CN111537986B - 一种信号捕获方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种信号捕获方法及装置，确定多个待检测频率和多个待检测相位；生成多个待检测集合；每个待检测集合中包含多个待检测组合，每个待检测组合包含一个待检测频率和一个待检测相位；针对当前待检测集合，取该待检测集合中每个待检测组合包含的待检测频率和待检测相位，与接收信号进行预设信号捕获运算，得到每个待检测组合的第一运算值，并根据第一运算值判断是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；若否，则开始检测下一待检测集合；若是，则将最大的第一运算值对应的频率确定为捕获到的目标频率，并将最大的第一运算值对应的相位确定为捕获到的目标相位。能够提高捕获到的载波频率和伪随机噪声码相位的准确度。

Description

一种信号捕获方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种信号捕获方法及装置。
背景技术
对于扩频信号测距***，信号捕获是接收机进行信号处理的前提。信号捕获过程是为了获取接收信号的载波频率和伪随机噪声码(pseudo random noise code，PRN)相位的粗略估计，为后续跟踪环节的初始化提供必要的参数和条件。
信号捕获过程中，良好的检测判决方法对捕获的性能至关重要。
然而采用现有的信号捕获方法，捕获到的载波频率和伪随机噪声码相位不够准确。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种信号捕获方法及装置，以实现提高捕获到的载波频率和伪随机噪声码相位的准确度。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种信号捕获方法，应用于接收机，所述方法包括：
根据预设频率检测范围，以及预设频率步长确定多个待检测频率；根据预设伪随机噪声码相位检测范围，以及预设相位步长确定多个待检测相位；
根据所述待检测频率和所述待检测相位，生成多个待检测集合；其中，每个待检测集合中包含多个待检测组合，每个待检测组合包含一个待检测频率和一个待检测相位；
针对当前待检测集合，取该待检测集合中每个待检测组合包含的待检测频率和待检测相位，与接收信号进行预设信号捕获运算，得到每个待检测组合的第一运算值，并根据所述第一运算值判断是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；所述预设信号捕获运算包括交叉模糊函数运算和相干积分运算；
若否，则开始检测下一待检测集合；
若是，则将最大的第一运算值对应的频率确定为捕获到的目标频率，并将最大的第一运算值对应的相位确定为捕获到的目标相位。
可选的，所述根据所述第一运算值判断是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位的步骤，包括：
确定最大的第一运算值；
判断所述最大的第一值是否大于门限值，若大于，则表示捕获到载波频率和伪随机噪声码相位；
若不大于，则表示未捕获到载波频率和伪随机噪声码相位；
其中，所述门限值基于如下公式确定：
Figure GDA0003731254110000021
Figure GDA0003731254110000022
其中，U表示所述门限值，T表示预设系数，Bf表示所述待检测频率的数目，Bc表示所述待检测相位的数目，k表示所述待检测组合的序号，Pk表示第k个待检测组合的第一运算值，km表示最大的第一运算值对应的待检测组合的序号。
可选的，若能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位，所述方法还包括：
根据所述目标频率，以及预设的重检测的频率步长，确定多个重检测频率；
根据所述目标相位以及所述重检测频率，确定重检测集合，所述重检测集合中包含多个重检测组合，每个重检测组合包含所述目标相位，以及一个重检测频率；
取所述重检测集合中每个重检测组合包含的目标相位和重检测频率，与所述接收信号进行所述信号捕获运算，得到每个重检测组合的第二运算值，并根据每个重检测组合的第二运算值判断在重检测阶段是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；
若否，则开始检测下一待检测集合；
若是，则将重检测组合的最大的第二运算值对应的频率确定为重检测阶段捕获到的目标频率。
可选的，待检测的伪随机噪声码有多个，每个伪随机噪声码对应一个伪随机噪声码码号，所述方法还包括：
检测其他码号的伪随机噪声码对应的待检测集合，并基于每个伪随机噪声码的检测结果，确定最终信号捕获结果。
为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种信号捕获装置，应用于接收机，所述装置包括：
第一确定模块，用于根据预设频率检测范围，以及预设频率步长确定多个待检测频率；根据预设伪随机噪声码相位检测范围，以及预设相位步长确定多个待检测相位；
生成模块，用于根据所述待检测频率和所述待检测相位，生成多个待检测集合；其中，每个待检测集合中包含多个待检测组合，每个待检测组合包含一个待检测频率和一个待检测相位；
判断模块，用于针对当前待检测集合，取该待检测集合中每个待检测组合包含的待检测频率和待检测相位，与接收信号进行预设信号捕获运算，得到每个待检测组合的第一运算值，并根据所述第一运算值判断是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；所述预设信号捕获运算包括交叉模糊函数运算和相干积分运算；
第一检测模块，用于当所述判断模块的判断结果为否时，开始检测下一待检测集合；
