周期前的相关运算结果做差分相干积分，当相干积分次数达到控制器设定的次数时，将积分结果取模后输出； 3)检测器对差分相干积分器在一个扩频码周期内的输出结果进行综合分析，根据控制器设定的检测门限判断当前频点的信号状态，信号存在或者信号不存在。 所述的数字下变频器输出的同相和正交两路基带卫星信号与本地扩频码产生器4产生的参考扩频码在匹配滤波器中进行相关运算，将当前相关运算结果与存储器中存储的 一个扩频码周期前的相关运算结果同时输出，并用当前相关运算结果将存储器中存储的一 个扩频码周期前的相关运算结果覆盖步骤包括 1)匹配滤波器内置存储器，存储在一个扩频码周期T内的同相和正交两路基带信 号，两个信号各有M个值，存储器中采用从地址1到地址M的顺序存储方式，当存储器存满 后，下一个接收的信号继续从地址1开始存储，如此循环； 2)本地扩频码产生器产生的参考扩频码作为匹配滤波器的抽头系数，抽头系数的 长度为匹配滤波器的点数M，当接收到新的扩频码时，将第1至M-l位置的抽头系数用2至 M位置的抽头系数覆盖，位置M位置的抽头系数用最新产生的扩频码覆盖，抽头系数的值 为-1或+1 ; 3)每当接收到新的基带卫星信号和扩频码后，将存储器中的数据与抽头系数做相 关运算，即存储器中的数据与对应位置的抽头系数做乘累积，在一个扩频码周期内有M个 相关运算结果； 4)匹配滤波器内置存储器，存储一个扩频码周期T内的相关运算结果，M个复信 号，存储器中采用从地址1到地址M的顺序存储方式，当存储器存满后，下一个相关运算结 果继续从地址1开始存储，如此循环，存储器对某地址进行写入操作前，先将存储器该地址 中的数据读出，之后再写入。 所述的对匹配滤波器输出的当前运算结果和一个扩频码周期前的相关运算结果 做差分相干积分，当相干积分次数达到控制器设定的次数时，将积分结果取模后输出步骤 包括 1)对输入的两个复信号做复数的共轭乘法即差分运算，两个复信号中取共轭的是 一个扩频码周期前的匹配滤波器的相关运算结果，共轭乘法即差分运算的结果为一个复信 号； 2) —个扩频码周期T内有M个共轭乘法即差分运算的结果，差分相干积分器内置 积分存储器，负责存储这M个计算结果； 3)相干积分次数N由控制器预置，因此相关积分时间为NXT，在相干积分时间 NXT内，共有N组相关运算结果，每组M点，编号为1到M，每个相关运算结果均为复信号， 将编号为1的N组数据相加，将编号为2的N组数据相加，以此类推， 一直将编号为M的N 组数据相加，其中所用加法为复数加法，这样将N组数据按照同编号相加就得到了 1组相干 积分结果，也是M个复信号； 4)当相干积分次数达到控制器预制的次数N时，将相干积分后的复信号取模后输 出。 所述的检测器对差分积分器在一个扩频码周期内的输出结果进行综合分析，根据 控制器设定的检测门限判断当前频点的信号状态，信号存在或者信号不存在步骤包括 1) —个扩频码周期T内有M个输出结果，在M个输出结果中找出最大值，并记录下 该最大值在这M点中的位置序号； 2)将最大值与设定的检测门限做比较，如果大于或等于门限，则判定信号存在，否 则判定信号不存在，该门限值可由控制器预置； 3)当信号存在时，产生捕获成功信号，并输出最大值在M点中的位置序号，当信号不存在，产生捕获失败信号，不输出最大值在M点中的位置序号。 高灵敏度导航卫星接收机中的信号快速捕获的装置包括匹配滤波器、差分相干积 分器、检测器和控制器；匹配滤波器、差分相干积分器、检测器依次相连；控制器分别与差 分相干积分器和检测器相连。 所述的匹配滤波器包括基带信号存储器、相关运算器和相关结果存储器；基带信 号存储器、相关运算器、相关结果存储器依次相连。 所述的差分相干积分器包括复数共轭乘法器和积分存储器；复数共轭乘法器与积 分存储器相连。 本专利技术采用匹配滤波器进行相关运算，可以在一个扩频码周期后将所有可能的码 偏位置的相关运算值全部计算出来，之后采用差分相干积分这种新的积分方式来实现信噪 比的提升，这种积分方式最大程度的减少了导航电文对积分的影响，也避免了进行长时间 非相干积分所带来的平方损失，可以获得很高的处理增益。本专利技术所能捕获的导航卫星信 号强度下限为_145dbm，对GPS和北斗2系统均适用。