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一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號快速捕獲方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明有提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲方法與裝置。其中衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲方法包括：對接收機的晶振時鐘進行修正，以減小頻率搜索范圍；通過位置與時間等輔助信息，估計碼相位和多普勒的誤差值，最大程度的減小搜索范圍；根據(jù)估算的結(jié)果，將這個二維估計值設(shè)定為搜索中心，并采用螺旋式的搜索順序進行信號的捕獲，即從概率高的點開始，逐漸往概率低的點進行搜索；檢測衛(wèi)星信號的強弱，并根據(jù)信號的強弱自適應(yīng)的使用不同的積分時間與捕獲步進；采用靈活的判決模式，根據(jù)衛(wèi)星信號的強弱決定使用門限判決或最大值判決，并根據(jù)捕獲的成功率調(diào)整門限大小。本發(fā)明提供的衛(wèi)星導(dǎo)航信號快速捕獲方法與裝置可最大程度的提高捕獲運算效率，并提高衛(wèi)星信號的捕獲速度。
【專利說明】一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號快速捕獲方法與裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明有關(guān)于一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲方法與裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]目前全球的衛(wèi)星系統(tǒng)包括:美國的GPS系統(tǒng)、俄羅斯的GL0NASS系統(tǒng)、中國的北斗系統(tǒng)和歐洲的Galileo系統(tǒng)，日本和印度也提出了各自的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)計劃。
[0003]對以上各種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理都是相似的，定位前都需要先進行衛(wèi)星信號的捕獲。在現(xiàn)代化的GNSS中一些系統(tǒng)使用長碼，如:GPS的P碼、北斗系統(tǒng)的P碼、Galileo系統(tǒng)的4ms長碼等，而對這類衛(wèi)星長碼信號的捕獲一般需要較長的時間。另外，現(xiàn)代化的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機為了提高接收靈敏度，普通采用增長積分時間的計算方法，這也會導(dǎo)致衛(wèi)星信號捕獲時間的大大加長。而捕獲衛(wèi)星信號的時間相對較長，會負(fù)面地影響接收機的一個重要技術(shù)指標(biāo)，即首次定位時間(Time To First Fix,簡稱TTFF)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]現(xiàn)代化的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機由于使用長碼或為了提高接收靈敏度，通常衛(wèi)星信號的捕獲時間較長，從而影響到衛(wèi)星導(dǎo)航接收機的首次定位時間，本發(fā)明提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲方法與裝置以解決上述問題。
[0005]本發(fā)明提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲方法，包括:對接收機的晶振時鐘進行修正，以減小頻率搜索范圍；通過位置與時間等輔助信息，估計碼相位和多普勒的誤差值，最大程度的減小搜索范圍；根據(jù)估算的結(jié)果，將這個二維估計值設(shè)定為搜索中心，并采用螺旋式的搜索順序進行信號的捕獲，即從概率高的點開始，逐漸往概率低的點進行搜索；檢測衛(wèi)星信號的強弱，并根據(jù)信號的強弱自適應(yīng)的使用不同的積分時間與捕獲步進；采用靈活的判決模式，根據(jù)衛(wèi)星信號的強弱決定使用門限判決或最大值判決，并根據(jù)捕獲的成功率調(diào)整門限大小。通過以上方式最大程度地提高捕獲速度。
