本發(fā)明涉及擴(kuò)頻通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中可適應(yīng)各種環(huán)境的偽碼相位與多普勒頻偏的擴(kuò)頻通信中具備高適應(yīng)能力的捕獲系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)“北斗二號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成，北斗用戶機(jī)已在各行各業(yè)中普及使用，從而導(dǎo)航設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境越來(lái)越多樣復(fù)雜，對(duì)用戶機(jī)的需求趨向多樣化。如在典型城市道路中各種樓宇、立交橋、行人通道的遮擋以及在叢林、山區(qū)下的各種遮擋環(huán)境下，用戶機(jī)應(yīng)具備高靈敏接收能力；如精確制導(dǎo)炸彈、火箭彈、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、發(fā)射箱裝置等制導(dǎo)武器系統(tǒng)，用戶機(jī)應(yīng)具備高動(dòng)態(tài)接收能力；采用電池供電的手持用戶機(jī)則要求低功耗。

現(xiàn)有的技術(shù)均是針對(duì)特定的環(huán)境，無(wú)法同時(shí)適應(yīng)不同的環(huán)境，因此本發(fā)明提出了一種擴(kuò)頻通信中具備高適應(yīng)能力的捕獲系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中適應(yīng)各種環(huán)境的偽碼相位與多普勒頻偏的二維捕獲的擴(kuò)頻通信中具備高適應(yīng)能力的捕獲系統(tǒng)。

為了解決背景技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案：一種擴(kuò)頻通信中具備高適應(yīng)能力的捕獲系統(tǒng)，包括總線譯碼器、時(shí)鐘生成器、數(shù)字下變頻器、降采樣濾波器、緩存裝置一、部分匹配濾波器、傅里葉變換裝置、緩存裝置二、非相干積分器、緩存裝置三、峰值門限判決裝置；

