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衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置和捕獲方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置和捕獲方法，其中，衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置包括預(yù)處理單元、存儲單元、并行累加單元、累加結(jié)果存儲輸出單元、快速傅里葉變換單元、最大值檢測單元以及判決單元。本發(fā)明的衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置和捕獲方法兼容多種調(diào)制方式多種系統(tǒng)，多種碼速率和碼長，且運算速率較高，且可節(jié)省硬件資源。
【專利說明】衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置和捕獲方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)通信技術(shù)，特別是一種衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置和捕獲方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)亞太中國區(qū)域的覆蓋，實現(xiàn)了中國區(qū)域的導(dǎo)航。由于中國北斗系統(tǒng)和歐洲Galileo導(dǎo)航系統(tǒng)的加入，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的版圖正在由美國的GPS和俄羅斯GL0NASS兩強統(tǒng)治的局面，演變成多系統(tǒng)多頻點多種信號體制兼容的局勢。新的系統(tǒng)和信號的加入，勢必會導(dǎo)致新一代全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS, Global NavigationSatellite System)接收機需要使用更加通用的兼容多系統(tǒng)的捕獲方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0004]本發(fā)明的一個主要目的在于提供一種衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置和捕獲方法，兼容多種調(diào)制方式，例如二相相移鍵控(Binary Phase Shift Keying, BPSK)調(diào)制，四相相移鍵控信號(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)調(diào)制，二進制偏置載波(Binary Offset Carrier,BOC，多種系統(tǒng)(GPS，GL0NASS，北斗2，Galileo)，多種碼速率和碼長。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置，包括:
[0006]預(yù)處理單元，用于對捕獲的數(shù)字信號進行預(yù)處理，得到第一量化信號和第二量化信號;
[0007]存儲單元，用于將所述第一量化信號存儲成第一量化序列并輸出，將所述第二量化信號存儲成第二量化序列并輸出，以及將偽碼存儲成偽碼序列并輸出；
[0008]并行累加單元，用于將所述存儲單元輸出的所述第一量化序列與所述存儲單元輸出的所述偽碼序列進行異或后累加得到第一累加序列，以及將所述存儲單元輸出的所述第二量化序列與所述偽碼序列進行異或后累加得到第二累加序列；
[0009]累加結(jié)果存儲輸出單元，用于存儲并輸出所述第一累加序列和所述第二累加序列；
[0010]快速傅里葉變換單元，用于將由所述第一累加序列的預(yù)定N位分別作為實部，由所述第二累加序列的預(yù)定N位分別作為虛部的復(fù)數(shù)進行快速傅里葉變換得到N個復(fù)數(shù)值；
[0011]最大值檢測單元，用于對所述N個復(fù)數(shù)值進行最大值查找，得到功率最大值、相應(yīng)的頻率分量和偽碼相位；
[0012]以及，
[0013]判決單元，用于對所述最大值檢測單元檢測到的功率最大值與預(yù)設(shè)值進行比較，當(dāng)二者的比值大于門限值時，則與偽碼相應(yīng)的信號捕獲成功。[0014]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲方法，其特征在于，包括:
[0015]對捕獲的數(shù)字信號進行預(yù)處理，得到第一量化信號和第二量化信號；
[0016]將所述第一量化信號存儲成第一量化序列并輸出，將所述第二量化信號存儲成第二量化序列并輸出，以及將偽碼存儲成偽碼序列并輸出；
[0017]將所述第一量化序列與所述偽碼序列進行異或后累加得到第一累加序列，并將所述第二量化序列與所述偽碼序列進行異或后累加得到第二累加序列；
[0018]存儲并輸出所述第一累加序列和所述第二累加序列；
[0019]將由所述第一累加序列的預(yù)定N位分別作為實部，由所述第二累加序列的預(yù)定N位分別作為虛部的復(fù)數(shù)進行快速傅里葉變換得到N個復(fù)數(shù)值；
