CN105467409B - 通用导航星捕获方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通用导航星捕获方法，包括：根据伪码控制字生成本地码同步信号，并根据所述本地码同步信号生成本地码组和实际码；利用中频载波对导航信号进行下变频；利用所述本地码组和所述实际码对经所述下变频后的导航信号进行第一相关累加运算；对所述第一相关累加运算的结果进行FFT运算，并对所述FFT运算的结果进行第二相关累加，确定整个周期中的所述第二相关累加最大值对应的载波多普勒和码相位，利用所述载波多普勒对所述实际码的码频率控制字进行码多普勒补偿，并将将所述载波多普勒和所述码相位信息输出。同时本发明还公开了一种通用导航星捕获***，采用发明可以对卫星信号实现快速捕获。
Description
技术领域
本发明属于卫星应用领域，涉及一种多频多模通用导航星捕获方法，可用于GPSL1CA/L5I/L5Q、BD2 B1/B2/B3、Galileo E5a/E5b、Glonass L1f/L2f等多种导航信号的快速捕获。
背景技术
随着人类活动探索范围的扩大和科技水平的提高，全球卫星导航***凭借其全球、全天候、连续和高精度的特点，在国防、国家安全、经济安全和社会生活中发挥着重要的作用。目前，世界主要航天大国不惜巨资发展卫星导航***，其中已经建成的***包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、以及我国的北斗一号(BD-1)区域卫星导航***；正在实施开发建设的***包括欧盟的Galileo(伽利略)***，以及我国的北斗二号(BD-2)卫星导航***等。
目前世界上应用最广泛的是GPS接收机，但未来的GNSS接收机及其相关技术将向着多功能、高性能、集成化、软件化、多星座兼容等方向发展。GNSS接收机的设计融合了卫星导航、无线通信、嵌入式***、空间信息技术等多个专业领域的知识，其技术门槛相对较高，需要大量长期的投入。新一代多***兼容的高性能接收机不断显现出复杂程度加深和开发周期紧迫两大特点，要在更短的时限内将更多的功能、更高的性能、丰富的技术含量集成于所开发的产品之中，必须依赖于先进的设计开发及测试验证方法、平台和工具。此外，随着卫星扩频技术在导航、定位以及通信方面的广泛应用，针对卫星扩频信号具备大多普勒频偏、大动态条件等特点，对信号捕获的要求也越来越高。在此背景下，GNSS软件接收机平台快速捕获技术全面兴起。
目前已经公开的基于星载导航接收机基带信号处理的导航星快速捕获方法，要么只支持一种或两种导航星座的导航信号，要么是只在多普勒或码相位的其中一个方面并行搜索，运算复杂度大，无论哪种方式都有其不足之处，通用性差或搜索速度慢，具有一定的局限性。
发明内容
为了解决上述至少一个问题和/或不足，并提供下述至少一个优点。本发明提供了一种通用导航星捕获方法及***，采用本发明可以对GPS L1CA/L5I/L5Q、BD2 B1/B2/B3、Galileo E5a/E5b、Glonass L1f/L2f等频点的卫星信号实现快速捕获，采用载波多普勒和码相位同时并行搜索的方式，实时获取输入信号的载波多普勒和码相位信息，使码相位具有很低的模糊度。
为解决上述技术问题，本发明一方面公开了一种通用导航星捕获方法，包括：
根据伪码控制字生成本地码同步信号，并根据所述本地码同步信号生成本地码组和实际码，其中所述本地码组具有M路码片，所述实际码用于表示被捕获卫星的实际载波多普勒、码多普勒和码相位的大概值
生成本地中频载波，并利用所述中频载波对导航信号进行下变频；
利用所述本地码组和所述实际码对经所述下变频后的导航信号进行第一相关累加运算；