總線譯碼器分別與CPU、時(shí)鐘生成器、傅里葉變換裝置、非相干積分器連接；時(shí)鐘生成器生成的時(shí)鐘一分別與數(shù)字下變頻器、降采樣濾波器、緩存裝置一連接，時(shí)鐘生成器生成的時(shí)鐘二分別與緩存裝置一、部分匹配濾波器、傅里葉變換裝置、緩存裝置二、非相干積分器、緩存裝置三、峰值門限判決裝置連接；峰值門限判決裝置與總線譯碼器連接；且數(shù)字下變頻器、降采樣濾波器、緩存裝置一、部分匹配濾波器、傅里葉變換裝置、緩存裝置二、非相干積分器、緩存裝置三、峰值門限判決裝置依次連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)；所述的數(shù)字下變頻器將接收衛(wèi)星信號(hào)下變頻為零中頻的復(fù)信號(hào)，然后送入所述降采樣濾波器，將采樣率降為2倍碼速率，同時(shí)本地碼也降為2倍碼速率，然后送入緩存裝置一，待存夠一次部分匹配濾波數(shù)據(jù)后依次進(jìn)行部分匹配濾波和傅里葉變換，然后頻域結(jié)果與緩存裝置三中的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)非相干積分，非相干積分完成后進(jìn)行峰值門限判決，判決結(jié)果通過(guò)總線譯碼器傳給CPU。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)；所述的總線譯碼器實(shí)現(xiàn)捕獲系統(tǒng)與CPU之間的通信，CPU通過(guò)總線譯碼器給捕獲系統(tǒng)設(shè)置捕獲參數(shù)，如時(shí)鐘二的頻率值、傅里葉變換的頻率槽寬度、相干積分時(shí)間、非相干積分時(shí)間等；在捕獲完成后，CPU通過(guò)總線譯碼器獲得捕獲結(jié)果，如捕獲成功/失敗標(biāo)志、碼相位、多普勒頻移等。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)；所述的時(shí)鐘生成器為PLL或DLL，根據(jù)CPU的設(shè)置生成兩路時(shí)鐘供捕獲系統(tǒng)中其他模塊使用，生成的時(shí)鐘一供所述數(shù)字下變頻器、降采樣濾波器、緩存裝置一使用，時(shí)鐘二供所述緩存裝置一、部分匹配濾波器、傅里葉變換裝置、緩存裝置二、非相干積分器、緩存裝置三、峰值門限判決裝置使用。時(shí)鐘二可通過(guò)CPU設(shè)置，時(shí)鐘頻率越高，則捕獲效率越高，反之則捕獲功耗越小。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)；所述的數(shù)字下變頻器將接收衛(wèi)星信號(hào)與由NCO和CORDIC級(jí)聯(lián)產(chǎn)生的本地載波相乘，生成同向分量I和正交分量Q的零中頻復(fù)信號(hào)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)；所述的降采樣濾波器將零中頻的復(fù)信號(hào)的采樣率降為2倍碼速率，同時(shí)本地碼也降為2倍碼速率。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)；所述的緩存裝置一、緩存裝置二、緩存裝置三均為隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM），所述緩存裝置一用于緩存2倍碼速率的零中頻復(fù)信號(hào)和本地碼，所述緩存裝置二用于緩存傅里葉變換裝置中的相干積分結(jié)果，所述緩存裝置三用于緩存非相干積分結(jié)果。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)；所述的部分匹配濾波器在緩存裝置一中存夠一次部分匹配濾波所需數(shù)據(jù)后進(jìn)行部分匹配濾波：首先，將零中頻復(fù)信號(hào)寫入寄存器組A中，將本地碼寫入寄存器組B1中，待寫滿N個(gè)寄存器后開始寄存器組A與寄存器組B1相乘并求和，得到一個(gè)相干積分值；每寫入一組值，將寄存器組A采用先進(jìn)先出的方式寫入，寄存器組B1與寄存器組B2采用乒乓的方式寫入，同時(shí)進(jìn)行相干積分運(yùn)算，得到相應(yīng)的相干積分值；最后，將M個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)變?yōu)镹組M/N個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)并行相干積分。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)；所述的傅里葉變換裝置采用DFT算法，而不是傳統(tǒng)的FFT算法，將部分匹配濾波結(jié)果與旋轉(zhuǎn)因子相乘，然后與所述緩存裝置二中的數(shù)據(jù)進(jìn)行相干積分，然后寫回所述緩存裝置二中，實(shí)現(xiàn)時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換，同時(shí)完成消除多普勒頻移后的相干積分。采用了DFT算法的目的在于靈活地調(diào)整相干積分時(shí)間及頻率槽寬度：相干積分時(shí)間可通過(guò)CPU設(shè)置，積分時(shí)間越長(zhǎng)，則捕獲靈敏度越高，反之則捕獲效率越高；頻率槽寬度可通過(guò)CPU設(shè)置，頻率槽越窄，則扇貝損失越小，從而捕獲靈敏度越高，反之則捕獲的動(dòng)態(tài)范圍越大。在捕獲系統(tǒng)中，通常情況下所需的傅里葉變換轉(zhuǎn)換為頻域的點(diǎn)數(shù)N較少（<32），因此DFT并行算法需要的N/2個(gè)復(fù)數(shù)乘法器，與FFT并行算法需要的log₂(N)個(gè)復(fù)數(shù)乘法器比較差異不大，但是FFT并行算法還需要大量的RAM進(jìn)行緩存，因此在本發(fā)明中DFT并行算法所占用的資源略小于FFT并行算法。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)；所述的非相干積分器將相干積分結(jié)果與緩存裝置三中的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)非相干積分，然后寫回所述緩存裝置三中。非相干積分時(shí)間可通過(guò)CPU設(shè)置，積分時(shí)間越長(zhǎng)，則捕獲靈敏度越高，反之則捕獲效率越高。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)；所述的峰值門限判決裝置用于搜索非相干積分結(jié)果中的最大值，然后與捕獲門限比較，超過(guò)門限則捕獲成功，將捕獲成功標(biāo)志及最大值對(duì)應(yīng)的碼相位和多普勒頻偏通過(guò)總線譯碼器送入CPU；否則進(jìn)行下一段捕獲，如已遍歷所有碼相位的時(shí)間不確定度則捕獲失敗，將捕獲失敗標(biāo)志通過(guò)總線譯碼器送入CPU。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、時(shí)鐘生成器生成的時(shí)鐘頻率可設(shè)，時(shí)鐘頻率越高，則捕獲效率越高，反之則捕獲功耗越小；