[0020]對所述N個復(fù)數(shù)值進行最大值查找，得到功率最大值、相應(yīng)的頻率分量和偽碼相位；
[0021]以及，
[0022]對所述功率最大值與預(yù)設(shè)值進行比較，當(dāng)二者的比值大于門限值時，則與偽碼相應(yīng)的信號捕獲成功。
[0023]采用本發(fā)明的衛(wèi)星信號捕獲裝置和捕獲方法，兼容多種調(diào)制方式(BPSK，QPSK，B0C)，多種系統(tǒng)(GPS，GL0NASS，北斗2，Galileo)，多種碼速率和碼長，并且運算效率高，較明顯的節(jié)省了硬件資源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]參照下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的說明，會更加容易地理解本發(fā)明的以上和其它目的、特點和優(yōu)點。附圖中的部件只是為了示出本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術(shù)特征或部件將采用相同或類似的附圖標(biāo)記來表示。
[0025]圖1為本發(fā)明的衛(wèi)星信號捕獲裝置的一種實施方式的結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖2為圖1中的預(yù)處理單元的一種實施方式的結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖3為圖1中的存儲單元的數(shù)據(jù)存儲模式的示意圖；
[0028]圖4為圖1中的存儲單元的偽碼存儲模式的示意圖；
[0029]圖5、圖6為圖1中的并行累加單元的并行累加的示意圖；
[0030]圖7為本發(fā)明的衛(wèi)星信號捕獲方法的一種實施方式的流程圖。
【具體實施方式】
[0031]下面參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。
[0032]參見圖1所示，為本發(fā)明的衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置的一種實施方式的結(jié)構(gòu)圖。
[0033]在本實施方式中，衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置包括預(yù)處理單元10、存儲單元20、并行累加單元30、累加結(jié)果存儲輸出單元40、快速傅里葉變換單元50、最大值檢測單元60以及判決單元70。
[0034]其中，預(yù)處理單元10用于對捕獲的數(shù)字信號進行預(yù)處理，得到第一量化信號和第二量化信號。
[0035]存儲單元20用于將第一量化信號存儲成第一量化序列并輸出，將第二量化信號存儲成第二量化序列并輸出，以及將偽碼存儲成偽碼序列并輸出；
[0036]并行累加單元30用于將存儲單元輸出的第一量化序列與存儲單元輸出的偽碼序列進行異或后累加得到第一累加序列，以及將存儲單元輸出的第二量化序列與偽碼序列進行異或后累加得到第二累加序列。
[0037]累加結(jié)果存儲輸出單元40用于存儲并輸出第一累加序列和第二累加序列。
[0038]快速傅里葉變換單元50用于將由第一累加序列的預(yù)定N位分別作為實部，由第二累加序列的預(yù)定N位分別作為虛部的復(fù)數(shù)進行快速傅里葉變換得到NI個復(fù)數(shù)值，其中N小于或等于NI。
[0039]最大值檢測單元60用于對相同偽碼相位的NI個復(fù)數(shù)計算平方和，再對其中相同頻率分量的值進行M次累加，并對累加結(jié)果進行最大值查找，得到功率最大值、相應(yīng)的頻率分量和偽碼相位。
[0040]判決單元70用于對最大值檢測單元60檢測到的功率最大值與預(yù)設(shè)值進行比較，當(dāng)二者的比值大于門限值時，則與偽碼相應(yīng)的信號捕獲成功。
[0041]參見圖2所示，為預(yù)處理單元10的一種實施方式的結(jié)構(gòu)圖。
[0042]在本實施方式中，預(yù)處理單元包括數(shù)字頻率合成模塊11、第一再量化模塊12和第二再量化模塊13。
[0043]其中，數(shù)字頻率合成模塊11用于將捕獲的數(shù)字信號處理成第一預(yù)處理信號和第二預(yù)處理信號，第一預(yù)處理信號和第二預(yù)處理信號為零頻附近相互正交的信號。
[0044]第一再量化模塊12用于將第一預(yù)處理信號重新量化成為第一量化信號，第二再量化模塊13用于將第二預(yù)處理信號重新量化成為第二量化信號。
[0045]作為一種實施方式，第一再量化模塊12可以包括第一乘法器121,第一 FIR濾波器122，第一抽取模塊123和第一量化模塊124。
[0046]第一乘法器121用于將捕獲的數(shù)字信號與第一預(yù)處理信號相乘得到零頻附近的第一混合信號data_mi,第一FIR濾波器122用于將第一混合信號data_mi進行濾波得到第一濾波信號data_fi，第一抽取模塊123用于將第一濾波信號進行抽取得到第一抽取信號data_di,從而降低信號的處理速率,第一量化模塊124用于將第一抽取信號量化成為第一量化信號dil，...，dim。