第二确定模块，用于当所述判断模块的判断结果为是时，将最大的第一运算值对应的频率确定为捕获到的目标频率，并将最大的第一运算值对应的相位确定为捕获到的目标相位。
可选的，所述判断模块，具体用于：
确定最大的第一运算值；
判断所述最大的第一值是否大于门限值，若大于，则表示捕获到载波频率和伪随机噪声码相位；
若不大于，则表示未捕获到载波频率和伪随机噪声码相位；
其中，所述门限值基于如下公式确定：
Figure GDA0003731254110000041
Figure GDA0003731254110000042
其中，U表示所述门限值，T表示预设系数，Bf表示所述待检测频率的数目，Bc表示所述待检测相位的数目，k表示所述待检测组合的序号，Pk表示第k个待检测组合的第一运算值，km表示最大的第一运算值对应的待检测组合的序号。
可选的，所述装置还包括：重检测模块，所述重检测模块具体用于：
若能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位，根据所述目标频率，以及预设的重检测的频率步长，确定多个重检测频率；
根据所述目标相位以及所述重检测频率，确定重检测集合，所述重检测集合中包含多个重检测组合，每个重检测组合包含所述目标相位，以及一个重检测频率；
取所述重检测集合中每个重检测组合包含的目标相位和重检测频率，与所述接收信号进行所述信号捕获运算，得到每个重检测组合的第二运算值，并根据每个重检测组合的第二运算值判断在重检测阶段是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；
若否，则开始检测下一待检测集合；
若是，则将重检测组合的最大的第二运算值对应的频率确定为重检测阶段捕获到的目标频率。
可选的，待检测的伪随机噪声码有多个，每个伪随机噪声码对应一个伪随机噪声码码号，所述装置还包括：第二检测模块，用于：
检测其他码号的伪随机噪声码对应的待检测集合，并基于每个伪随机噪声码的检测结果，确定最终信号捕获结果。
为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线；其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任一方法步骤。
为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一方法步骤。
本发明实施例有益效果：
应用本发明实施例提供的信号捕获方法及装置，能够根据预设最小载波频率，以及预设频率步长确定多个待检测频率；根据预设最小伪随机噪声码相位，以及预设相位步长确定多个待检测相位；根据待检测频率和待检测相位，生成多个待检测集合；其中，每个待检测集合中包含多个待检测组合，每个待检测组合包含一个待检测频率和一个待检测相位；针对当前待检测集合，取该待检测集合中每个待检测组合包含的待检测频率和待检测相位，与接收信号进行预设信号捕获运算，得到每个待检测组合的第一运算值，并根据第一运算值判断是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；预设信号捕获运算包括交叉模糊函数运算和相干积分运算；若否，则开始检测下一待检测集合；若是，则将最大的第一运算值对应的频率确定为捕获到的目标频率，并将最大的第一运算值对应的相位确定为捕获到的目标相位。可见，将待检测频率和待检测相位的组合划分为多个待检测集合，依次检测每个待检测集合中的频率和相位，相比于未进行分块检测的信号捕获方案，能够提高捕获到的载波频率和伪随机噪声码相位的准确度。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的信号捕获方法的一种流程示意图；
图2为本发明实施例提供的搜索域和搜索块的一种示意图；
图3为本发明实施例提供的信号捕获运算的一种示意图；
图4为本发明实施例提供的信号捕获方法的另一种流程示意图；
图5为本发明实施例提供的信号捕获过程中不同搜索块之间转移过程的一种示意图；
图6(a)为本发明实施例提供的H0搜索块之间状态转移的转移函数的一种示意图；
图6(b)为本发明实施例提供的H1搜索块向H0搜索块状态转移的转移函数的一种示意图；
图7为本发明实施例提供的信号捕获装置的一种结构示意图；
图8为本发明实施例提供的电子设备的一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做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。
为了提高捕获到的载波频率和伪随机噪声码相位的准确度，本发明实施例提供了一种信号捕获方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。
本发明实施例可以应用于扩频信号测距***。对于扩频信号测距***，接收机在接收到信号后，需要先进行信号捕获。信号捕获过程即为估计接收信号的载波频率和伪随机噪声码相位的过程。其中，伪随机噪声码相位也可以理解为伪随机噪声码的延时。
参见图1，图1为本发明实施例提供的信号捕获方法的一种流程示意图，方法包括：
S101：根据预设频率检测范围，以及预设频率步长确定多个待检测频率；根据预设伪随机噪声码相位检测范围，以及预设相位步长确定多个待检测相位。
为了便于表示，本文中出现的频率均代指载波频率，相位均代指伪随机噪声码相位。
本发明实施例中，接收机可以在本地生成多个待检测频率和待检测相位。
具体的，接收机可以预先设定频率检测范围和频率检测步长。
举例来讲，若设定的频率检测范围为-3000Hz～3000Hz，频率检测步长为100Hz，则总共需要检测的频率有61个，待检测频率为-3000Hz，-2900Hz，…，2900Hz，3000Hz。