对所述第一相关累加运算的结果进行FFT运算，并对所述FFT运算的结果进行第二相关累加，确定整个周期中的所述第二相关累加最大值对应的载波多普勒和码相位，利用所述载波多普勒对所述实际码的码频率控制字进行码多普勒补偿，并将将所述载波多普勒和所述码相位信息输出。
进一步的，在上述方法中，所述本地码组的M路码片中的每一路具有相同的码值和不同的码相位。
进一步的，在上述方法中，所述第一相关累加为：
在所述下变频后的导航信号中任意选取第一时间长度的数据，并进行分段划分；
对所述分段划分后的每一段进行相关累加，分别得到对应所述每一段的相关累加值。
进一步的，在上述方法中，所述FFT运算为对经第一相关累加后的每一段进行FFT运算。
进一步的，在上述方法中，所述第二相关累加为多次非相干累加。
另一方面，本发明公开了一种通用导航星捕获***，包括：通用快捕伪码生成模块、载波累加处理模块和频谱分析模块，
所述通用快捕伪码生成模块，用于根据伪码控制字生成本地码同步信号，并根据所述本地码同步信号生成本地码组和实际码，其中，所述本地码组具有M路码片，所述实际码用于表示被捕获卫星的实际载波多普勒、码多普勒和码相位的大概值
所述载波累加处理模块，用于根据输入的载波频率生成本地中频载波，并利用所述中频载波对导航信号进行下变频，利用所述本地码组对经所述下变频后的导航信号进行第一相关累加运算；
所述频谱分析模块，用于对所述相关累加运算的结果进行FFT运算，并对所述FFT运算的结果进行第二相关累加，确定整个周期中的所述第二相关累加最大值对应的载波多普勒和码相位，利用所述载波多普勒对所述实际码的码频率控制字进行码多普勒补偿，并将将载波多普勒和码相位信息输出。
进一步的，在上述***中，所述本地码组的M路码片中的每一路具有相同的码值和不同的码相位。
进一步的，在上述***中所述第一相关累加为：
在所述下变频后的导航信号中任意选取第一时间长度的数据，并进行分段划分；
对所述分段划分后的每一段进行相关累加，分别得到对应所述每一段的相关累加值。
进一步的，在上述***中，所述FFT运算为对经所述第一相关累加后的每一段进行FFT运算。
进一步的，在上述***中，所述第二相关累加为多次非相干累加。
采用本发明上述技术方案，可适用于对GPS、BD2、Galileo、Glonass四大导航星座的导航信号进行快速捕获，具有很强的兼容性和实用性。同时，在捕获时，本发明同时在载波频率和码相位两个维度同时并行搜索，并将捕获的载波多普勒结果实时辅助码捕获，操作灵活，搜索速度快。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例通用导航星捕获***示意图；
图2a～2b为本发明实施例通用导航星捕获***模块操作示意图
图3为本发明实施例通用导航星捕获方法示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
本发明实施例的通用导航星快速捕获方法及***可适用于多频多模的导航卫星***，从而可用于设计利用多个导航星座进行导航信号快速捕获的导航接收机。本发明通过向通用快捕模块置入针对不同导航星座、不同卫星号的码频率控制字、初始相位信息、搜索码片调整控制字等控制信息，可支持针对GPS L1CA/L5I/L5Q、BD2 B1/B2/B3、GalileoE5a/E5b、Glonass L1f/L2f等频点10种伪码导航信号的快速捕获操作。
图1为本发明实施例通用导航星捕获***示意图。
图2a～2b为本发明实施例通用导航星捕获***模块操作示意图。
参考图1，本发明实施例中通用导航星捕获***包括通用快捕伪码生成模块、载波累加处理模块、频谱分析模块。
