一種gnss新體制信號捕獲裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種GNSS新體制信 號捕獲裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)在軍事和民用 領(lǐng)域都扮演著極其重要的地位。GNSS可為接收機(jī)提供定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)，在軍事和民用 領(lǐng)域占有重要地位。隨著導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，多系統(tǒng)信息融合定位解算已經(jīng)成為了當(dāng)前的發(fā) 展趨勢，新體制信號廣泛應(yīng)用于美國的第三代GPS、歐盟的Galileo等導(dǎo)航衛(wèi)星中，且新體 制信號的碼長為10230碼片，碼速率達(dá)到了 10. 23Mcps，是傳統(tǒng)老體制導(dǎo)航信號碼長和碼速 率的10倍。如果采用傳統(tǒng)的滑動串行相關(guān)時頻二維搜索算法，并行頻率搜索算法或并行碼 相位搜索算法，會存在運(yùn)算復(fù)雜度較大，搜索時間較長，影響接收機(jī)首次定位時間和熱啟動 等問題，特別是在高動態(tài)應(yīng)用環(huán)境中，制約了接收機(jī)的捕獲效率。
[0003] 因此，有必要提出一種GNSS新體制信號的快速捕獲裝置及方法，降低接收機(jī)信號 捕獲過程中的運(yùn)算復(fù)雜度，提高接收機(jī)的工作效率，已成為了一種新的技術(shù)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種GNSS新體制信號捕獲裝 置及方法。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種GNSS新體制信號捕獲裝置，包括差分相關(guān)器 模塊（101)、混頻器I(102)、混頻器Q(103)、載波NC0 (104)、相關(guān)器I(105)、相關(guān)器Q(106)、 PN碼發(fā)生器（107)、分段相關(guān)補(bǔ)零FFT模塊（108)和捕獲檢測控制模塊（109)。
[0006] 優(yōu)選的，所述差分相關(guān)器模塊（101)用于確定所接收的數(shù)字中頻輸入信號PN碼相 位偏移量；差分相關(guān)器模塊（101)的輸出信號同時與混頻器1(102)和混頻器Q(103)連接， 并分別與所述載波NC0(104)產(chǎn)生的正弦、余弦信號相乘；混頻器1(102)與相關(guān)器1(105) 連接，混頻器Q(l〇3)與相關(guān)器Q(106)連接；PN碼發(fā)生器（107)同時與相關(guān)器1(105)和 相關(guān)器Q(l〇6)連接，用于相關(guān)消除所接收的衛(wèi)星信號中的PN碼；相關(guān)器1(105)和相關(guān)器 Q(l〇6)與分段相關(guān)補(bǔ)零FFT模塊（108)連接，用于確定接收衛(wèi)星信號的多普勒頻偏；捕獲 檢測控制模塊（109)與分段相關(guān)補(bǔ)零FFT模塊（108)連接，對FFT結(jié)果取模運(yùn)算，并與預(yù)先 設(shè)定的捕獲檢測量門限值比較，并進(jìn)行捕獲結(jié)果輸出。
[0007] 優(yōu)選的，所述的數(shù)字中頻輸入信號是衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號經(jīng)過下變 頻混頻、中頻信號濾波放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字中頻信號。
[0008] 優(yōu)選的，所述的差分相關(guān)器模塊（101)包括信號延時模塊（201)、乘法器（202)和 信號延時控制模塊（203)。
[0009] 優(yōu)選的，所述的信號延時模塊（201)與乘法器（202)連接，用于延時衛(wèi)星數(shù)字中 頻輸入信號。
[0010] 優(yōu)選的，所述的乘法器（202)與信號延時控制模塊（203)連接。乘法器（202)用 于輸入的數(shù)字中頻信號與延時后的數(shù)字中頻輸入信號相乘。信號延時控制模塊（203)用于 對乘法器（202)的輸出信號進(jìn)行平方運(yùn)算，并對結(jié)果進(jìn)行判別，以確定所述數(shù)字中頻信號 的PN碼相位偏移量。
[0011] 優(yōu)選的，所述的分段相關(guān)補(bǔ)零FFT模塊（108)用于將M點復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果I+jQ平均 分成R段，每段長度為M/R，并對每一個分段相關(guān)器分別進(jìn)行非相干累加，組成R點復(fù)數(shù)結(jié) 果，并補(bǔ)S-R個0后進(jìn)行S點FFT運(yùn)算，其中復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果I+jQ是數(shù)字中頻信號分別經(jīng)過 相關(guān)器1(105)和相關(guān)器Q(106)后所組成的復(fù)數(shù)結(jié)果，j是虛數(shù)單位，M是跟蹤衛(wèi)星的碼片 數(shù)，R的取值范圍是2?512,S的取值范圍是512?4096。