相应的，可以根据同样的方式确定多个待检测相位。
S102：根据待检测频率和待检测相位，生成多个待检测集合；其中，每个待检测集合中包含多个待检测组合，每个待检测组合包含一个待检测频率和一个待检测相位。
本发明实施例中，任意一个待检测相位和一个待检测频率可以组成一个待检测组合。
信号捕获过程可以理解为从这些待检测组合中找到目标组合，该目标组合中的待检测频率和待检测相位分别与接收信号的载波频率、伪随机噪声码相位最为接近。
本发明实施例中，为了更好的检测出与接收信号的载波频率、码相位最为接近的频率和相位，可以根据待检测频率和待检测相位生成多个待检测集合。其中每个待检测集合中包含多个待检测组合，每个待检测组合包含一个待检测频率和一个待检测相位。
为了便于理解，参见图2，所有的待检测组合可以表示为搜索域，每个待检测集合都可以表示为一个搜索块，而其中的每一个待检测组合可以表示为搜索块中的一个单元格。
下文中出现的单元格均表示一个待检测组合，下文中出现的搜索块均表示一个待检测集合。
图2所示实施例中，第一搜索块涉及4个频率，分别为频率1、频率2、频率3和频率4；第一搜索块涉及3个相位，分别为相位1、相位2和相位3。这些频率和相位组成的待检测组合有12种，对应第一搜索块中的12个单元格。例如左上角的单元格对应频率1和相位1的待检测组合。
针对第二搜索块、第三搜索块和第四搜索块不做赘述，可以参见第一搜索块的相关描述。
图2所示实施例中，待检测频率有8个，待检测相位有6个。每个搜索块相当于一个待检测集合，4个搜索块组成一个搜索域，搜索域能够包含待检测频率和待检测相位的所有组合。
本领域技术人员可以理解，图2实施例仅作为一个示例，待检测频率和待检测相位的数目、以及搜索块的划分可以根据实际需求进行设定，本发明实施例对此不做限定。
S103：针对当前待检测集合，取该待检测集合中每个待检测组合包含的待检测频率和待检测相位，与接收信号进行预设信号捕获运算，得到每个待检测组合的第一运算值，并根据第一运算值判断是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；预设信号捕获运算包括交叉模糊函数运算和相干积分运算。若否，则执行S104；若是，则执行S105。
本发明实施例中，可以按照顺序依次检测各个待检测集合。例如先检测第一搜索块对应的待检测集合，若能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位，则完成信号捕获；反之则开始检测第二搜索块对应的待检测集合。以此类推。
下面对检测某一待检测集合的过程进行说明。
本发明实施例中，针对当前待检测集合，可以取待检测集合中每个待检测组合包含的待检测频率和待检测相位，与接收信号进行预设信号捕获运算，得到每个待检测组合的第一运算值。
其中，预设信号捕获运算是信号捕获领域的一种常用运算，可以包括交叉模糊函数运算和相干积分运算。具体运算过程可以参见图3，图3为本发明实施例提供的预设信号捕获运算的一种示意图。具体的信号捕获运算过程可以参见相关技术，对此不做赘述。
本发明实施例中，该运算值用PMF(τe,fe)来表示，其中，τe表示待检测相位与接收信号真实码相位的差值，fe表示待检测频率与接收信号真实载波频率的差值。τe和fe越小，则运算值PMF(τe,fe)越大，因此可以根据各个运算值PMF(τe,fe)之间的大小关系，判断是否捕获到载波频率和伪随机噪声码相位。
承接图2所示例子，在检测第一搜索块对应的待检测集合过程中，分别取12个待检测组合中的频率和相位，与接收信号进行预设信号捕获运算，从而得到12个第一运算值PMF。若其中频率2、相位2对应的第一运算值显著大于其他待检测组合的第一运算值，则可以认为频率2与接收信号的载波频率最为接近，相位2与接收信号的伪随机噪声码相位最为接近。这种情况表示能够捕获到载波频率和伪随机噪声码相位。
反之，若计算得到的12个运算值相差很小，则可以认为该待检测集合中不包含与接收信号的载波频率和伪随机噪声码相位较为接近的频率和相位，即无法捕获到载波频率和伪随机噪声码相位。
S104：开始检测下一待检测集合。
本发明实施例中，若当前待检测集合中无法捕获到载波频率和伪随机噪声码相位，则可以开始检测下一待检测集合。
待检测集合的检测顺序可以根据实际情况进行设定，对此不做限定。
S105：将最大的第一运算值对应的频率确定为捕获到的目标频率，并将最大的第一运算值对应的相位确定为捕获到的目标相位。
本发明实施例中，若能够捕获到载波频率和伪随机噪声码相位，则可以将最大的第一运算值对应的频率确定为捕获到的目标频率，将最大的第一运算值对应的相位确定为捕获到的目标相位。目标频率即为信号捕获过程捕获到的接收信号的载波频率，目标相位即为信号捕获过程捕获到的接收信号的伪随机相位码相位。
应用本发明实施例提供的信号捕获方法，能够根据预设最小载波频率，以及预设频率步长确定多个待检测频率；根据预设最小伪随机噪声码相位，以及预设相位步长确定多个待检测相位；根据待检测频率和待检测相位，生成多个待检测集合；其中，每个待检测集合中包含多个待检测组合，每个待检测组合包含一个待检测频率和一个待检测相位；针对当前待检测集合，取该待检测集合中每个待检测组合包含的待检测频率和待检测相位，与接收信号进行预设信号捕获运算，得到每个待检测组合的第一运算值，并根据第一运算值判断是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；预设信号捕获运算包括交叉模糊函数运算和相干积分运算；若否，则开始检测下一待检测集合；若是，则将最大的第一运算值对应的频率确定为捕获到的目标频率，并将最大的第一运算值对应的相位确定为捕获到的目标相位。可见，将待检测频率和待检测相位的组合划分为多个待检测集合，依次检测每个待检测集合中的频率和相位，相比于未进行分块检测的信号捕获方案，能够提高捕获到的载波频率和伪随机噪声码相位的准确度。
