專利名稱：一種高靈活度的定位衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及衛(wèi)星通信領域，尤其是涉及一種高靈活度的定位衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)。
背景技術：
全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)室外定位技術的研究與應用已經很普遍。GNSS接收機處理信號時需要用到捕獲系統(tǒng)。捕獲系統(tǒng)用來檢測從天線端是否接收到有效的GNSS信號。而本地產生的偽隨機序列(PRN)碼需要與接收信號同步，才能對接收信號進行解擴。捕獲系統(tǒng)需要同時估計出本地信號與接收信號的PRN碼相位差和載波多普勒頻移，以便用于接收機后續(xù)的跟蹤。因此，GNSS信號的捕獲是一種二維搜索過程，即PRN碼的相位和信號多普勒頻偏都要由捕獲過程給出。傳統(tǒng)的捕獲系統(tǒng)大多采用時域的串行捕獲和頻域的FFT方法捕獲這兩種相關技術。采用時域的傳串行捕獲原理簡單且易于實現(xiàn)，但是捕獲時間很長；采用頻域的FFT方法捕獲大大降低了捕獲的時間，但是其進行FFT操作通常會受到處理器運算能力的限制，而且會占用較多資源。另外，不同捕獲系統(tǒng)所采用的算法具有獨立性和非兼容性，導致不同捕獲系統(tǒng)之間的移植能力低下。一旦捕獲系統(tǒng)定型，很難再做擴展。綜上，現(xiàn)有技術的主要缺點是占用資源過多，不同捕獲系統(tǒng)之間的移植能力低下，難以同時兼顧資源和搜索速度，因此很難滿足不同應用場景的需求。

實用新型內容為了解決上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種高靈活度的定位衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)，以達到資源與搜索速度的平衡。為了解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是:一種高靈活度的定位衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一數(shù)控振蕩器，所述第一數(shù)控振蕩器的輸出端依次連接有半帶濾波器、抽取器、記憶存儲器和相關器。進一步，所述相關器包括地址控制模塊、頻偏調整模塊、子相關器模塊、計數(shù)器和GOLD碼生成模塊，所述地址控制模塊的第一輸入端與所述記憶存儲器的輸出端連接，所述地址控制模塊的第二輸入端與所述計數(shù)器的第一輸出端連接，所述地址控制模塊的輸出端與所述頻偏調整模塊的第一輸入端連接，所述頻偏調整模塊的第二輸入端與所述計數(shù)器的第二輸出端連接，所述頻偏調整模塊的輸出端與所述子相關器模塊的第一輸入端連接，所述子相關器模塊的第二輸入端與所述計數(shù)器的第三輸出端連接，所述子相關器模塊的第三輸入端與所述GOLD碼生成模塊的輸出端連接，所述GOLD碼生成模塊的輸入端與所述計數(shù)器的第四輸出端連接。進一步，所述子相關器模塊包括相乘單元，所述相乘單元的第一輸入端與所述頻偏調整模塊的輸出端連接，所述相乘單元的第二輸入端與所述計數(shù)器的第三輸出端連接，所述相乘單元的第三輸入端與所述GOLD碼生成模塊的輸出端連接，所述相乘單元的輸出端依次連接有累加單元、絕對值運算單元和峰值檢測單元。[0009]進一步，所述頻偏調整模塊包括第二數(shù)控振蕩器和頻偏控制單元，所述第二數(shù)控振蕩器的第一輸入端與所述地址控制模塊的輸出端連接，所述第二數(shù)控振蕩器的第二輸入端與所述計數(shù)器的第二輸出端連接，所述第二數(shù)控振蕩器的輸出端與所述頻偏控制單元的第一輸入端連接，所述頻偏控制單元的第二輸入端與所述計數(shù)器的的第二輸出端連接，所述頻偏控制單元的輸出端與所述子相關器模塊的輸入端連接。[0010]進一步，所述子相關器模塊還包括清除及復位單元，所述清除及復位單元的第一輸出端與所述相乘單元的輸入端連接，所述清除及復位單元的第二輸出端與所述累加單元的輸入端連接，所述清除及復位單元的第三輸出端與所述絕對值運算單元的輸入端連接，所述清除及復位單元的第四輸出端與所述峰值檢測單元的輸入端連接。[0011]進一步，所述子相關器模塊為一個或多個并行連接的子相關器。[0012]進一步，所述相關器的輸出端還連接有跟蹤模塊，所述跟蹤模塊包括并列連接的延遲鎖定環(huán)、鎖相環(huán)和鎖頻環(huán)，所述延遲鎖定環(huán)的輸入端與所述相關器的第一輸出端連接，所述鎖相環(huán)的輸入端與所述相關器的第二輸出端連接，所述鎖頻環(huán)的輸入端與所述相關器的第三輸出端連接。[0013]本實用新型的有益效果是:包括用于相關搜索的相關器，能在搜索過程中對資源與搜索速度進行靈活配置，從而提高資源的利用率。而且，不同捕獲系統(tǒng)只需要替換本地的GOLD碼生成器以及調整計算的速度，兼容性和可移植性較好。進一步，子相關器模塊為一個或多個并行連接的子相關器，因此本實用新型可以適當增加或減少子相關器的數(shù)目，以達到資源和搜索速度的平衡，從而滿足不同應用場景的需求。