2、相干積分與非相干積分的積分時(shí)間可設(shè)，積分時(shí)間越長(zhǎng)，則捕獲靈敏度越高，反之則捕獲效率越高；

3、傅里葉變換的頻率槽寬度可設(shè)，頻率槽越窄，則扇貝損失越小，從而捕獲靈敏度越高，反之則捕獲的動(dòng)態(tài)范圍越大；

4、CPU通過(guò)設(shè)置合理的時(shí)鐘頻率、傅里葉變換的頻率槽寬度與相干和非相干積分時(shí)間，實(shí)現(xiàn)捕獲靈敏度、捕獲效率、動(dòng)態(tài)范圍與功耗的權(quán)衡，提高了捕獲系統(tǒng)的靈活性及適應(yīng)性。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明所提供的實(shí)施例中的捕獲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所提供的實(shí)施例中DFT并行算法的傅里葉變換裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記：

S1—總線譯碼器；S2—時(shí)鐘生成器；S3—數(shù)字下變頻器；S4—降采樣濾波器；S5—緩存裝置一；S6—部分匹配濾波器；S7—傅里葉變換裝置；S8—緩存裝置二；S9—非相干積分器；S10—緩存裝置三；S11—峰值門限判決裝置。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)參閱圖1，本具體實(shí)施方式采用以下技術(shù)方案：一種擴(kuò)頻通信中具備高適應(yīng)能力的捕獲系統(tǒng)，包括總線譯碼器S1、時(shí)鐘生成器S2、數(shù)字下變頻器S3、降采樣濾波器S4、緩存裝置一 S5、部分匹配濾波器S6、傅里葉變換裝置S7、緩存裝置二 S8、非相干積分器S9、緩存裝置三 S10、峰值門限判決裝置S11；

數(shù)字下變頻器S3將接收衛(wèi)星信號(hào)下變頻為零中頻的復(fù)信號(hào)，然后送入降采樣濾波器S4，將采樣率降為2倍碼速率，同時(shí)本地碼也降為2倍碼速率，然后送入所述緩存裝置一S5，待存夠一次部分匹配濾波數(shù)據(jù)后依次進(jìn)行部分匹配濾波和傅里葉變換，然后頻域結(jié)果與所述緩存裝置三S10中的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)非相干積分，非相干積分完成后進(jìn)行峰值門限判決，判決結(jié)果通過(guò)總線傳給CPU。

總線譯碼器S1，完成的是CPU總線的譯碼，如APB總線、AHB總線、AXI總線、EMIF總線等，實(shí)現(xiàn)捕獲系統(tǒng)與CPU之間的通信，CPU通過(guò)總線譯碼器給捕獲系統(tǒng)設(shè)置捕獲參數(shù)，如時(shí)鐘二的頻率值、傅里葉變換的頻率槽寬度、相干積分時(shí)間、非相干積分時(shí)間等；在捕獲完成后，CPU通過(guò)總線譯碼器獲得捕獲結(jié)果，如捕獲成功/失敗標(biāo)志、碼相位、多普勒頻移等。

時(shí)鐘生成器S2，采用PLL或DLL實(shí)現(xiàn)，根據(jù)CPU的設(shè)置生成兩路時(shí)鐘供捕獲系統(tǒng)中其他模塊使用，生成的時(shí)鐘一供所述數(shù)字下變頻器S3、降采樣濾波器S4、緩存裝置一S5使用，時(shí)鐘二供所述緩存裝置一S5、部分匹配濾波器S6、傅里葉變換裝置S7、緩存裝置二 S8、非相干積分器S9、緩存裝置三S10、峰值門限判決裝置S11使用。時(shí)鐘二可通過(guò)CPU設(shè)置，時(shí)鐘頻率越高，則捕獲效率越高，反之則捕獲功耗越小。

數(shù)字下變頻器S3，將接收衛(wèi)星信號(hào)與由NCO和CORDIC級(jí)聯(lián)產(chǎn)生的本地載波相乘，生成同向分量I和正交分量Q的零中頻復(fù)信號(hào)。

降采樣濾波器S4，通過(guò)N點(diǎn)平均、N點(diǎn)取中點(diǎn)、CIC抽取等降采樣方式將零中頻的復(fù)信號(hào)的采樣率降為2倍碼速率，同時(shí)本地碼也降為2倍碼速率。

部分匹配濾波器S6的基本結(jié)構(gòu)與FIR濾波器的基本結(jié)構(gòu)類似，首先，將零中頻復(fù)信號(hào)寫入寄存器組A中，將本地碼寫入寄存器組B1中，待寫滿N個(gè)寄存器后開始寄存器組A與寄存器組B1相乘并求和，等到一個(gè)相干積分值；每寫入一組值，將寄存器組A采用先進(jìn)先出的方式寫入，寄存器組B1與寄存器組B2采用乒乓的方式寫入，同時(shí)相干積分運(yùn)算；最后，將M個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)變?yōu)镹組M/N個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)并行相干積分。但由于擴(kuò)頻碼的值就只有±l兩種情況，所有只需進(jìn)行加/減即可，無(wú)需乘法器。