在本发明的一种实施例中，根据第一运算值判断是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位的步骤，具体可以包括以下细化步骤：
步骤a1：确定最大的第一运算值。
步骤a2：判断最大的第一运算值是否大于门限值，若大于，则表示捕获到载波和伪随机噪声码相位；若不大于，则表示未捕获到载波频率和伪随机噪声码相位。
其中，门限值可以基于如下公式确定：
Figure GDA0003731254110000101
Figure GDA0003731254110000102
其中，U表示门限值，T表示预设系数，Bf表示待检测频率的数目，Bc表示待检测相位的数目，k表示待检测组合的序号，Pk表示第k个待检测组合的第一运算值，km表示最大的第一运算值对应的待检测组合的序号。
可见，本发明实施例中，针对一个待检测集合，除去最大的第一运算值，剩余的其他待检测组合的第一运算值取平均再乘以预设系数，得到的值作为待检测集合的门限值。当最大的第一运算值大于该门限值时，可以认为该最大的第一运算值对应的频率和相位分别接近接收信号的载波频率和伪随机噪声码相位，即可以捕获到载波频率和伪随机噪声码相位，且捕获到的载波频率即为该最大第一运算值对应的频率，捕获到的伪随机噪声码相位即为该最大第一运算值对应的相位。
反之，当最大的第一运算值不大于门限值时，认为该搜索块对应的待检测集合中无法捕获到载波频率和伪随机噪声码相位。
可见，本发明实施例中，针对每个待检测集合，采用上述公式计算该待检测集合的门限值，根据最大的第一运算值与该门限值的大小关系，判断是否能够捕获到载波频率和伪随机噪声码相位。由于待检测集合的门限值是根据自身集合中待检测组合的各个第一运算值动态计算的，因此即使噪声干扰导致部分第一运算值出现偏差，也不会对判决结果造成较大影响，即能够减少干扰噪声波动对信号捕获带来的负面影响，且能够提高弱信号下的信号捕获能力。
在本发明的一种实施例中，为了进一步提高捕获到的频率和相位的准确度，尽可能减少捕获到错误频率和相位带来的时间消耗和资源消耗，可以采用双重检测方式，也可以称为双驻留检测。
具体的，若在第一次检测过程中，某一待检测集合中能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位，则针对该集合进行第二次检测。
参见图4，图4为本发明实施例提供的信号捕获方法的另一种流程示意图。在S105之后，第二次检测过程具体包括以下步骤：
S401：根据目标频率，以及预设的重检测的频率步长，确定多个重检测频率。
本发明实施例中，由于信号捕获过程对相位的精度要求不太高，因此在重检测阶段，可以保持第一次检测中捕获的目标相位，而仅更改频率，以得到更精确的频率估计。
具体的，可以根据目标频率，以及预设的重检测的频率步长，确定多个重检测频率。其中，相比于第一次检测过程的频率步长，重检测的频率步长可以设置的更小。
作为一个示例，可以以第一次检测得到目标频率为中心，以重检测的频率步长为频率间隔，生成多个重检测频率。
S402：根据目标相位以及重检测频率，确定重检测集合，重检测集合中包含多个重检测组合，每个重检测组合包含目标相位，以及一个重检测频率。
本发明实施例中，在重检测阶段，只生成一个重检测集合，该重检测集合中包含多个重检测组合，重检测组合中相位均为第一次检测中捕获的目标相位，频率为步骤S401生成的重检测频率。
S403：取重检测集合中每个重检测组合包含的目标相位和重检测频率，与接收信号进行信号捕获运算，得到每个重检测组合的第二运算值，并根据每个重检测组合的第二运算值判断在重检测阶段是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位。若否，执行S404；若是执行S405。
S404：开始检测下一待检测集合。
S405：将重检测组合的最大第二运算值对应的频率确定为重检测阶段捕获到的目标频率。
本发明实施例中，S403中取频率和相位与接收信号进行信号捕获运算的过程可以参见S103的相关记载，在此不赘述。为区别第一次检测过程，在重检测过程中，用第二运算值表示信号捕获运算的运算结果。
此外，S403中根据每个重检测组合的第二运算值判断在重检测阶段是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位的过程也可以参见第一次检测过程，不赘述。
可见，本发明实施例中，在能够捕获到载波频率和伪随机噪声码相位的情况下，进行第二次信号捕获，第二次信号捕获过程中，生成新的重检测频率，并按照第一次信号捕获相同的方式判断第二次是否能够捕获到载波频率和伪随机噪声码相位，若第二次还能捕获到载波频率和伪随机噪声码相位，则将第二次捕获到的载波频率作为最终的捕获结果。若第二次未捕获到载波频率和伪随机噪声码相位，则认为第一次信号捕获出错，开始检测下一待检测集合。可见，采用双重检测的机制，只有第一次信号捕获和第二次信号捕获均能够捕获到载波频率和伪随机噪声码相位，才确定信号捕获结果。因此，第一次信号捕获出现的错误，可以在重检测过程中被发现，能够进一步提升信号捕获的准确度。
在本发明的一种实施例中，待检测的伪随机噪声码可以有多个，每个伪随机噪声码对应一个伪随机噪声码码号。
上述图1-图4所示实施例均为针对一个伪随机噪声码进行的信号捕获，若待检测的伪随机噪声码有多个，则可以基于同样的方式检测其他码号的伪随机噪声码对应的待检测集合，并综合每个伪随机噪声码的检测结果，确定最终信号捕获结果。
为了便于理解，下面结合附图5、附图6(a)及附图6(b)对本发明实施例提供的信号捕获方法进行进一步介绍。
首先，引入H0单元格、H1单元格、H0搜索块和H1搜索块的定义。
