一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现技术

一种捕获ＧＰＳ卫星信号的低硬件开销方法及其实现中涉及的工作部件包括相关器、排序器、窗口界定器、除法器、比较器，它们依次连接。所述相关器用于计算相关值并记录当前相位；所述排序器用于相关值的排序，并保证相关值和相位值的一一对应；所述窗口界定器划定窗口，找出第一个不在窗口内的相位，则与之对应的相关值即为窗口外的最大值；所述除法器计算最大相关值和窗口外最大相关值的商；所述比较器将该商与设定的阈值进行比较，以此判断捕获是否成功。本发明专利技术的优点在于：适应性强、误判率低、节省硬件开销、降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现
本专利技术涉及电子信号领域中的卫星定位导航技术，特别是一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现。
技术介绍
基于卫星信号的定位导航技术在近二十年来发展迅速，且逐渐从专有应用 领域走入人们日常生活。目前世界上有数套全球卫星定位系统我国的北斗系统，美国的GPS系统，俄罗斯的GLONASS系统，中欧合作的伽利略系统等。 以GPS系统为例，卫星信号接收机可以分为三部分射频前端(RF)、基带处 理(DBB)和解算软件(SW)。其中射频前端完成下变频，并进行数模转换(A/D)，输出中频信号；基带处理实现对中频信号的处理，并输出导航电文、多普勒频 偏、信号发射时间等信息；解算软件根据基带处理的输出，计算卫星和接收机 的坐标、速度、时间等信息，完成定位导航功能。而基带处理部分按时间顺序， 包含捕获和跟踪两个过程。其中捕获过程搜索接收机能够接收到且信号足够强 的卫星，并粗略得出各卫星信号的多普勒频偏和扩频码相位，供跟踪阶段做进 一步处理；跟踪过程完成本地载波、扩频码相位与相应卫星信号的同步，输出 解算软件完成定位导航功能所需的信息。捕获过程是一个二维搜索过程，判断是否捕获到某颗卫星的方法主要有两 种相关值判定法和信噪比(SNR)判定法。相关值判定法设定一固定阈值， 当相关器计算的结果大于该值时，即判定捕获到该卫星，该方法简单以实现， 但误判率较高，适应性较差；信噪比判定法计算信号的信噪比，当信噪比大于 阈值时，即判定捕获到该卫星，该方法适应能力较强，误判率较低，实现较复 杂。信噪比判定法具体描述如下GPS卫星信号捕获得到的扩频码相位误差必须小于1/2码片(chip)，否则 无法实现跟踪。若设计中，要求捕获时的相位误差控制在1/N (N为整数)码片， 由于GPS扩频码中的C/A码的每个周期有1023个码片，则在捕获过程中存在 1023*N个相位，而每个需要得到一个相关值，即存在1023fN个相关值，并且这1023*:^个相关值是顺序得到的，计算每个相关值均需要一定时间。所有相关值计算完毕后，从其中找出最大值(设为PMAX)，并在该值两侧划出一窗口，设该窗口宽度为2* +1，即在最大值两侧各有W个相关值，同时需要找出该窗口 外的最大值(设为PsEc)，则定义信噪比为SNR=PMAX/PSEC，若SNR大于设定 的阈值(设为TH)，则捕获到该卫星，即该卫星可见。 这里存在如下问题最大值只有在所有1023tN个相关值全部算出之后才能得到，最容易想到的 方法是将相关值保存起来，待全部算出之后，找出最大值，划出窗口，找出窗 口之外的最大值，计算信噪比。但是， 一般情况下，相关值需要16比特来存储， 可见需要的存储容量较大。若采用SRAM实现存储，则a)需要额外的SRAM接口控制电路，b)计算 SNR过程较复杂，控制电路也有相当的复杂度，c)从相关值计算结束到得到 SNR，耗时较长，延迟较大。若采用寄存器实现存储，除了具有上述b、 c的问 题外，硬件开销太大。这就需要采用一种解决上述问题的方法来实现该功能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于信噪比判定法的低成本捕获 GPS卫星信号的实现方法，该方法适应性强、误判率低、节省硬件开销。本专利技术基于以下原理窗口外的1023*N-2*W个值中，只需要其中的最大 值，即Psec，若保存1023*N个相关值中最大的2*(\￥+1)个，则其中一定包含 Pmax禾口 PsEo本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的本专利技术一种捕获GPS卫星信号的低硬件开销方法及其实现中涉及的工作部 件包括相关器、排序器、窗口界定器、除法器、比较器；所述相关器连接到所 述排序器，完成卫星信号与本地码的相关运算和相位计数，每隔一定时间产生 一个相关值，并将该相关值和对应的相位值同时送入所述排序器；所述排序器 连接到所述窗口界定器，用于获取所有相关值中最大的2*(\￥+1)个相关值及对 应的相位，所述排序器中有2，W+l)个相关值寄存器REGcor和2^W+l)个相位 