請(qǐng)參閱圖2，傅里葉變換裝置S7，采用DFT并行算法。首先，由n路NCO并行產(chǎn)生頻率依次為f×1、f×2、…、f×n（f為DFT的頻率槽寬度，n為DFT頻域點(diǎn)數(shù)的1/2）的相位；由于NCO產(chǎn)生的相位在每完成一次部分匹配濾波后更新一次，一般部分匹配濾波點(diǎn)數(shù)為1024點(diǎn)或者更多，因此為了降低資源，n路相位共用一個(gè)CORDIC產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)因子cos+j×sin；然后零中頻復(fù)信號(hào)I+j×Q與旋轉(zhuǎn)因子的實(shí)部和虛部分別相乘，得到Icos、Isin、Qcos、Qsin，因此Icos- Qsin、Qcos+Isin分別為零中頻復(fù)信號(hào)與正頻率旋轉(zhuǎn)因子cos+j×sin相乘結(jié)果r[i]+j×j[i]的實(shí)部與虛部，Icos+Qsin、Qcos-Isin分別為零中頻復(fù)信號(hào)與負(fù)頻率旋轉(zhuǎn)因子cos-j×sin相乘r[-i]+j×j[-i]的實(shí)部與虛部，因此n路并行運(yùn)行即可得到2n個(gè)DFT結(jié)果，但是為了考慮與FFT結(jié)果匹配，不計(jì)算r[n]+j×j[n]結(jié)果，同時(shí)利用I+j×Q直接代替r[0]+j×j[0]；然后將以上結(jié)果進(jìn)行相干積分清零，即可實(shí)現(xiàn)時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換，同時(shí)完成消除多普勒頻移后的相干積分。在捕獲系統(tǒng)中，通常情況下所需的傅里葉變換轉(zhuǎn)換為頻域的點(diǎn)數(shù)N較少（<32），因此上述的DFT并行算法需要的N/2個(gè)復(fù)數(shù)乘法器，與FFT并行算法需要的log₂(N)個(gè)復(fù)數(shù)乘法器比較差異不大，但是FFT并行算法還需要大量的RAM進(jìn)行緩存，因此在本發(fā)明中DFT并行算法所占用的資源略小于FFT并行算法。采用了DFT算法的目的在于靈活地調(diào)整相干積分時(shí)間及頻率槽寬度：相干積分時(shí)間可通過(guò)CPU設(shè)置，積分時(shí)間越長(zhǎng)，則捕獲靈敏度越高，反之則捕獲效率越高；頻率槽寬度可通過(guò)CPU設(shè)置，頻率槽越窄，則扇貝損失越小，從而捕獲靈敏度越高，反之則捕獲的動(dòng)態(tài)范圍越大。

非相干積分器S9，實(shí)現(xiàn)緩存裝置三 S10中緩存的之前非相干積分結(jié)果（即前(n-1)次頻域相干積分結(jié)果非相干累加的結(jié)果），與當(dāng)前相干積分結(jié)果（第n次頻域相干積分結(jié)果）相累加，當(dāng)累加次數(shù)達(dá)到設(shè)定的非相干積分時(shí)間時(shí)，將非相干累加結(jié)果輸出至峰值門限判決裝置S11。非相干積分時(shí)間可通過(guò)CPU設(shè)置，積分時(shí)間越長(zhǎng)，則捕獲靈敏度越高，反之則捕獲效率越高。

峰值門限判決裝置S11，搜索本次非相干累加的最大值，然后判斷該最大值是否大于設(shè)定的門限值，如果超過(guò)則捕獲成功，將捕獲成功標(biāo)志及最大值對(duì)應(yīng)的碼相位和多普勒頻偏通過(guò)總線譯碼器S1送入CPU；否則進(jìn)行下一段捕獲，如已遍歷所有碼相位的時(shí)間不確定度則捕獲失敗，將捕獲失敗標(biāo)志通過(guò)總線譯碼器S1送入CPU。

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中適應(yīng)各種環(huán)境的偽碼相位與多普勒頻偏的二維捕獲。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下， 能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。