[0014]圖1為本實用新型一種高靈活度的定位衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；[0015]圖2為本實用新型相關器模塊的組成框圖；[0016]圖3為本實用新型相關器子模塊的組成框圖；[0017]圖4為本實用新型頻偏調整模塊的組成框圖具體實施方式
[0018]下面結合說明書附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步說明。[0019]參照圖1，一種高靈活度的定位衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:該系統(tǒng)包括第一數(shù)控振蕩器，所述第一數(shù)控振蕩器的輸出端依次連接有半帶濾波器、抽取器、記憶存儲器和相關器。[0020]其中，第一數(shù)控振蕩器，用于對輸入信號進行數(shù)字下變頻，從而生成同相正交信號；半帶濾波器，用于濾除同相正交信號的高頻噪聲；抽取器，用于對濾波后的信號進行抽取，從而降低信號的速率；記憶存儲器，用于存儲抽取后的信號；相關器，用于從記憶存儲器提取信號進行相關搜索。而第一數(shù)控振蕩器的輸入信號為經過模擬下變頻、模數(shù)轉換等處理的數(shù)字中頻信號。輸入的數(shù)字中頻信號首先經過第一數(shù)控振蕩器分為兩路信號:正交分量信號和同相分量信號。接著，正交分量信號依次經過第一半帶濾波器和第一抽取器處理后進而在記憶存儲器存儲起來，而同相分量信號依次經過第二半帶濾波器和第二抽取器處理后進而在記憶存儲器存儲起來。最后，相關器從記憶存儲器提取存儲信號進行相關搜索，從而完成信號的捕獲這一過程。在本實施方式中，相關器在搜索過程中對資源與搜索速度進行靈活配置(根據(jù)實際需要平衡資源和搜索速度)，能滿足不同資源需求與速度需求，從而提高資源的利用率。參照圖2，進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述相關器包括地址控制模塊、頻偏調整模塊、子相關器模塊、計數(shù)器和GOLD碼生成模塊，所述地址控制模塊的第一輸入端與所述記憶存儲器的輸出端連接，所述地址控制模塊的第二輸入端與所述計數(shù)器的第一輸出端連接，所述地址控制模塊的輸出端與所述頻偏調整模塊的第一輸入端連接，所述頻偏調整模塊的第二輸入端與所述計數(shù)器的第二輸出端連接，所述頻偏調整模塊的輸出端與所述子相關器模塊的第一輸入端連接，所述子相關器模塊的第二輸入端與所述計數(shù)器的第三輸出端連接，所述子相關器模塊的第三輸入端與所述GOLD碼生成模塊的輸出端連接，所述GOLD碼生成模塊的輸入端與所述計數(shù)器的第四輸出端連接。其中，地址控制模塊，用于讀取記憶存儲器的數(shù)據(jù)；頻偏調整模塊，用于調整地址控制模塊讀取的數(shù)據(jù)信號的頻偏；G0LD碼生成模塊，用于生成本地的GOLD碼；子相關器模塊，用于對經過頻偏調整后的信號以及GOLD碼生成模塊生成的本地GOLD碼進行相關運算，判斷是否有對應的偽隨機碼存在；計數(shù)器，用于控制所述地址控制模塊、頻偏調整模塊、GOLD碼生成模塊和子相關器模塊的計算時序和速度。另外，輸入信號為記憶存儲器存儲的兩路信號，GOLD碼為偽隨機碼的一種，而生成本地的GOLD碼提供給子相關器模塊進行運算，計數(shù)器用來保證各模塊之間的數(shù)據(jù)正常流動。參照圖3，進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述子相關器模塊包括相乘單元，所述相乘單元的第一輸入端與所述頻偏調整模塊的輸出端連接，所述相乘單元的第二輸入端與所述計數(shù)器的第三輸出端連接，所述相乘單元的第三輸入端與所述GOLD碼生成模塊的輸出端連接，所述相乘單元的輸出端依次連接有累加單元、絕對值運算單元和峰值檢測單元。其中，相乘單元，用于對經過頻偏調整后的信號和本地生成的GOLD碼進行相乘運算；累加單元，用于對相乘后的數(shù)據(jù)進行累加處理；絕對值運算單元，用于對累加后的數(shù)據(jù)進行求絕對值運算；峰值檢測單元，用于檢測求絕對值運算后的信號的峰值，并輸出峰值的位置信息和能量信息。而子相關器模塊對信號的搜索過程與匹配濾波器一致，均利用本地生成的GLOD碼與輸入信號相乘、累加和求求絕對值，進而通過移位搜索(即峰值檢測)尋找出最大值時對應的位置、能量等信息。