本发明实施例中，定义H0单元格为错误单元格，其所表示的载波频率和码相位与当前接收信号的载波频率和码相位相差较大。定义H1单元格为正确单元格，其所表示的载波频率和码相位与当前接收信号的载波频率和码相位最为接近，也可以理解为H1单元格对应的频率和码相位即为正确捕获到的载波频率和伪随机噪声码相位。
容易理解的，一个搜索块中包含最多一个H1单元格。定义H0搜索块为仅包含H0单元格的搜索块，定义H1搜索块为包含一个H1单元格的搜索块。
基于上述定义，信号捕获的过程即为找到H1单元格的过程。
下面对接收机在检测每一搜索块过程中，出现的事件类型进行汇总说明。
对于H0搜索块，存在两种情况：1)接收机未检测到H1单元格，这种情况表示接收机做出正确检测，其概率记为正拒率。2)接收机检测到H1单元格，这种情况表示接收机做出错误检测，其概率记为虚警率。
对于H1搜索块，存在三种情况：1)接收机检测到正确的H1单元格，其概率记为实警率。2)接收机未检测到H1单元格，其概率记为漏警率。3)接收机声明检测到H1单元格，但实际上是H0单元格，其概率记为错警率。第一种情况表示接收机做出正确检测，第二种和第三组情况表示接收机做出错误检测。
显然，接收机在检测搜索块过程中，并不确定检测结果是否准确。当接收机在重检测阶段捕获到载波频率和伪随机噪声码相位后，进入后续跟踪状态。在跟踪状态接收机可以判断出捕获的载波频率和伪随机噪声码相位是否正确，若判断捕获的载波频率和伪随机噪声码相位不正确，则会脱离跟踪状态，重新返回信号捕获状态。
基于上述分析，接收机检测搜索块的流程图可以参见图5，图5所示实施例中，使用转移函数来表示信号捕获过程中不同搜索块之间的转移过程。不同的转移函数表示不同事件的概率。
图5所示实施例中，每一个搜索块对应一个待检测集合，设第P搜索块为H1搜索块，其他搜索块均为H0搜索块。H0(z)表示H0搜索块之间的转移函数，H1(z)表示H1搜索块向H0搜索块转移的转移函数。如图5所示，灰色的第P搜索块为H1搜索块，HBd(z)表示第一次检测发生实警事情的转移函数，第一次检测第P搜索块发生实警后，进行重检测，灰色的圆圈中F表示重检测状态，hBd(z)表示重检测过程发生实警事件的转移函数，Acq表示信号捕获成功状态，h1(z)表示重检测过程发生漏警事件的转移函数。
图6(a)为H0(z)转移函数的一种示意图。图6(b)为H1(z)转移函数的一种示意图。图中转移线上的不同字母表示不同类型事件。
具体的，对于图6(a)，HBcr表示第一次检测过程的正拒事件，HBfa表示第一次检测过程的虚警事件，hBcr表示重检测过程的正拒事件，hBfa表示第二次检测过程的虚警事件。Hp表示表示发生虚警后接收机从进入后续跟踪环节到使用相应算法识别此次虚警返回捕获的过程事件。图6(a)中F表示第一次检测结束状态，FA表示第二次检测结束状态。
如图6(a)所示，如果在第一次检测或重检测发生正拒，则转移到下一个搜索块进行检测。如果第一次检测和重检测都发生了虚警，则接收机会根据虚警得到的估计值转入跟踪状态。随后接收机可以通过跟踪状态判断出这是一次虚警，从而使接收机重新回到捕获状态继续捕获。而这部分额外消耗的时间就被称为虚警惩罚时间。
对于图6(b)，HBm表示第一次检测过程的漏警事件，HBe表示第一次检测过程的错警事件。
对于H1搜索块，如果第一次检测与重检测发生实警，则接收机捕获成功并转入跟踪状态。如果在第一次检测或重检测发生漏警，则接收机转入下一搜索块进行检测。如果第一次检测或重检测发生错警，则跟H0搜索块的虚警事件类似，接收机会在经过虚警惩罚时间后转入下一个块进行检测。对于H1块，后面两种情况意味着接收机无法实现信号捕获。
则图5所示实施例中，H0(z)对应图6(a)所示的事件，H1(z)对应图6(b)所示的事件。前P-1搜索块均为H0搜索块，无法捕获到正确的载波和相位，直到接收机检测第P搜索块，第一次检测发生实警则进行重检测，再次实警则捕获完成。若第P搜索块的第一次检测或重检测过程发生漏警，则转入检测第P+1搜索块，在这种情况下，接收机无法实现正确捕获到接收信号的载波频率和伪随机噪声码相位。
图5示出了接收机在信号捕获过程中可能发生的所有情况。容易理解的，信号捕获过程中，实警率越高，且虚警率越低，则信号捕获的性能越好。
下面通过信号捕获过程中各个事件的发生概率分析本发明实施例提供的信号捕获方法的性能。
以第一次信号捕获为例，由于存在随机的干扰噪声，每个单元格对应的第一运算值都可被视为一个随机变量。设H0单元格所对应的运算值的随机变量为X，H1单元格所对应的运算值的随机变量为Y，设接收信号中的噪声为高斯白噪声，则两个随机变量的概率密度函数可以表示如下：
Figure GDA0003731254110000151
Figure GDA0003731254110000161
其中，fX(x)表示H0单元格所对应的运算值的随机变量X的概率密度函数，fY(y)表示H1单元格所对应的运算值的随机变量Y的概率密度函数；Γ(·)为Gamma函数，I0(·)为第一类零阶修正贝塞尔函数，
Figure GDA0003731254110000169
为噪声功率，Nnc表示搜索域中每个搜索块内的单元格数量，Nn表示非相干积分次数，a表示期望信号的幅值。
基于图5、图6(a)和图6(b)的分析，转移函数可以用如下公式表示：
Figure GDA0003731254110000162
Figure GDA0003731254110000163
Figure GDA0003731254110000164
Figure GDA0003731254110000165
Figure GDA0003731254110000166
Figure GDA0003731254110000167
H0(z)＝HBcr(z)+HBfa(z)(hBcr+hBfa(z)Hp(z))
