專利名稱：偽碼二維并行搜索系統及其實現方法
技術領域：
本發明涉及一種偽碼搜索系統，具體是指一種用于衛星導航系統的偽碼二維并行 搜索系統及其實現方法。
背景技術：
在目前的衛星導航系統中，衛星信號的捕獲性能決定著接收機的靈敏度以及首次 定位時間等重要性能，尤其在P碼捕獲方面，由于碼字非常長，搜索需要的計算量非常之 大。偽碼捕獲單元作為北斗二號用戶機基帶信號處理的關鍵單元，決定著捕獲靈敏度和首 次定位時間等用戶機的重要指標。通常情況下，對偽碼的搜索分為獨立的兩個過程，即距離 維的搜索和多普勒維的搜索。搜索過程是這樣的，首先估計出多普勒的值，然后在該多普勒 值情況下對整個碼相位進行搜索，若未搜索到有效信號，則變換一個多普勒分格繼續搜索， 直到搜索完整個多普勒可能范圍，衛星導航信號P碼的碼周期通常大于1星期，碼速率高達 10. 23MHz，對P碼進行捕獲時，若使用依次搜索各個多普勒分格的方法，其效率低下，捕獲 時間長，很難達到P碼捕獲的指標要求。
發明內容
本發明的目的在于提供一種偽碼二維并行搜索系統，配合其實現方法來完成偽碼 的搜索，通過對距離維和多普勒維的同時搜索，縮短偽碼搜索時間，以提高搜索效率。本發明的目的通過下述技術方案實現本發明偽碼二維并行搜索系統，包括信號接收裝置、本地PN碼產生器、信號捕獲模塊、 以及信號處理器，所述信號接收裝置與信號捕獲模塊連接，本地PN碼產生器、信號捕獲模 塊分別與信號處理器連接，且本地PN碼產生器與信號捕獲模塊連接。信號接收裝置將接收 的衛星信號和本地PN碼產生器產生的信號通過信號捕獲模塊處理后通過數據總線與信號 處理器連接。所述的信號捕獲模塊包括信號采樣模塊和高速處理模塊，所述信號采樣模塊包括 與信號輸入設備連接的數字下變頻器DDC、與數字下變頻器DDC連接的濾波器、以及與濾波 器連接的緩存裝置，緩存裝置與高速處理模塊連接，高速處理模塊通過數據總線與信號處 理器連接。信號采樣模塊將信號接收裝置輸出的中頻信號經過A/D變換后，將根據所對應 的中頻頻率進行下變頻，下變頻后的同相分量I和正交分量Q兩路數據進行HR濾波，然后 用時鐘采樣存入緩存裝置。所述的高速處理模塊包括依次連接的并行相關器、緩存器、FFT求模電路、信號非 相干積累電路、相關峰值搜索電路，所述并行相關器與信號采樣模塊連接，相關峰值搜索電 路通過數據總線與信號處理器連接，還包括與并行相關器連接的移位寄存器；本地PN碼產 生器通過所述的緩存裝置與移位寄存器連接。在所述的濾波器與緩存裝置之間還設置有有采樣開關，在本地PN碼產生器與緩 存裝置之間也設置有采樣開關。
所述的采樣開關為2倍碼鐘采樣開關。采用2倍碼鐘采樣，得到的數據存入緩存直ο所述的數字下變頻器DDC具有同相分量I和正交分量Q兩個輸出端口，且分別與 緩存裝置連接。偽碼二維并行搜索系統的實現方法，包括以下步驟(a)建立信號接收裝置；(b)將接受的信號輸入信號采樣模塊，經過處理后存儲到緩存裝置；同時，本地PN碼產 生器產生PN碼，將產生的PN碼通過采樣開關采樣后，傳送至緩存裝置；(c)將緩存裝置內經過處理的衛星數據和本地PN碼傳傳送到高速處理模塊；進行數據 處理；(d)將高速處理模塊的數據和本地PN碼產生器同時通過數據總線與信號處理器連接， 通過信號處理器處理得到的信號。進一步地講，所述步驟(b)包括以下步驟(bl)將信號接收裝置接收到的衛星信號輸入數字下變頻器DDC，得到同相分量I和正 交分量Q ；(b2)將同相分量I和正交分量Q分別輸入濾波器進行濾波作用；(b3)將經過濾波后的I和Q經過采樣開關采樣，并將采樣信號儲存在緩存裝置。進一步地講，所述步驟(C)包括以下步驟(Cl)將緩存裝置內的數據信號傳送到并行相關器；同時，將緩存裝置內的本地PN碼傳 送到移位寄存器，然后將移位寄存器內的信號與并行相關器的各相關器內的信號進行匹配 處理，在控制器的作用下，通過選擇器將匹配結果數據按行列依次存儲在緩存器內； (c2)將緩存器內的每一列信號依次進行傅里葉變換且求模運算； (c3)對于運算結果進行非相干積累；(c4)對累計結果進行相關峰值搜索，如果存在峰值，則根據峰值確定峰值信息。