在本實施方式中，子相關器模塊采用了先累加再做相關的非相關累加方式，與傳統(tǒng)的非相關累加不同，其通過降低多普勒頻偏的搜索步長來防止頻偏引起的累加抵消，從而降低了記憶存儲器的消耗。多普勒頻偏的搜索步長=0.5/[非相關累加次數(shù)*(子相關器相關長度/4092))]。多普勒頻偏的搜索步長最大值為0.5khz,在搜索過程中可以根據(jù)實際需要降低多普勒頻偏的搜索步長，即通過提高搜索精度來防止頻偏引起的累加抵消。例如將搜索步長變?yōu)?.25khz、0.125khz和0.0625khz等。參照圖4，進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述頻偏調整模塊包括第二數(shù)控振蕩器和頻偏控制單元，所述第二數(shù)控振蕩器的第一輸入端與所述地址控制模塊的輸出端連接，所述第二數(shù)控振蕩器的第二輸入端與所述計數(shù)器的第二輸出端連接，所述第二數(shù)控振蕩器的輸出端與所述頻偏控制單元的第一輸入端連接，所述頻偏控制單元的第二輸入端與所述計數(shù)器的的第二輸出端連接，所述頻偏控制單元的輸出端與所述子相關器模塊的輸入端連接。其中，第二數(shù)控振蕩器，用于搜索輸入信號的多普勒頻偏；頻偏控制單元，用于控制多普勒頻偏的大小和方向。進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述子相關器模塊還包括清除及復位單元，所述清除及復位單元的第一輸出端與所述相乘單元的輸入端連接，所述清除及復位單元的第二輸出端與所述累加單元的輸入端連接，所述清除及復位單元的第三輸出端與所述絕對值運算單元的輸入端連接，所述清除及復位單元的第四輸出端與所述峰值檢測單元的輸入端連接。其中，相乘單元、累加單元、絕對值運算單元和峰值檢測單元均設置有清除及復位單元。清除及復位單元的信號可手動輸入。進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述子相關器模塊為一個或多個并行連接的子相關器。其中，子相關器采用非實時的相關方式，因此可以利用增減子相關器的數(shù)量來控制資源與搜索速度。下面對本實用新型的子相關器作進一步說明:(I)子相關器的最小相關長度為1023*4，最小搜索長度也為1023*4，而記憶存儲器的存儲長度取決于子相關器的相關長度；(2)子相關器的工作頻率為102.3Mhz或102.3Mhz以上(根據(jù)實際布線時序情況來設計子相關器的工作頻率，例如工作頻率為153.45Mhz)。(3)搜索時間計算采用I個子相關器(假設搜索37顆星，頻偏搜索范圍為-12khz +12khz，子相關器相關長度為4092，頻偏搜索步長為0.5khz，相關器工作頻率為102.3Mhz)的搜索時間=1023*4*1023*4*37* (24/0.5)/ (102.3*10e6) =290.7s ；而采用24個子相關器(假設搜索24顆星，頻偏搜索范圍為Okhz +12khz，子相關器相關長度為4092，頻偏搜索步長為0.5khz，相關器工作頻率為122.76Mhz)的搜索時間=1023*4*1023*4*24* (12/0.5)/ (24*122.76*10e6) =3.27s?？梢钥吹剑酉嚓P器越多，搜索速度越快，但會相應占用更多的資源。多個子相關器在進行搜索時是并列的。因此，對多個GOLD碼序列進行搜索的過程既可以采用I個子相關器進行多次搜索的方式，也采用多個子相關器同時對多個GOLD碼搜索的方式，后者的搜索時間大為縮短。而且子相關器的數(shù)量不受搜索衛(wèi)星的個數(shù)限制，例如資源滿足情況下，搜索24顆星可采用48個或以上的子相關器。另外，不同衛(wèi)星系統(tǒng)只需要替換本地GOLD碼的生成器以及調整計算的速度，即可完成不同衛(wèi)星系統(tǒng)的切換。進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述相關器的輸出端還連接有跟蹤模塊，所述跟蹤模塊包括并列連接的延遲鎖定環(huán)、鎖相環(huán)和鎖頻環(huán)，所述延遲鎖定環(huán)的輸入端與所述相關器的第一輸出端連接，所述鎖相環(huán)的輸入端與所述相關器的第二輸出端連接，所述鎖頻環(huán)的輸入端與所述相關器的第三輸出端連接。其中，延遲鎖定環(huán)，用于進行碼元跟蹤；鎖相環(huán)，用于進行載波相位跟蹤；鎖頻環(huán)，用于進行頻率跟蹤。 以上是對本實用新型的較佳實施進行了具體說明，但本實用新型創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本實用新型精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