H1(z)＝HBm(z)+HBe(z)(hBcr+hBfa(z)Hp(z))
h1(z)＝hBm(z)+hBe(z)Hp(z)
其中，PBd，PBm，PBe，PBcr，PBfa分别对应实警率，漏警率，错警率，正拒率以及虚警率。下标1表示第一驻留，即第一次检测过程，下标2表示第2驻留，即第二次检测过程，例如，PBd1表示第一驻留的实警率。t1和t2分别为接收机在第一驻留和第二驻留的驻留时间，tp为虚警惩罚时间。
此外，由于每个搜索块的门限值是根据该搜索块中每个单元格对应的第一运算值计算得到的，每个单元格对应的第一运算值是随机变量，因此门限值也是随机变量。
设门限值为U，则随机变量U的概率密度函数可以表示为：
Figure GDA0003731254110000168
其中，Bi表示参与平均运算的随机变量X的个数，i＝1或2分别表示第一驻留和第二驻留。则随机变量U服从形状参数为Bi，比例参数为
Figure GDA0003731254110000171
的Gamma分布。T1为预先设定的门限值倍数参数，可根据实际需求进行设定。
进而可以根据随机变量X、Y进而U的概率密度函数计算不同事件发生的概率，具体如下：
Figure GDA0003731254110000172
Figure GDA0003731254110000173
PBei＝1-PBdi-PBmi
Figure GDA0003731254110000174
PBfai＝1-PBcri
以上为第一驻留或第二驻留的事件概率，而对于整个捕获过程而言，应将两个驻留联合考虑。由此可以计算得到整个信号捕获过程的实警率PBd，漏警率PBm，错误率PBe，正拒率PBcr以及虚警率PBfa，具体如下：
PBd＝PBd1PBd2
PBm＝1-PBd-PBe
PBe＝PBe1PBe2
PBcr＝1-PBfa
PBfa＝PBfa1PBfa2
本发明实施例提供的信号捕获方法，相比于现有的其他捕获方法，对于H0搜索块，正拒率更高，虚警率更低；对于H1搜索块，实警率更高，漏警率更低。因此，具有更好的检测性能。此外，在弱信号或噪声功率出现波动导致信噪比变化的场景中，本发明实施例提供的信号捕获方法的虚警率仍维持较低的状态，具有稳定的良好的检测性能。
基于相同的发明构思，根据上述信号捕获方法实施例，本发明实施例还提供了一种信号捕获装置，参见图7，可以包括以下模块：
第一确定模块701，用于根据预设频率检测范围，以及预设频率步长确定多个待检测频率；根据预设伪随机噪声码相位检测范围，以及预设相位步长确定多个待检测相位；
生成模块702，用于根据待检测频率和待检测相位，生成多个待检测集合；其中，每个待检测集合中包含多个待检测组合，每个待检测组合包含一个待检测频率和一个待检测相位；
判断模块703，用于针对当前待检测集合，取该待检测集合中每个待检测组合包含的待检测频率和待检测相位，与接收信号进行预设信号捕获运算，得到每个待检测组合的第一运算值，并根据第一运算值判断是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；预设信号捕获运算包括交叉模糊函数运算和相干积分运算；
第一检测模块704，用于当判断模块的判断结果为否时，开始检测下一待检测集合；
第二确定模块705，用于当判断模块的判断结果为是时，将最大的第一运算值对应的频率确定为捕获到的目标频率，并将最大的第一运算值对应的相位确定为捕获到的目标相位。
在本发明的一种实施例中，判断模块703，具体可以用于：
确定最大的第一运算值；
判断最大的第一值是否大于门限值，若大于，则表示捕获到载波频率和伪随机噪声码相位；
若不大于，则表示未捕获到载波频率和伪随机噪声码相位；
其中，门限值基于如下公式确定：
Figure GDA0003731254110000181
Figure GDA0003731254110000182
其中，U表示门限值，T表示预设系数，Bf表示待检测频率的数目，Bc表示待检测相位的数目，k表示待检测组合的序号，Pk表示第k个待检测组合的第一运算值，km表示最大的第一运算值对应的待检测组合的序号。
在本发明的一种实施例中，在图7所示装置基础上，还可以包括重检测模块，重检测模块具体可以用于：
若能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位，根据目标频率，以及预设的重检测的频率步长，确定多个重检测频率；
根据目标相位以及重检测频率，确定重检测集合，重检测集合中包含多个重检测组合，每个重检测组合包含目标相位，以及一个重检测频率；
取重检测集合中每个重检测组合包含的目标相位和重检测频率，与接收信号进行信号捕获运算，得到每个重检测组合的第二运算值，并根据每个重检测组合的第二运算值判断在重检测阶段是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；
若否，则开始检测下一待检测集合；
若是，则将重检测组合的最大的第二运算值对应的频率确定为重检测阶段捕获到的目标频率。
在本发明的一种实施例中，待检测的伪随机噪声码有多个，每个伪随机噪声码对应一个伪随机噪声码码号，在图7所示装置基础上，还可以包括：
第二检测模块，用于：
检测其他码号的伪随机噪声码对应的待检测集合，并基于每个伪随机噪声码的检测结果，确定最终信号捕获结果。
