[發(fā)明專利]衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)長周期偽隨機(jī)擴(kuò)頻碼的快速捕獲電路及其捕獲方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110405206.9
• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN102520423A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉宇波;曹海濤
• 申請（專利權(quán)）人: 成都金本華科技有限公司
• 主分類號: G01S19/30
• 分類號: G01S19/30
• 代理公司: 成都金英專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)長周期偽隨機(jī)擴(kuò)頻碼的快速捕獲電路及其捕獲方法。

背景技術(shù)

目前世界上已建和正在建的非靜止軌道衛(wèi)星系統(tǒng)有美國的GPS、俄羅斯的GLONASS(Global?Navigation?Satellite?System)、中國的“北斗”和歐盟的Galileo，日本和印度也提出了各自的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)計(jì)劃。

衛(wèi)星導(dǎo)航定位可以通過民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼的捕獲，這兩種方式來實(shí)現(xiàn)，C/A碼碼長短，實(shí)現(xiàn)捕獲的時間較短，P碼的捕獲由于其碼長度很長，實(shí)現(xiàn)捕獲的時間較長，一般情況下P碼的捕獲是利用C/A碼的引導(dǎo)來完成的。用戶首先捕獲到C/A碼，然后利用調(diào)制在C/A碼上的導(dǎo)航電文所提供的精確時間信息來完成對P碼的捕獲，這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于：既利用了P碼定位精度高的特點(diǎn)，又避免了P碼捕獲時間過長的缺點(diǎn)。但是這種方式在用于有較強(qiáng)干擾的應(yīng)用場景時，存在很大的缺陷，因?yàn)镃/A碼的周期短，碼速率低，因此很容易受干擾，在強(qiáng)干擾的信道條件下，很難通過C/A碼來引導(dǎo)捕獲到P碼。因此P碼直接捕獲技術(shù)在有干擾的電磁環(huán)境中的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)有著重要的意義。

但是P碼的碼速率高達(dá)10.23MHz，1ms的時間內(nèi)誤差就會增加20460個碼相位的搜索范圍，這使得在P碼的直接捕獲中碼相位的搜索范圍非常大，再考慮到4倍以上的采樣速率，需要處理的數(shù)據(jù)量更是龐大。并且P碼的周期長達(dá)數(shù)天，導(dǎo)致在捕獲過程中本質(zhì)上是非周期的，這也給P碼的直接捕獲帶來了很大困難，同時也就給P碼直接捕獲的硬件實(shí)現(xiàn)增加了難度。國內(nèi)外針對P碼的直接捕獲進(jìn)行了大量的研究，現(xiàn)有的研究成果主要包括XFAST算法、直接平均法、重疊平均法、基于串并相關(guān)的部分相關(guān)值作FFT及分段匹配濾波法等。XFAST算法通過將本地PN碼重疊相加，加快了碼相位的搜索速度，然而，PN碼重疊相加會使得同步碼相位時，所得相關(guān)峰的信噪比惡化，導(dǎo)致捕獲性能變差；直接平均法與重疊平均法具有相同的基本思想，即將接收信號樣點(diǎn)每S個相加，本地PN碼作同樣處理，采用FFT及IFFT實(shí)現(xiàn)頻域相關(guān)，與XFAST算法相比相關(guān)運(yùn)算所用FFT點(diǎn)數(shù)大大減小，節(jié)省了硬件資源，然而，同步碼相位時，相關(guān)峰信噪比惡化較XFAST更大，必須采用多次累加技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，導(dǎo)致平均捕獲時間變長。當(dāng)載波頻偏較大時，為了克服其對相關(guān)峰的影響，XFAST算法、直接平均法及重疊平均法都必須采用頻域掃頻或時域掃頻技術(shù)，這種在頻偏與碼相位逐一的二維搜索必然使得平均捕獲時間變大。與分段匹配濾波法相比，基于串并相關(guān)的部分相關(guān)值作FFT具有更大的抗載波頻偏能力，并在搜索碼相位同時進(jìn)行載波多普勒頻偏搜索，有利于提高捕獲速度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有長周期偽隨機(jī)擴(kuò)頻碼捕獲電路及其方法的不足，提供一種新型的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)長周期偽隨機(jī)擴(kuò)頻碼的快速捕獲電路及其捕獲方法，克服傳統(tǒng)的XFAST算法PN碼重疊相加使得同步碼相位時相關(guān)峰的信噪比惡化，捕獲性能差；直接平均法和重疊平均法節(jié)約了硬件資源，但相關(guān)峰信噪比惡化更為嚴(yán)重，須采用多次累加技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，平均捕獲時間長；以及傳統(tǒng)捕獲方法積分增益低、信噪比差，抗電磁干擾能力差，捕獲靈敏度差、捕獲速度慢和可靠性差等缺點(diǎn)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)長周期偽隨機(jī)擴(kuò)頻碼的快速捕獲電路，與A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接，它包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、采樣數(shù)據(jù)控制模塊、混頻模塊、本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生模塊和單捕獲引擎，單捕獲引擎包括本地?cái)U(kuò)頻碼存儲器、第一級相干積分模塊、第一級相干數(shù)據(jù)存儲器、第二級相干積分模塊、第三級非相干積分模塊和門限控制比較模塊；數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的輸出端通過采樣數(shù)據(jù)控制模塊與混頻模塊的輸入端連接，混頻模塊的輸出端與第一級相干積分模塊的一個輸入端連接，本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生模塊通過本地?cái)U(kuò)頻碼存儲器與第一級相干積分模塊的另一個輸入端連接，第一級相干積分模塊的輸出端依次通過第一級相干數(shù)據(jù)存儲器、第二級相干積分模塊和第三級非相干積分模塊與門限控制比較模塊的輸入端連接。

本發(fā)明還包括一個采樣數(shù)據(jù)存儲器，采樣數(shù)據(jù)存儲器與采樣數(shù)據(jù)控制模塊連接。

衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)長周期偽隨機(jī)擴(kuò)頻碼的快速捕獲方法，它包括以下步驟：

(1)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)天線接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，并將接收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號傳輸至射頻下變頻器進(jìn)行下變頻處理，下變頻處理后的信號再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號；

(2)數(shù)字中頻信號進(jìn)入捕獲單元的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊將數(shù)字中頻信號調(diào)整為固定通道數(shù)及固定位寬的數(shù)據(jù)；