寄存器REGPH，当新的相关值CORNEW和相位值PHNEW产生时，若其大于REGcor 中的最小值则采用排序算法将新值CORNEW插入REGC0R中的适当位置(设地址为A)，并将最小值去掉，同时将PH^w插入到REGpH的地址A中，若新值小 于REGcoR中的最小值则REGcor和REGra均不变；所述窗口界定器连接到所述除法器，根据最大值PMAX的相位(设为PHMAx)划定窗口，并顺序检索REGpH，找到第一个不在窗口内的值(设为PHSEC，地址为B)，则REGcor中地址B处 的相关值即为PSEC，于是可根据最大相关值的相位划定窗口并找出窗口外的最 大值；所述除法器连接到所述比较器，完成信噪比的计算，即Pmax/Psec，并将 结果送入所述比较器；所述比较器比较信噪比与阈值的大小关系，判断捕获是 否成功。该专利技术可进一步具体为所述相关器包括相关计算模块和相位计数器模块，分别实现相关值计算和 相位计数功能；所述相关器计算来自射频前端的采样值与本地扩频码的相关值， 并使用计数器记录当前相位每完成一个相位的相关运算，计数器的计数值加 一，排序器可根据该值判断是否已完成1023fN个相位的相关运算，从而进一步 确定是否向窗口界定器发送启动信号，如果该相位对应的相关值在所述排序器 的排序过程中插入到相关值寄存器中，则该相位也会插入到相应的相位寄存器 中；相关器还输出一标示信号，表示当前相位的相关运算已完成，排序器利用 该标示信号启动排序操作，所述相关器输出的相关值作为所述排序器的输入， 与所述排序器的相关值寄存器中的值进行比较排序。所述排序器包括排序控制器、相位比较器、相关值寄存器、相位寄存器等 四部分；所述排序控制器实现排序算法，所述相位比较器比较当前相位与总相 位数(1023*N)的大小关系，用于确定所有1023*N个相关值是否计算完毕， 所述相关值寄存器用于保存1023+N个相关值中最大的2*W+1个值，所述相位 寄存器用于保存与相关值寄存器中的相关值对应的相位。所述排序器比较当前输入的新相关值与相关值寄存器中的值的关系，并根 据不同情况，进行不同的操作1)若输入的新相关值大于或等于相关值寄存器中 最小值，则采用排序算 法将输入的新相关值插入相关值寄存器中的适当位置，并将最小值去掉，同时 将与输入的新相关值对应的相位值插入到相位寄存器中，并将与相关值寄存器 中去掉的最小值对应的相位值去掉；2)若输入的新值小于相关值寄存器中的最小值，则相关值寄存器和相位寄 存器均不变；这两种情况下，相关值寄存器和相位寄存器的操作由排序器内部的控制信 号控制，同时排序器比较当前相位与总相位数(即1023tN)的关系，若相等则 说明所有相位的相关运算已经完成，如果所有相位的相关运算均已完成且对最 后一个相关值的排序操作结束，即可启动窗口界定器。所述排序控制器包括排序状态机、相关值比较器、地址计数器、地址选择 器、地址暂存器等五个模块；所述排序状态机控制排序过程，所述相关值比较 器比较当前输入的新相关值与相关值寄存器中各个相关值的大小关系，所述地 址计数器用于产生寻址相关值寄存器与相位寄存器的地址，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种捕获ＧＰＳ卫星信号的低硬件开销方法及其实现，其特征在于：工作部件包括相关器、排序器、窗口界定器、除法器、比较器；所述相关器连接到所述排序器，完成卫星信号与本地码的相关运算和相位计数，每隔一定时间产生一个相关值，并将该相关值和对应的相位值同时送入所述排序器；所述排序器连接到所述窗口界定器，用于获取所有相关值中最大的２＊（Ｗ＋１）个相关值及对应的相位，所述排序器中有２＊（Ｗ＋１）个相关值寄存器ＲＥＧ↓［ＣＯＲ］和２＊（Ｗ＋１）个相位寄存器ＲＥＧ↓［ＰＨ］，当新的相关值ＣＯＲ↓［ＮＥＷ］和相位值ＰＨ↓［ＮＥＷ］产生时，若其大于ＲＥＧ↓［ＣＯＲ］中的最小值则采用排序算法将新值ＣＯＲ↓［ＮＥＷ］插入ＲＥＧ↓［ＣＯＲ］中的适当位置（设地址为Ａ），并将最小值去掉，同时将ＰＨ↓［ＮＥＷ］插入到ＲＥＧＰＨ的地址Ａ中，若新值小于ＲＥＧ↓［ＣＯＲ］中的最小值则ＲＥＧ↓［ＣＯＲ］和ＲＥＧ↓［ＰＨ］均不变；所述窗口界定器连接到所述除法器，根据最大值Ｐ↓［ＭＡＸ］的相位（设为ＰＨ↓［ＭＡＸ］）划定窗口，并顺序检索ＲＥＧ↓［ＰＨ］，找到第一个不在窗口内的值（设为ＰＨ↓［ＳＥＣ］，地址为Ｂ），则ＲＥＧ↓［ＣＯＲ］中地址Ｂ处的相关值即为Ｐ↓［ＳＥＣ］，于是可根据最大相关值的相位划定窗口并找出窗口外的最大值；所述除法器连接到所述比较器，完成信噪比的计算，即Ｐ↓［ＭＡＸ］／Ｐ↓［ＳＥＣ］，并将结果送入所述比较器；所述比较器比较信噪比与阈值的大小关系，判断捕获是否成功。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李国亮，吴楷龙，唐纬，王祖，刘志翔，
申请(专利权)人：深圳市莱科电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]