[0006]本發(fā)明另提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲裝置，包括:天線，用以接收到所有可見的衛(wèi)星信號；RF/下變頻模塊，用以對信號進行濾波、放大與混頻，并轉(zhuǎn)換為模擬I/Q中頻信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，用以將模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字中頻信號。最后ADC的輸出端與本發(fā)明的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲數(shù)字電路相連。快速捕獲數(shù)字電路包括:中頻處理模塊、存儲控制模塊、碼發(fā)生器、載波NC0、碼NC0、相關(guān)運算模塊(含相干運算與非相干運算)、捕獲控制模塊、門限處理模塊與時鐘控制模塊。I/Q中頻與載波NCO混頻后，與中頻處理模塊的輸入端相連，存儲控制模塊的輸入端與中頻處理模塊的輸出端相連，碼NCO與碼發(fā)生器相連，時鐘控制模塊產(chǎn)生控制信號給載波NCO和碼NC0。存儲的中頻數(shù)據(jù)與本地碼進行相關(guān)運算，運算結(jié)果送到門限處理模塊進行判決處理。捕獲控制模塊作為主控制器分別與碼發(fā)生器、相關(guān)運算模塊、門限處理模塊和時鐘控制模塊相連。
[0007]本發(fā)明提供的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲方法與裝置，利用時鐘控制模塊對接收機的晶振時鐘進行修正，以及捕獲控制模塊對碼相位、多普勒與衛(wèi)星信號強弱的估計，靈活調(diào)整了搜索順序、積分時間、捕獲步進與門限判決模式，從而最大程度的提高了運算效率，并提高了衛(wèi)星信號的捕獲速度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是衛(wèi)星導(dǎo)航信號快速捕獲裝置圖；
圖2是衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲搜索順序示意圖。

【具體實施方式】
[0009]為便于對本發(fā)明實施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個實施例為例做進一步的解釋說明，且各個實施例并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。
[0010]實施例一
下面結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案，如圖1所示，本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
首先，RF/下變頻模塊通過天線接收到所有可見的衛(wèi)星信號，RF/下變頻經(jīng)濾波、放大與混頻后，轉(zhuǎn)換為模擬I/Q中頻信號，之后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字中頻信號。最后ADC的輸出端與本發(fā)明的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲數(shù)字電路相連。
[0011]快速捕獲裝置包括如下部分:中頻處理模塊、存儲控制模塊、碼發(fā)生器、載波NC0、碼NC0、相關(guān)運算模塊(含相干運算與非相干運算)、捕獲控制模塊、門限處理模塊與時鐘控制模塊。I/Q中頻與載波NCO混頻后，與中頻處理模塊的輸入端相連，存儲控制模塊的輸入端與中頻處理模塊的輸出端相連，碼NCO與碼發(fā)生器相連，時鐘控制模塊產(chǎn)生控制信號給載波NCO和碼NC0。存儲的中頻數(shù)據(jù)與本地碼進行相關(guān)運算，運算結(jié)果送到門限處理模塊進行判決處理。捕獲控制模塊作為主控制器分別與碼發(fā)生器、相關(guān)運算模塊、門限處理模塊和時鐘控制模塊相連。
[0012]衛(wèi)星導(dǎo)航信號快速捕獲方法包括以下步驟:
1.天線接收到所有可見的衛(wèi)星信號的電磁波信號。
[0013]2.RF/下變頻模塊接收天線傳送過來的衛(wèi)星信號，后經(jīng)濾波、放大與混頻，轉(zhuǎn)換為模擬I/Q中頻信號。
[0014]3.模擬中頻信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字中頻信號。