参考图2a，通用快捕伪码生成模块，可用于生成不同导航星座调制的伪码。在本发明实施例中，可向通用快捕伪码生成模块输入码频率控制字、初始相位信息、搜索码片调整控制字等伪码控制字，并对其进行码NCO累加操作得到码NCO累加量，进而产生本地码同步信号，在码同步信号的驱动下生成本地码码组和实际码，其中本地码码组有M路码片，代表M个码相位，M个码相位为连续相位，M路码片的间距相差约在半个码片内，实际码代表所捕获卫星的实际载波多普勒、码多普勒和码相位的大概值，在快速捕获完成以后使码相位的模糊度达到最小，实际码通过快捕得到的载波多普勒获得码多普勒补偿。在本实施例中，M路码片的数量选取M＝28，从而28路码片进行延迟处理，使得码片的间距相差约在半个码片内。
载波累加处理模块，用于对导航星的载波进行累加，参考图2b，在本实施例中，根据中频导航信号的频率，向载波累加处理模块输入载波频率控制字生成本地载波，复现本地中频正弦载波、余弦载波，并通过与导航信号(AD数据)混频完成导航信号的数字下变频至基带，得到I、Q两路混频数据。对于I、Q两路混频数据利用通用快捕伪码生成模块产生的本地码和实际码对该两路混频数据进行第一相关累加运算。
在本发明实施例中，利用本地码和实际码进行第一相关累加运算时，针对本地码码组中的M路码片，以I路混频数据为例，在该路混频数据中任意选取第一时间长度的数据，然后对该第一时间长度的数据进行分段划分，得到与M段分段后的数据，对于M段分段分别利用M路码片分别进行相关累加运算。对于Q路混频数据，采用与I路混频数据相同的操作。第一相关累加运算后产生的多个结果，可利用存储器进行保存，在完成一个完整周期的第一相关累加运算后，可由载波累加处理模块做进一步的处理。
载波累加处理模块，对存储在存储器中的第一相关累加运算后的结果进行读取，并对读取的结果进行FFT运算，在利用FFT运算将读取的结果变换到频域后，进行第二累加运算。对应于载波累加处理模块生成的I、Q之路混频数据的M个第一相关累加结果，在完成第二相关运算后，可同样获得M个第二相关累加运算结果，对该M个第二相关累加运算结果进行判断，确定第二相关累加运算获得的第二相关累加最大值。利用该确定的第二相关累加最大值确定载波多普勒和码相位。对于载波多普勒对上述获得的实际码的码频率控制字进行码多普勒补偿，然后可将补偿后的载波多普勒和码相位输出。
在本发明实施例中，对读取的结果进行FFT运算时，针对M个第一相关累加结果分别进行FFT运算。且对经FFT运算的M个第一相关累加结果分别平方后与其对应的下一组第一相关累加结果的平方值再相加，此次第二相关累加运算为多次非相干累加。
图3为本发明实施例通用导航星捕获方法示意图。
参考图3，在步骤301中，根据伪码控制字生成本地码同步信号，该伪码控制字包括针对不同星座伪码的码频率控制字和码相位控制字。对伪码控制字进行码NCO累加操作，生成码NCO累加量，对码NCO累加量求取跳变沿，生成本地码同步信号。
在上述本地码同步信号的驱动下，进行G1状态计数，当计数值达到预先置入的G1状态数初值时，G1状态计数器清零，并复位G1。同时，在码同步信号的驱动下进行G1G2状态计数，当计数值达到预先置入的G1G2状态数初值时，G1G2状态计数器清零，并复位G1和G2，产生清零信号。本地码同步信号驱动G1和G2进行移位操作，G1和G2的移出位通过异或相加运算生成本地码。捕获完成后，根据捕获得到的多普勒值获得实际码频率控制字，通过码NCO累加生成实际码同步信号，驱动G1和G2进行移位操作，G1和G2的移出位通过异或相加运算生成实际码。该实际码用于在快速捕获完成以后使码相位的模糊度达到最小，实际码能够获得载波的多普勒补偿。
在步骤302中，通过载波频率控制字完成本地正弦载波和余弦载波的中频复现，利用复现的本地载波对接收的中频导航信号进行数字下变频.