附图说明 图1是高灵敏度导航卫星接收机中的信号快速捕获装置电路框图； 图2是本专利技术的匹配滤波器的电路框图； 图3是本专利技术的差分相干积分器的电路框图； 图4是本专利技术的匹配滤波器的时序图； 图5是本专利技术的检测器的时序图； 图6是本专利技术的控制器的时序图。具体实施例方式本专利技术实现了高灵敏度导航卫星接收机中的信号快速捕获装置。接收基带卫星信号并与参考扩频码在匹配滤波器中做相关运算，之后利用差分相干积分技术提高信噪比，利用检测器的综合分析结果，判断是否存在所需要的卫星信号并找到该卫星信号与参考扩频码之间码片偏移量。在实施例中，系统的采样时钟为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高灵敏度导航卫星接收机中的信号快速捕获方法，其特征在于包括如下步骤：１）数字下变频器输出的同相和正交两路基带卫星信号与本地扩频码产生器产生的参考扩频码在匹配滤波器中进行相关运算，将当前相关运算结果与存储器中存储的一个扩频码周期前的相关运算结果同时输出，并用当前相关运算结果将存储器中存储的一个扩频码周期前的相关运算结果覆盖；２）对匹配滤波器输出的当前运算结果和一个扩频码周期前的相关运算结果做差分相干积分，当相干积分次数达到控制器设定的次数时，将积分结果取模后输出；３）检测器对差分相干积分器在一个扩频码周期内的输出结果进行综合分析，根据控制器设定的检测门限判断当前频点的信号状态，信号存在或者信号不存在。

【技术特征摘要】
一种高灵敏度导航卫星接收机中的信号快速捕获方法，其特征在于包括如下步骤1)数字下变频器输出的同相和正交两路基带卫星信号与本地扩频码产生器产生的参考扩频码在匹配滤波器中进行相关运算，将当前相关运算结果与存储器中存储的一个扩频码周期前的相关运算结果同时输出，并用当前相关运算结果将存储器中存储的一个扩频码周期前的相关运算结果覆盖；2)对匹配滤波器输出的当前运算结果和一个扩频码周期前的相关运算结果做差分相干积分，当相干积分次数达到控制器设定的次数时，将积分结果取模后输出；3)检测器对差分相干积分器在一个扩频码周期内的输出结果进行综合分析，根据控制器设定的检测门限判断当前频点的信号状态，信号存在或者信号不存在。2. 根据权利要求1所述的一种高灵敏度导航接收机中的信号快速捕获方法，其特征在 于，所述的数字下变频器输出的同相和正交两路基带卫星信号与本地扩频码产生器产生的 参考扩频码在匹配滤波器中进行相关运算，将当前相关运算结果与存储器中存储的一个扩 频码周期前的相关运算结果同时输出，并用当前相关运算结果将存储器中存储的一个扩频 码周期前的相关运算结果覆盖步骤包括1) 匹配滤波器内置存储器，存储在一个扩频码周期T内的同相和正交两路基带信号， 两个信号各有M个值，存储器中采用从地址1到地址M的顺序存储方式，当存储器存满后， 下一个接收的信号继续从地址1开始存储，如此循环；2) 本地扩频码产生器产生的参考扩频码作为匹配滤波器的抽头系数，抽头系数的长度 为匹配滤波器的点数M，当接收到新的扩频码时，将第1至M-1位置的抽头系数用2至M位 置的抽头系数覆盖，位置M位置的抽头系数用最新产生的扩频码覆盖，抽头系数的值为-1 或+1 ;3) 每当接收到新的基带卫星信号和扩频码后，将存储器中的数据与抽头系数做相关运 算，即存储器中的数据与对应位置的抽头系数做乘累积，在一个扩频码周期内有M个相关 运算结果；4) 匹配滤波器内置存储器，存储一个扩频码周期T内的相关运算结果，M个复信号，存 储器中采用从地址1到地址M的顺序存储方式，当存储器存满后，下一个相关运算结果继续 从地址1开始存储，如此循环，存储器对某地址进行写入操作前，先将存储器该地址中的数 据读出，之后再写入。3. 根据权利要求1所述的一种高灵敏度导航接收机中的信号快速捕获方法，其特征在 于，所述的对匹配滤波器输出的当前运算结果和一个扩频码周期前...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯维玮，赵民建，王勇松，沈颖洁，李云飞，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]