[0015]4.衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲數(shù)字電路對ADC輸出的數(shù)字中頻信號進行捕獲處理運算。首先數(shù)字中頻信號進入捕獲單元的中頻處理模塊，中頻處理模塊將數(shù)字中頻信號進行無損壓縮，調(diào)整為固定通道數(shù)及固定位寬的數(shù)據(jù)。
[0016]5.中頻處理模塊輸出數(shù)據(jù)進入存儲控制模塊，該模塊對采樣的中頻數(shù)據(jù)進行分段控制處理，以便數(shù)據(jù)塊順序地保存于中頻數(shù)據(jù)存儲器中。
[0017]6.存儲控制模塊根據(jù)設(shè)定的順序取出中頻采樣數(shù)據(jù)，并與碼發(fā)生器模塊產(chǎn)生本地PN碼數(shù)據(jù)進行分段相關(guān)運算，分別得到I路和Q路的相干計算值，并存儲于內(nèi)部存儲器中。
[0018]7.非相干積分模塊對I/Q相干運算結(jié)果進行非相干積分，得到非相干積分幅值V。
[0019]8.利用時鐘控制模塊修正晶振時鐘頻率，以減小頻率搜索范圍。首先通過計數(shù)單元對IPPS秒脈沖進行計數(shù)，之后對計數(shù)結(jié)果進行滑動平均濾波，并計算出晶振的時鐘偏差。然后調(diào)整模擬電壓信號輸送給壓控晶振，通過電壓的變化調(diào)整晶振的頻率輸出，使得載波NCO和碼NCO能夠得到準(zhǔn)確的時鐘頻率。通過對晶振頻率進行進行修正，減小頻率誤差，從而減少信號捕獲時的多普勒搜索范圍。
[0020]9.捕獲控制模塊作為主控制器分別與碼發(fā)生器、相關(guān)運算模塊、門限處理模塊和時鐘控制模塊相連，并對這些模塊進行控制。捕獲控制模塊的具體功能包括:
(I)捕獲順序的控制
如圖2所示，本發(fā)明采用螺旋式的搜索方式進行信號的捕獲。即首先估計碼相位和多普勒的誤差值，然后根據(jù)碼相位和多普勒的誤差估計值，并將這個二維估計值設(shè)定為搜索中心，然后從搜索中心螺旋往四周進行搜索，可靈活配置采用順時針或逆時針進行搜索。簡單的說，即從概率高的點開始，逐漸往概率低的點進行搜索。
[0021](2)估算誤差與搜索范圍
最大程度的減少搜索范圍，從而降低搜索時間:通過位置輔助的方式進行估計；通過時間輔助的方式進行估計；每次定位完成后對，對位置與星歷進行保存。接收機下一次開機時對保存的數(shù)據(jù)進行讀取，利用已知信息估算誤差范圍，以減少搜索范圍，從而降低搜索時間。
[0022](3)積分時間的控制
當(dāng)衛(wèi)星信號較強時，對接收機的接收靈敏度要求不高，捕獲使用短的積分時間；當(dāng)衛(wèi)星信號較弱時，對接收機的接收靈敏度要求高，捕獲使用長的積分時間。本發(fā)明采取的方式時，先對衛(wèi)星信號的強度進行技術(shù)測試與估計，然后自適應(yīng)的確定積分時間的長短，衛(wèi)星信號強時使用短的積分時間，衛(wèi)星信號弱時使用短的積分時間。當(dāng)應(yīng)用場景復(fù)雜，無法準(zhǔn)確估計衛(wèi)星信號的強弱時，我們采用的方法是:先配置使用短的積分時間進行捕獲，若幾輪捕獲之后還無法搜索到衛(wèi)星信號，則再配置使用長的積分時間進行捕獲。
[0023](4)捕獲步進的控制
衛(wèi)星捕獲過程中，我們將相鄰碼相位之間以及相鄰多普勒之間的距離稱之為捕獲步進。捕獲步進大小的設(shè)置方法與前面講的積分時間長短的設(shè)置方法類似:
當(dāng)衛(wèi)星信號較強時，對接收機的接收靈敏度要求不高，捕獲使用粗的步進；當(dāng)衛(wèi)星信號較弱時，對接收機的接收靈敏度要求高，捕獲使用細(xì)的步進。本發(fā)明采取的方式時，先對衛(wèi)星信號的強度進行技術(shù)測試與估計，然后自適應(yīng)的確定搜索步進的長短，衛(wèi)星信號強時使用粗的步進，衛(wèi)星信號弱時使用細(xì)的步進。當(dāng)應(yīng)用場景復(fù)雜，無法準(zhǔn)確估計衛(wèi)星信號的強弱時，我們采用的方法是:先配置使用粗的步進進行捕獲，若幾輪捕獲之后還無法搜索到衛(wèi)星信號，則再配置使用細(xì)的步進進行捕獲。
[0024]10.門限處理模塊用于計算捕獲門限Vt，并對搜索計算結(jié)果V進行判決，判斷V是否超過門限值Vt。本發(fā)明的門限計算采用自適應(yīng)的算法，先對衛(wèi)星信號強度進行預(yù)檢測計算，根據(jù)計算結(jié)果決定采用的門限判決方式:若衛(wèi)星信號弱，則對所有多普勒范圍和碼延時的相關(guān)運算值進行比較，找出其中的最大值，最大值即認(rèn)為為捕獲結(jié)果，這種方式可最大限度的提高捕獲靈敏度；若衛(wèi)星信號強，當(dāng)判決到V>vt時，則認(rèn)為捕獲成功。若捕獲完一輪后還未找到超過Vt的值，則降低Vt重新搜索，這種方式可最大程度提高捕獲速度。