[0047]類似地，第二再量化模塊13可以包括第二乘法器131，第二濾波器132，第二抽取模塊133和第二量化模塊134。
[0048]第二乘法器131用于將捕獲的數(shù)字信號與第二預(yù)處理信號相乘得到第二混合信號，第二 FIR濾波器132用于將第二混合信號進行濾波得到第二濾波信號，第二抽取模塊133用于將第二濾波信號進行抽取得到第二抽取信號，從而降低信號的處理速率，第二量化模塊134用于將第二抽取信號量化成為第二量化信號。
[0049]數(shù)字頻率合成模塊11對捕獲的數(shù)字信號adc進行預(yù)處理，再分別與捕獲的數(shù)字信號相乘，得到零頻附近的數(shù)字信號data_mi和data_mq。data_mi和data_mq分別經(jīng)過第一FIR濾波器122和第二 FIR濾波器132處理后得到data_f i和data_fq，再分別經(jīng)第一抽取模塊123和第二抽取模塊133抽取后得到data_di和data_dq，抽取的目的主要在于降低數(shù)字信號的處理速率。
[0050]接下來，第一量化模塊124對data_di重新量化得到“dil，dim”，第二量化模塊134對data_dq重新量化得到“dql,..., dqm”,其中dim和dqm都是一個Ibit的數(shù),只能表示成“O”和“I”。
[0051]第一 FIR濾波器122和第二 FIR濾波器132具備多組帶寬參數(shù)，根據(jù)具體的情況選擇不同的參數(shù)。
[0052]這里需要注意重新量化的實現(xiàn)和量化后數(shù)據(jù)的意義。捕獲的數(shù)字信號一般情況下是兩位量化，即量化成+-1和+_3，表1-1給出了相關(guān)內(nèi)容。
[0053]以data_di為例子，利用公式(1.1)說明重新量化的實現(xiàn)。
[0054]假設(shè)data_di的均值為V。,方差為σ ,重新量化為data_ti。data_ti重新量化成"dil,..., dim”，“dil，...，dim”對應(yīng)的權(quán)值為“Al，...，Am”，(1.2)給出了數(shù)學(xué)表達式。將data_ti量化成+-1和+-3，用2bit表示，具體實現(xiàn)見表1_2?，F(xiàn)在為了加快進度，實現(xiàn)的時候只使用了 lbit, data_ti量化成+_1，“0”和“I”分別表示-1和+1。
【權(quán)利要求】
1.一種衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置，其特征在于，包括: 預(yù)處理單元，用于對捕獲的數(shù)字信號進行預(yù)處理，得到第一量化信號和第二量化信號; 存儲單元，用于將所述第一量化信號存儲成第一量化序列并輸出，將所述第二量化信號存儲成第二量化序列并輸出，以及將偽碼存儲成偽碼序列并輸出； 并行累加單元，用于將所述存儲單元輸出的所述第一量化序列與所述存儲單元輸出的所述偽碼序列進行異或后累加得到第一累加序列，以及將所述存儲單元輸出的所述第二量化序列與所述偽碼序列進行異或后累加得到第二累加序列； 累加結(jié)果存儲輸出單元，用于存儲并輸出所述第一累加序列和所述第二累加序列；快速傅里葉變換單元，用于將由所述第一累加序列的預(yù)定N個數(shù)分別作為實部，由所述第二累加序列的預(yù)定N個數(shù)分別作為虛部的復(fù)數(shù)進行快速傅里葉變換得到NI個復(fù)數(shù)值，其中N小于或等于NI ； 最大值檢測單元，用于對相同偽碼相位的NI個復(fù)數(shù)計算平方和，再對其中相同頻率分量的值進行M次累加，并對累加結(jié)果進行最大值查找，得到功率最大值、相應(yīng)的頻率分量和偽碼相位； 以及， 判決單元，用于對所述最大值檢測單元檢測到的功率最大值與預(yù)設(shè)值進行比較，當(dāng)二者的比值大于門限值時，則與偽碼相應(yīng)的信號捕獲成功。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置，其特征在于，所述預(yù)處理單元包括:` 數(shù)字頻率合成模塊，用于將所述捕獲的數(shù)字信號處理成第一預(yù)處理信號和第二預(yù)處理信號，所述第一預(yù)處理信號和所述第二預(yù)處理信號為零頻附近相互正交的信號； 第一再量化模塊，用于將所述第一預(yù)處理信號重新量化成為第一量化信號； 以及， 第二再量化模塊，用于將所述第二預(yù)處理信號重新量化成為第二量化信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置，其特征在于: 所述第一再量化模塊包括第一乘法器，第一 FIR濾波器,第一抽取模塊和第一量化模塊； 所述第一乘法器用于將所述捕獲的數(shù)字信號與所述第一預(yù)處理信號相乘得到第一混合信號，所述第一 FIR濾波器用于將所述第一混合信號進行濾波得到第一濾波信號，所述第一抽取模塊用于將第一濾波信號進行抽取得到第一抽取信號，所述第一量化模塊用于將所述第一抽取信號量化成為第一量化信號；所述第二再量化模塊包括第二乘法器，第二濾波器，第二抽取模塊和第二量化模塊；所述第二乘法器用于將所述捕獲的數(shù)字信號與所述第二預(yù)處理信號相乘得到第二混合信號，所述第二 