更進一步地，所述步驟(Cl)包括以下步驟(cll)每個相關器在一個多普勒時間(積分時間)內進行積分輸出，然后再將M個多普 勒時間內相關器的積分輸出數據排列成以下復矩陣式中 代表第i個多普勒時間內第j個相關器的輸出(當前搜索相位下第j/2個碼相 位第i次相干積分的輸出)；(cl2)對矩陣圣的每一列分別進行FFT (傅里葉變換)得到矩陣2 , C同樣為M*N的復 數矩陣；(cl3)對矩陣g中的元素進行求模運算(J2 +Q2 )得到M*N的實數矩陣^i ；(cl4)重復(cll)到(cl3)k次，得到^，^；…^共k個矩陣；(cl5)計算非相干累加+ & +…+^i ；(cl6)在&矩陣的元素中尋找最大值Cm和其所在的位置(‘，Jmx )。根據得到的C·是否大于捕獲門限可以判斷是否存在相關峰。如果相關峰存在，則根據^mk可確定信號多普勒信息，根據“可確定存在相關峰的碼相位。首先對輸入的數據和索引進行鎖存，用當前鎖存的最大值與鎖存值相比較，如果輸入值比當前鎖存的最大 值大就用輸入的數據代替當前鎖存的最大值。當需要處理的數據全部搜索完畢以后，FPGA 將給處理器發出中斷信號，處理器通過總線讀取最大值，相位和多普勒信息。在接收機信號捕獲模塊中，以上實現方法可以通過FPGA電路和一個微處理器結 合的方案實現，FPGA電路用于全部數據處理算法的硬件實現，微處理器用來獲取多普勒信 息和碼相位偏移信息并進行相應的控制操作。本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果1本發明偽碼二維并行搜索系統及其實現方法，使得相位維和多普勒維的二維搜索在 一次相關積分時間內同時完成，縮短了搜索時間，提高了搜索效率；2本發明偽碼二維并行搜索系統及其實現方法，由于數字信號處理全部在硬件上以流 水線方式實現，充分利用硬件的并行性完成整個搜索過程，因此其處理速度比軟件上進行 數據處理有很大的提高，并且更利于芯片化的實現。
圖1為本發明電路圖；圖2為本發明并行相關器電路圖； 圖3為本發明FFT求模電路圖； 圖4為本發明非相干積累電路圖； 圖5為本發明相關峰值搜索電路圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。實施例一如圖1至5所示，在FPGA上建立電路，包括信號接收裝置、信號接收裝置與數字下變頻 器DDC連接，數字下變頻器DDC的同相分量I和正交分量Q兩個輸出端口分別通過2倍碼鐘 采樣開關與緩存裝置連接，緩存裝置與并行相關器連接；本地PN碼產生器通過2倍碼鐘采 樣開關與緩存裝置連接，緩存裝置與移位寄存器連接，移位寄存器于多個相關器匹配連接； 并行相關器將緩存器連接后，連接到傅里葉變換求模電路FFT，FFT電路通過信號非相干積 累電路與相關峰值搜索電路連接，相關峰值搜索電路通過數據總線與信號處理器連接，同 時，本地PN碼產生器也通過數據總線與信號處理器連接。(a)建立信號接收裝置；(bl)將信號接收裝置接收到的衛星信號輸入數字下變頻器DDC，得到同相分量I和正交分量Q ；(b2)將同相分量I和正交分量Q分別輸入濾波器進行濾波作用； (b3)將經過濾波后的I和Q經過采樣開關采樣，并將采樣信號儲存在緩存裝置； (cll)每個相關器在一個多普勒時間(積分時間)內進行積分輸出，然后再將M個多普 勒時間內相關器的積分輸出數據排列成以下復矩陣
權利要求
1.偽碼二維并行搜索系統，其特征在于包括信號接收裝置、本地PN碼產生器、信號捕 獲模塊、以及信號處理器，所述信號接收裝置與信號捕獲模塊連接，本地PN碼產生器、信號 捕獲模塊分別與信號處理器連接，且本地PN碼產生器與信號捕獲模塊連接。
2.根據權利要求1所述的偽碼二維并行搜索系統，其特征在于所述的信號捕獲模塊 包括信號采樣模塊和高速處理模塊，所述信號采樣模塊包括與信號輸入設備連接的數字下 變頻器DDC、與數字下變頻器DDC連接的濾波器、以及與濾波器連接的緩存裝置，緩存裝置 與高速處理模塊連接，高速處理模塊通過數據總線與信號處理器連接。