应用本发明实施例提供的信号捕获装置，能够根据预设最小载波频率，以及预设频率步长确定多个待检测频率；根据预设最小伪随机噪声码相位，以及预设相位步长确定多个待检测相位；根据待检测频率和待检测相位，生成多个待检测集合；其中，每个待检测集合中包含多个待检测组合，每个待检测组合包含一个待检测频率和一个待检测相位；针对当前待检测集合，取该待检测集合中每个待检测组合包含的待检测频率和待检测相位，与接收信号进行预设信号捕获运算，得到每个待检测组合的第一运算值，并根据第一运算值判断是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；预设信号捕获运算包括交叉模糊函数运算和相干积分运算；若否，则开始检测下一待检测集合；若是，则将最大的第一运算值对应的频率确定为捕获到的目标频率，并将最大的第一运算值对应的相位确定为捕获到的目标相位。可见，将待检测频率和待检测相位的组合划分为多个待检测集合，依次检测每个待检测集合中的频率和相位，相比于未进行分块检测的信号捕获方案，能够提高捕获到的载波频率和伪随机噪声码相位的准确度。
此外，由于待检测集合的门限值是根据自身集合中待检测组合的各个第一运算值动态计算的，因此即使噪声干扰导致部分第一运算值出现偏差，也不会对判决结果造成较大影响，即能够减少干扰噪声波动对信号捕获带来的负面影响，且能够提高弱信号下的信号捕获能力。
且在能够捕获到载波频率和伪随机噪声码相位的情况下，进行第二次信号捕获，第二次信号捕获过程中，生成新的重检测频率，并按照第一次信号捕获相同的方式判断第二次是否能够捕获到载波频率和伪随机噪声码相位，若第二次还能捕获到载波频率和伪随机噪声码相位，则将第二次捕获到的载波频率作为最终的捕获结果。若第二次未捕获到载波频率和伪随机噪声码相位，则认为第一次信号捕获出错，开始检测下一待检测集合。可见，采用双重检测的机制，只有第一次信号捕获和第二次信号捕获均能够捕获到载波频率和伪随机噪声码相位，才确定信号捕获结果。因此，第一次信号捕获出现的错误，可以在重检测过程中被发现，能够进一步提升信号捕获的准确度。
基于相同的发明构思，根据上述信号捕获方法实施例，发明实施例还提供了一种电子设备，如图8所示，包括处理器801、通信接口802、存储器803和通信总线804，其中，处理器801，通信接口802，存储器803通过通信总线804完成相互间的通信。
存储器803，用于存放计算机程序；
处理器801，用于执行存储器803上所存放的程序时，实现如下步骤：
根据预设频率检测范围，以及预设频率步长确定多个待检测频率；根据预设伪随机噪声码相位检测范围，以及预设相位步长确定多个待检测相位；
根据待检测频率和待检测相位，生成多个待检测集合；其中，每个待检测集合中包含多个待检测组合，每个待检测组合包含一个待检测频率和一个待检测相位；
针对当前待检测集合，取该待检测集合中每个待检测组合包含的待检测频率和待检测相位，与接收信号进行预设信号捕获运算，得到每个待检测组合的第一运算值，并根据第一运算值判断是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；预设信号捕获运算包括交叉模糊函数运算和相干积分运算；
若否，则开始检测下一待检测集合；
若是，则将最大的第一运算值对应的频率确定为捕获到的目标频率，并将最大的第一运算值对应的相位确定为捕获到的目标相位。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
应用本发明实施例提供的电子设备，能够根据预设最小载波频率，以及预设频率步长确定多个待检测频率；根据预设最小伪随机噪声码相位，以及预设相位步长确定多个待检测相位；根据待检测频率和待检测相位，生成多个待检测集合；其中，每个待检测集合中包含多个待检测组合，每个待检测组合包含一个待检测频率和一个待检测相位；针对当前待检测集合，取该待检测集合中每个待检测组合包含的待检测频率和待检测相位，与接收信号进行预设信号捕获运算，得到每个待检测组合的第一运算值，并根据第一运算值判断是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；预设信号捕获运算包括交叉模糊函数运算和相干积分运算；若否，则开始检测下一待检测集合；若是，则将最大的第一运算值对应的频率确定为捕获到的目标频率，并将最大的第一运算值对应的相位确定为捕获到的目标相位。可见，将待检测频率和待检测相位的组合划分为多个待检测集合，依次检测每个待检测集合中的频率和相位，相比于未进行分块检测的信号捕获方案，能够提高捕获到的载波频率和伪随机噪声码相位的准确度。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一信号捕获方法的步骤。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一信号捕获方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于信号捕获装置、电子设备、计算机可读存储介质及计算机程序产品实施例而言，由于其基本相似于信号捕获方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见信号捕获方法实施例的部分说明即可。
以上仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种信号捕获方法，其特征在于，应用于接收机，所述方法包括：
根据预设频率检测范围，以及预设频率步长确定多个待检测频率；根据预设伪随机噪声码相位检测范围，以及预设相位步长确定多个待检测相位；
根据所述待检测频率和所述待检测相位，生成多个待检测集合；其中，每个待检测集合中包含多个待检测组合，每个待检测组合包含一个待检测频率和一个待检测相位；
针对当前待检测集合，取该待检测集合中每个待检测组合包含的待检测频率和待检测相位，与接收信号进行预设信号捕获运算，得到每个待检测组合的第一运算值，并根据所述第一运算值判断是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；所述预设信号捕获运算包括交叉模糊函数运算和相干积分运算；