在步骤303中，利用上述步骤301产生的本地码对经步骤302处理后生成的下变频后的导航信号进行第一相关累加操作，该第一相关累加操作与上述记载相同。
在步骤304中，进一步对经第一相关累加后的结果进行频谱分析，即对经第一相关累加后的结果进行FFT运算。然后，对FFT运算后的结果进行第二相关累加，从而根据第二相关累加结果的最大值确定对应的载波多普勒和码相位，从而实现对载波多普勒和码相位的捕获。其中，载波多普勒还用于对实际码的码频率进行补偿。该步骤304中，第二相关累加操作与上述记载的第二相关累加操作相同。
(1)以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光盘或软盘。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
Claims (10)
1.一种通用导航星捕获方法，其特征在于：
根据伪码控制字生成本地码同步信号，并根据所述本地码同步信号生成本地码组和实际码，其中所述本地码组具有M路码片，所述实际码用于表示被捕获卫星的实际载波多普勒、码多普勒和码相位的大概值；
生成本地中频载波，并利用所述中频载波对导航信号进行下变频；
利用所述本地码组和所述实际码对经所述下变频后的导航信号进行第一相关累加运算；
对所述第一相关累加运算的结果进行FFT运算，并对所述FFT运算的结果进行第二相关累加，确定整个周期中的所述第二相关累加最大值对应的载波多普勒和码相位，利用所述载波多普勒对所述实际码的码频率控制字进行码多普勒补偿，并将所述载波多普勒和所述码相位信息输出；
所述本地组和所述实际码组的生成包括：
在本地码同步信号的驱动下，进行G1状态计数，当计数值达到预先置入的G1状态数初值时，G1状态计数器清零，并复位G1；
同时，在码同步信号的驱动下进行G1G2状态计数，当计数值达到预先置入的G1G2状态数初值时，G1G2状态计数器清零，并复位G1和G2，产生清零信号；
本地码同步信号驱动G1和G2进行移位操作，G1和G2的移出位通过异或相加运算生成本地码；
捕获完成后，根据捕获得到的多普勒值获得实际码频率控制字，通过码NCO累加生成实际码同步信号，驱动G1和G2进行移位操作，G1和G2的移出位通过异或相加运算生成实际码。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述本地码组的M路码片中的每一路具有相同的码值和不同的码相位。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述第一相关累加为：
在所述下变频后的导航信号中任意选取第一时间长度的数据，并进行分 段划分；
对所述分段划分后的每一段进行相关累加，分别得到对应所述每一段的相关累加值。
4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述FFT运算为对经第一相关累加后的每一段进行FFT运算。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述第二相关累加为多次非相干累加。
6.一种通用导航星捕获***，其特征在于，包括：通用快捕伪码生成模块、载波累加处理模块和频谱分析模块，
所述通用快捕伪码生成模块，用于根据伪码控制字生成本地码同步信号，并根据所述本地码同步信号生成本地码组和实际码，其中，所述本地码组具有M路码片，所述实际码用于表示被捕获卫星的实际载波多普勒、码多普勒和码相位的大概值；
所述载波累加处理模块，用于根据输入的载波频率生成本地中频载波，并利用所述中频载波对导航信号进行下变频，利用所述本地码组对经所述下变频后的导航信号进行第一相关累加运算；
所述频谱分析模块，用于对所述相关累加运算的结果进行FFT运算，并对所述FFT运算的结果进行第二相关累加，确定整个周期中的所述第二相关累加最大值对应的载波多普勒和码相位，利用所述载波多普勒对所述实际码的码频率控制字进行码多普勒补偿，并将载波多普勒和码相位信息输出；
所述本地组和所述实际码组的生成包括：
在本地码同步信号的驱动下，进行G1状态计数，当计数值达到预先置入的G1状态数初值时，G1状态计数器清零，并复位G1；
同时，在码同步信号的驱动下进行G1G2状态计数，当计数值达到预先置入的G1G2状态数初值时，G1G2状态计数器清零，并复位G1和G2，产生清零信号；
本地码同步信号驱动G1和G2进行移位操作，G1和G2的移出位通过异或相加运算生成本地码；
捕获完成后，根据捕获得到的多普勒值获得实际码频率控制字，通过码NCO累加生成实际码同步信号，驱动G1和G2进行移位操作，G1和G2的移出位通过异或相加运算生成实际码。
7.如权利要求6所述***，其特征在于，所述本地码组的M路码片中的每一路具有相同的码值和不同的码相位。
8.如权利要求6所述***，其特征在于，所述第一相关累加为：
在所述下变频后的导航信号中任意选取第一时间长度的数据，并进行分段划分；
对所述分段划分后的每一段进行相关累加，分别得到对应所述每一段的相关累加值。
9.如权利要求8所述***，其特征在于，所述FFT运算为对经所述第一相关累加后的每一段进行FFT运算。
10.如权利要求6所述***，其特征在于，所述第二相关累加为多次非相干累加。
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