3.根據權利要求2所述的偽碼二維并行搜索系統，其特征在于所述的高速處理模塊 包括依次連接的并行相關器、緩存器、FFT求模電路、信號非相干積累電路、相關峰值搜索電 路，所述并行相關器與信號采樣模塊連接，相關峰值搜索電路通過數據總線與信號處理器 連接，還包括與并行相關器連接的移位寄存器；本地PN碼產生器通過所述的緩存裝置與移 位寄存器連接。
4.根據權利要求2所述的偽碼二維并行搜索系統，其特征在于在所述的濾波器與緩 存裝置之間還設置有有采樣開關，在本地PN碼產生器與緩存裝置之間也設置有采樣開關。
5.根據權利要求4所述的偽碼二維并行搜索系統，其特征在于所述的采樣開關為2 倍碼鐘采樣開關。
6.根據權利要求2所述的偽碼二維并行搜索系統，其特征在于所述的數字下變頻器 DDC具有同相分量I和正交分量Q兩個輸出端口，且分別與緩存裝置連接。
7.偽碼二維并行搜索系統的實現方法，其特征在于包括以下步驟(a)建立信號接收裝置；(b)將接受的信號輸入信號采樣模塊，經過處理后存儲到緩存裝置；同時，本地PN碼產 生器產生PN碼，將產生的PN碼通過采樣開關采樣后，傳送至緩存裝置；(c)將緩存裝置內經過處理的衛星數據和本地PN碼傳傳送到高速處理模塊，進行數據 處理；(d)將高速處理模塊的數據和本地PN碼產生器同時通過數據總線與信號處理器連接， 通過信號處理器處理得到的信號。
8.根據權利要求7所述的偽碼二維并行搜索系統的實現方法，其特征在于所述步驟(b)包括以下步驟(bl)將信號接收裝置接收到的衛星信號輸入數字下變頻器DDC，得到同相分量I和正 交分量Q ；(b2)將同相分量I和正交分量Q分別輸入濾波器進行濾波作用；(b3)將經過濾波后的I和Q經過采樣開關采樣，并將采樣信號儲存在緩存裝置。
9.根據權利要求7所述的偽碼二維并行搜索系統的實現方法，其特征在于所述步驟(c)包括以下步驟(cl)將緩存裝置內的數據信號傳送到并行相關器；同時，將緩存裝置內的本地PN碼傳 送到移位寄存器，然后將移位寄存器內的信號與并行相關器的各相關器內的信號進行匹配 處理，在控制器的作用下，通過選擇器將匹配結果數據按行列依次存儲在緩存器內； (c2)將緩存器內的每一列信號依次進行傅里葉變換且求模運算； (c3)對于運算結果進行非相干積累；(c4)對累計結果進行相關峰值搜索，如果存在峰值，則根據峰值確定峰值信息。 10.根據權利要求9所述的偽碼二維并行搜索系統的實現方法，其特征在于所述步驟 (cl)包括以下步驟(cll)每個相關器在一個多普勒時間(積分時間)內進行積分輸出，然后再將M個多普 勒時間內相關器的積分輸出數據排列成以下復矩陣式中 代表第i個多普勒時間內第j個相關器的輸出(當前搜索相位下第j/2個碼相 位第i次相干積分的輸出)；(cl2)對矩陣=的每一列分別進行FFT (傅里葉變換)得到矩陣2 , C同樣為M*N的復(cl3)對矩陣g中的元素進行求模運算(/2 +Q2 )得到M*N的實數矩陣^i ；(cl4)重復(cll)到(cl3)k次，得到^^&，…&共k個矩陣；(cl5)計算非相干累加&=& + & + +& ；(cl6)在^ι矩陣的元素中尋找最大值Cmk和其所在的位置(^，j·)。數矩陣；
全文摘要
本發明公布了偽碼二維并行搜索系統，包括信號接收裝置、本地PN碼產生器、信號捕獲模塊、以及信號處理器，所述本地PN碼產生器、信號捕獲模塊分別與信號處理器連接，且本地PN碼產生器與信號捕獲模塊連接，還包括與信號捕獲模塊連接的信號輸入設備。本發明使得相位維和多普勒維的二維搜索在一次相關積分時間內同時完成，縮短了搜索時間，提高了搜索效率；由于數字信號處理全部在硬件上以流水線方式實現，充分利用硬件的并行性完成整個搜索過程，因此其處理速度比軟件上進行數據處理有很大的提高，并且更利于芯片化的實現。
文檔編號G01S19/30GK102053250SQ20101061094
公開日2011年5月11日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年12月29日
發明者白松 申請人:成都國星通信有限公司