權利要求1.一種高靈活度的定位衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括第一數(shù)控振蕩器，所述第一數(shù)控振蕩器的輸出端依次連接有半帶濾波器、抽取器、記憶存儲器和相關器。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高靈活度的定位衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述相關器包括地址控制模塊、頻偏調整模塊、子相關器模塊、計數(shù)器和GOLD碼生成模塊，所述地址控制模塊的第一輸入端與所述記憶存儲器的輸出端連接，所述地址控制模塊的第二輸入端與所述計數(shù)器的第一輸出端連接，所述地址控制模塊的輸出端與所述頻偏調整模塊的第一輸入端連接，所述頻偏調整模塊的第二輸入端與所述計數(shù)器的第二輸出端連接，所述頻偏調整模塊的輸出端與所述子相關器模塊的第一輸入端連接，所述子相關器模塊的第二輸入端與所述計數(shù)器的第三輸出端連接，所述子相關器模塊的第三輸入端與所述GOLD碼生成模塊的輸出端連接，所述GOLD碼生成模塊的輸入端與所述計數(shù)器的第四輸出端連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種高靈活度的定位衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述子相關器模塊包括相乘單元，所述相乘單元的第一輸入端與所述頻偏調整模塊的輸出端連接，所述相乘單元的第二輸入端與所述計數(shù)器的第三輸出端連接，所述相乘單元的第三輸入端與所述GOLD碼生成模塊的輸出端連接，所述相乘單元的輸出端依次連接有累加單元、絕對值運算單元和峰值檢測單元。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種高靈活度的定位衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述頻偏調整模塊包括第二數(shù)控振蕩器和頻偏控制單元，所述第二數(shù)控振蕩器的第一輸入端與所述地址控制模塊的輸出端連接，所述第二數(shù)控振蕩器的第二輸入端與所述計數(shù)器的第二輸出端連接，所述第二數(shù)控振蕩器的輸出端與所述頻偏控制單元的第一輸入端連接，所述頻偏控制單元的第二輸入端與所述計數(shù)器的的第二輸出端連接，所述頻偏控制單元的輸出端與所述子相關器模塊的輸入端連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種高靈活度的定位衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述子相關器模塊還包括清除及復位單元，所述清除及復位單元的第一輸出端與所述相乘單元的輸入端連接，所述清除及復位單元的第二輸出端與所述累加單元的輸入端連接，所述清除及復位單元的第三輸出端與所述絕對值運算單元的輸入端連接，所述清除及復位單元的第四輸出端與所述峰值檢測單元的輸入端連接。
6.根據(jù)權利要求2-5任一項所述的一種高靈活度的定位衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述子相關器模塊為一個或多個并行連接的子相關器。
7.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的一種高靈活度的定位衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述相關器的輸出端還連接有跟蹤模塊，所述跟蹤模塊包括并列連接的延遲鎖定環(huán)、鎖相環(huán)和鎖頻環(huán)，所述延遲鎖定環(huán)的輸入端與所述相關器的第一輸出端連接，所述鎖相環(huán)的輸入端與所述相關器的第二輸出端連接，所述鎖頻環(huán)的輸入端與所述相關器的第三輸出端連接。
專利摘要本實用新型公開了一種高靈活度的定位衛(wèi)星信號捕獲系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一數(shù)控振蕩器，所述第一數(shù)控振蕩器的輸出端依次連接有半帶濾波器、抽取器、記憶存儲器和相關器。本實用新型包括用于相關搜索的相關器，能在搜索過程中對資源與搜索速度進行靈活配置，從而提高資源的利用率；不同捕獲系統(tǒng)只需要替換本地的GOLD碼生成器以及調整計算的速度，兼容性和可移植性較好。進一步，本實用新型可以適當增加或減少子相關器的數(shù)目，以達到資源和搜索速度的平衡。本實用新型廣泛應用于衛(wèi)星通信領域。
文檔編號G01S19/24GK202975331SQ20122062762
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權日2012年11月23日
發(fā)明者郝祿國, 楊建坡, 余嘉池, 曾文彬 申請人:奧維通信股份有限公司