[0025]上述本發(fā)明實施例所述方法和裝置適用于中國北斗2代、美國GPS、俄羅斯GL0NASS以及歐洲Galineo衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的接收機。
[0026]綜上所述，本發(fā)明實施例實現(xiàn)了一種新型的衛(wèi)星導(dǎo)航信號快速捕獲方法與裝置，利用時鐘控制模塊對接收機的晶振時鐘進行修正，以及捕獲控制模塊對碼相位、多普勒與衛(wèi)星信號強弱的估計，靈活調(diào)整了搜索順序、積分時間、捕獲步進與門限判決模式，從而最大程度的提高了運算效率，并提高了衛(wèi)星信號的捕獲速度。
[0027]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)包括在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲方法，包括: 對接收機的晶振時鐘進行修正，以減小頻率搜索范圍； 通過位置與時間等輔助信息，估計碼相位和多普勒的誤差值，最大程度的減小搜索范圍； 根據(jù)估算的結(jié)果，將這個二維估計值設(shè)定為搜索中心，并采用螺旋式的搜索順序進行信號的捕獲，即從概率高的點開始，逐漸往概率低的點進行搜索； 檢測衛(wèi)星信號的強弱，根據(jù)信號的強弱自適應(yīng)的使用不同的積分時間； 根據(jù)衛(wèi)星信號的強弱，自適應(yīng)的使用不同的捕獲步進； 采用靈活的判決模式，根據(jù)衛(wèi)星信號的強弱決定使用門限判決或最大值判決，并根據(jù)捕獲的成功率調(diào)整門限大小。
2.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲方法，其特征在于，對接收機的晶振時鐘進行修正時，首先通過計數(shù)單元對IPPS秒脈沖進行計數(shù)，之后對計數(shù)結(jié)果進行滑動平均濾波，并計算出晶振的時鐘偏差。
3.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲方法，其特征在于，估計碼相位和多普勒的誤差值，是通過位置或時間輔助的方式進行，以及每次定位完成后對，都對位置與星歷進行保存，接收機下一次開機時對保存的數(shù)據(jù)進行讀取，利用已知信息估算誤差范圍。
4.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲方法，其特征在于，使用不同的積分時間，積分時間的長短是根據(jù)衛(wèi)星信號強弱以及對接收靈敏度要求的聯(lián)合估計進行確定。
5.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲方法，其特征在于，使用不同的捕獲步進，捕獲步進的大小是根據(jù)衛(wèi)星信號強弱以及對接收靈敏度要求的聯(lián)合估計進行確定。
6.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲方法，其特征在于，判決模式的選擇采用自適應(yīng)的算法，對衛(wèi)星信號強度進行預(yù)檢測計算，根據(jù)計算結(jié)果決定采用的門限判決方式。
7.—種衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲裝置，其特征在于，裝置包含了一種快速捕獲數(shù)字電路，快速捕獲數(shù)字電路包括:時鐘控制模塊、捕獲控制模塊與門限處理模塊。
8.如權(quán)利要求7所述的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲裝置，其特征在于，時鐘控制模塊通過IPPS秒脈沖對接收機的晶振時鐘進行修正。
9.如權(quán)利要求7所述的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲裝置，其特征在于，捕獲控制模塊通過對碼相位、多普勒與衛(wèi)星信號強弱的估計，靈活調(diào)整了搜索順序、積分時間與捕獲步進。
10.如權(quán)利要求7所述的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲裝置，其特征在于，門限處理模塊采用自適應(yīng)的算法，先對衛(wèi)星信號強度進行預(yù)檢測計算，根據(jù)計算結(jié)果決定采用的門限判決方式。
【文檔編號】G01S19/30GK104345322SQ201310637268
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:成都海亨利科技有限公司