FIR濾波器用于將所述第二混合信號進行濾波得到第二濾波信號，所述第二抽取模塊用于將第二濾波信號進行抽取得到第二抽取信號，所述第二量化模塊用于將所述第二抽取信號量化成為第二量化信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置，其特征在于: 所述存儲單元用于將所述第一量化信號按時間先后順序拼接成62位的第一量化序列并輸出；所述存儲單元用于將所述第二量化信號按時間先后順序拼接成62位的第二量化序列并輸出； 所述存儲單元還用于將所述偽碼按照時間先后順序拼接成31位的偽碼序列并輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置，其特征在于: 所述并行累加單元根據(jù)所述捕獲的數(shù)字信號的特性選擇將所述第一累加序列和第二累加序列串行輸出或并行輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲裝置，其特征在于: 所述累加結(jié)果存儲輸出單元包括兩組雙RAM存儲器，用于分別對第一累加序列和第二累加序列進行存儲和輸出的乒乓操作。
7.—種衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲方法，其特征在于，包括: 對捕獲的數(shù)字信號 進行預(yù)處理，得到第一量化信號和第二量化信號； 將所述第一量化信號存儲成第一量化序列并輸出，將所述第二量化信號存儲成第二量化序列并輸出，以及將偽碼存儲成偽碼序列并輸出； 將所述第一量化序列與所述偽碼序列進行異或后累加得到第一累加序列，并將所述第二量化序列與所述偽碼序列進行異或后累加得到第二累加序列； 存儲并輸出所述第一累加序列和所述第二累加序列； 將由所述第一累加序列的預(yù)定N個數(shù)分別作為實部，由所述第二累加序列的預(yù)定N個數(shù)分別作為虛部的復(fù)數(shù)進行快速傅里葉變換得到NI個復(fù)數(shù)值； 對相同偽碼相位的NI個復(fù)數(shù)計算平方和，再對其中相同頻率分量的值進行M次累加，并對累加結(jié)果進行最大值查找，得到功率最大值、相應(yīng)的頻率分量和偽碼相位； 以及， 對所述功率最大值與預(yù)設(shè)值進行比較，當(dāng)二者的比值大于門限值時，則與偽碼相應(yīng)的信號捕獲成功。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲方法，其特征在于，所述“對捕獲的數(shù)字信號進行預(yù)處理，得到第一量化信號和第二量化信號”具體包括: 將所述捕獲的數(shù)字信號處理成第一預(yù)處理信號和第二預(yù)處理信號，所述第一預(yù)處理信號和所述第二預(yù)處理信號為零頻附近相互正交的信號； 將所述第一預(yù)處理信號重新量化成為第一量化信號； 以及， 將所述第二預(yù)處理信號重新量化成為第二量化信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲方法，其特征在于: 所述“將所述第一預(yù)處理信號重新量化稱為第一量化信號”具體包括: 將所述捕獲的數(shù)字信號與所述第一預(yù)處理信號相乘得到第一混合信號，將所述第一混合信號進行濾波得到第一濾波信號，將第一濾波信號進行抽取得到第一抽取信號，將所述第一抽取信號量化成為第一量化信號； 所述“將所述第二預(yù)處理信號重新量化稱為第二量化信號”具體包括: 將所述捕獲的數(shù)字信號與所述第二預(yù)處理信號相乘得到第二混合信號，將所述第二混合信號進行濾波得到第二濾波信號，將第二濾波信號進行抽取得到第二抽取信號，將所述第二抽取信號量化成為第二量化信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲方法，其特征在于，所述“將所述第一量化信號存儲成第一量化序列并輸出，將所述第二量化信號存儲成第二量化序列并輸出，以及將偽碼存儲成偽碼序列并輸出”具體包括: 將所述第一量化信號按時間先后順序拼接成62位的第一量化序列并輸出； 將所述第二量化信號按時間先后順序拼接成62位的第二量化序列并輸出； 將所述偽碼按照時間先后順序拼接成31位的偽碼序列并輸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲方法，其特征在于，所述“將所述第一量化序列與所述偽碼序列進行異或后累加得到第一累加序列，并將所述第二量化序列與所述偽碼序列進行異或后累加得到第二累加序列”之后，還包括: 根據(jù)所述捕獲的數(shù)字信號的特性選擇將所述第一累加序列和第二累加序列串行輸出或并行輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的衛(wèi)星數(shù)據(jù)捕獲方法，其特征在于，所述“存儲并輸出所述第一累加序列和所述第二累加序列”具體包括: 分別對第一累加序列和第二累加序列進行存儲和輸出的乒乓操作。
【文檔編號】G01S19/24GK103728632SQ201310647340
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】吳林, 盧艷娥 申請人:西安合眾思壯導(dǎo)航技術(shù)有限公司