[0012] 可選的，當(dāng)R為2的整數(shù)倍時且與S比較接近時，可不進(jìn)行補(bǔ)零操作，直接進(jìn)行FFT 運(yùn)算。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種GNSS新體制信號捕獲方法，所述方法包括如 下步驟：
[0014] 步驟S1:衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)接收衛(wèi)星信號，進(jìn)行下變頻混頻、中頻濾波放大和模數(shù) 轉(zhuǎn)換，獲取數(shù)字中頻輸入信號；
[0015] 步驟S2:數(shù)字中頻輸入信號經(jīng)過差分相關(guān)器模塊，獲取跟蹤衛(wèi)星的PN碼相位偏移 量；
[0016] 步驟S3 :數(shù)字中頻差分輸出信號經(jīng)過包含本地載波NCO的混頻器、本地PN碼發(fā) 生器的相關(guān)器，將同相支路I和正交支路信號Q解調(diào)為復(fù)數(shù)型基帶信號；
[0017] 步驟S4 :將步驟S3中的復(fù)數(shù)型基帶信號經(jīng)過分段相關(guān)補(bǔ)零FFT模塊，并對輸出結(jié) 果取模；
[0018] 步驟S5 :對FFT輸出的結(jié)果進(jìn)行取模，并與預(yù)先設(shè)定的捕獲門限值比較，確定所跟 蹤衛(wèi)星的多普勒頻偏和PN碼相位偏移量。
[0019] 可選的，所述步驟S1中，模數(shù)轉(zhuǎn)換可以采用4?12位之間任意位數(shù)的ADC。
[0020] 優(yōu)選的，所述步驟S2中，差分相關(guān)器模塊包括延時模塊、乘法器和信號延時控制 模塊，用于順序延時數(shù)字中頻輸入信號的采樣點數(shù)目，延時后的數(shù)字中頻信號取共軛后與 原始的數(shù)字中頻輸入信號相乘，取模運(yùn)算后進(jìn)行判別，獲取所跟蹤衛(wèi)星的PN碼相位偏移 量。
[0021] 優(yōu)選的，所述步驟S3中，捕獲檢測控制模塊（109)控制載波NCO混頻器（104)和 PN碼發(fā)生器（107)，用于控制本地載波生成和移動本地PN碼相位偏移。
[0022] 優(yōu)選的，所述步驟S4中，分段相關(guān)補(bǔ)零FFT模塊用于將M點復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果I+jQ平 均分成R段，每段長度為M/R，并對每一個分段相關(guān)器分別進(jìn)行非相干累加，組成R點復(fù)數(shù)結(jié) 果，并補(bǔ)S-R個0后進(jìn)行S點FFT運(yùn)算，其中復(fù)數(shù)相關(guān)結(jié)果I+jQ是數(shù)字中頻信號分別經(jīng)過 相關(guān)器1(105)和相關(guān)器Q(106)后所組成的復(fù)數(shù)結(jié)果，j是虛數(shù)單位，M是跟蹤衛(wèi)星的碼片 數(shù)，R的取值范圍是2?512,S的取值范圍是512?4096。
[0023] 可選的，所述步驟S5中，預(yù)先設(shè)定的捕獲門限值根據(jù)跟蹤衛(wèi)星信號的PN碼長和接 收信號功率進(jìn)行設(shè)定。
[0024] 本發(fā)明能夠產(chǎn)生積極的有益效果，根據(jù)差分相關(guān)模塊能夠快速確定接收衛(wèi)星信號 的PN碼相位偏移量，通過分段相關(guān)補(bǔ)零FFT提高了多普勒頻率檢測精度，整個信號捕獲裝 置簡單，運(yùn)算復(fù)雜度低，虛捕率低，適合新體制信號的快速捕獲應(yīng)用。
【附圖說明】
[0025] 圖1顯示了本發(fā)明優(yōu)選實施例的GNSS新體制信號捕獲裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖2顯示了本發(fā)明優(yōu)選實施例的差分相關(guān)器模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖3顯示了本發(fā)明優(yōu)選實施例的分段相關(guān)補(bǔ)零FFT模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0028] 圖4顯示了本發(fā)明優(yōu)選實施例的GNSS新體制信號捕獲方法流程圖；
[0029] 圖5顯示了本發(fā)明具體實施例的GNSS新體制信號捕獲效果圖。
【具體實施方式】
[0030] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實施方式】并參 照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā) 明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本 發(fā)明的概念。
[0031] 圖1顯示了本發(fā)明優(yōu)選實施例的GNSS新體制信號捕獲裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0032] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種GNSS新體制信號捕獲裝置，該裝置包括差分相 關(guān)器模塊（101)、混頻器I(102)、混頻器Q(103)、載波NC0(104)、相關(guān)器I(105)、相關(guān)器 Q(106)、PN碼