若否，则开始检测下一待检测集合；
若是，则将最大的第一运算值对应的频率确定为捕获到的目标频率，并将最大的第一运算值对应的相位确定为捕获到的目标相位；
若能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位，所述方法还包括：
根据所述目标频率，以及预设的重检测的频率步长，确定多个重检测频率；
根据所述目标相位以及所述重检测频率，确定重检测集合，所述重检测集合中包含多个重检测组合，每个重检测组合包含所述目标相位，以及一个重检测频率；
取所述重检测集合中每个重检测组合包含的目标相位和重检测频率，与所述接收信号进行所述信号捕获运算，得到每个重检测组合的第二运算值，并根据每个重检测组合的第二运算值判断在重检测阶段是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；
若否，则开始检测下一待检测集合；
若是，则将重检测组合的最大的第二运算值对应的频率确定为重检测阶段捕获到的目标频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一运算值判断是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位的步骤，包括：
确定最大的第一运算值；
判断所述最大的第一值是否大于门限值，若大于，则表示捕获到载波频率和伪随机噪声码相位；
若不大于，则表示未捕获到载波频率和伪随机噪声码相位；
其中，所述门限值基于如下公式确定：
Figure FDA0003639325770000021
Figure FDA0003639325770000022
其中，U表示所述门限值，T表示预设系数，Bf表示所述待检测频率的数目，Bc表示所述待检测相位的数目，k表示所述待检测组合的序号，Pk表示第k个待检测组合的第一运算值，km表示最大的第一运算值对应的待检测组合的序号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待检测的伪随机噪声码有多个，每个伪随机噪声码对应一个伪随机噪声码码号，所述方法还包括：
检测其他码号的伪随机噪声码对应的待检测集合，并基于每个伪随机噪声码的检测结果，确定最终信号捕获结果。
4.一种信号捕获装置，其特征在于，应用于接收机，所述装置包括：
第一确定模块，用于根据预设频率检测范围，以及预设频率步长确定多个待检测频率；根据预设伪随机噪声码相位检测范围，以及预设相位步长确定多个待检测相位；
生成模块，用于根据所述待检测频率和所述待检测相位，生成多个待检测集合；其中，每个待检测集合中包含多个待检测组合，每个待检测组合包含一个待检测频率和一个待检测相位；
判断模块，用于针对当前待检测集合，取该待检测集合中每个待检测组合包含的待检测频率和待检测相位，与接收信号进行预设信号捕获运算，得到每个待检测组合的第一运算值，并根据所述第一运算值判断是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；所述预设信号捕获运算包括交叉模糊函数运算和相干积分运算；
第一检测模块，用于当所述判断模块的判断结果为否时，开始检测下一待检测集合；
第二确定模块，用于当所述判断模块的判断结果为是时，将最大的第一运算值对应的频率确定为捕获到的目标频率，并将最大的第一运算值对应的相位确定为捕获到的目标相位；
重检测模块，所述重检测模块具体用于：
若能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位，根据所述目标频率，以及预设的重检测的频率步长，确定多个重检测频率；
根据所述目标相位以及所述重检测频率，确定重检测集合，所述重检测集合中包含多个重检测组合，每个重检测组合包含所述目标相位，以及一个重检测频率；
取所述重检测集合中每个重检测组合包含的目标相位和重检测频率，与所述接收信号进行所述信号捕获运算，得到每个重检测组合的第二运算值，并根据每个重检测组合的第二运算值判断在重检测阶段是否能够捕获载波频率和伪随机噪声码相位；
若否，则开始检测下一待检测集合；
若是，则将重检测组合的最大的第二运算值对应的频率确定为重检测阶段捕获到的目标频率。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述判断模块，具体用于：
确定最大的第一运算值；
判断所述最大的第一值是否大于门限值，若大于，则表示捕获到载波频率和伪随机噪声码相位；
若不大于，则表示未捕获到载波频率和伪随机噪声码相位；
其中，所述门限值基于如下公式确定：
Figure FDA0003639325770000041
Figure FDA0003639325770000042
其中，U表示所述门限值，T表示预设系数，Bf表示所述待检测频率的数目，Bc表示所述待检测相位的数目，k表示所述待检测组合的序号，Pk表示第k个待检测组合的第一运算值，km表示最大的第一运算值对应的待检测组合的序号。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，待检测的伪随机噪声码有多个，每个伪随机噪声码对应一个伪随机噪声码码号，所述装置还包括：第二检测模块，用于：
检测其他码号的伪随机噪声码对应的待检测集合，并基于每个伪随机噪声码的检测结果，确定最终信号捕获结果。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-3任一所述的方法步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3任一所述的方法步骤。
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