[发明专利]分层式GPS信号并行捕获方法及其模块

说明书

发明领域

本发明属于卫星通信技术领域，它涉及GPS接收机的信号捕获方法，尤其涉及一种分层式GPS信号并行快速捕获方法及其模块。

背景技术

全球定位系统(GPS)已经广泛应用于车载导航，便携式导航仪，无线通信设备中，各大移动通信服务商也在积极开发基于定位服务(LBS)的应用，为用户提供有效、可靠的基于定位功能的多种服务。这要求各种通信导航设备中的GPS接收机在各种环境下，要快速捕获到GPS信号，并能够给出实时的定位信息。但是，GPS信号功率远低于噪声功率，尤其在都市和室内等信道衰落严重的环境中，这给GPS的应用带来了巨大的限制。

GPS卫星信号捕获的二维搜索过程，要求估计卫星信号的码相位和多普勒频率。码相位和多普勒频率的不确定范围定义的二维搜索空间包含了几万甚至几十万个信号搜索单元，一个信号搜索单元由一个码相位不确定量与一个多普勒频率不确定量构成，而捕获就是要对每一个信号搜索单元进行检测，显然，信号捕获耗费时间长，尤其对于弱信号捕获的每个搜索单元的检测时间就会更长。

目前，现有技术中大多采用大规模并行架构来满足GPS信号快速捕获的需要。这种架构必须配置成千上万，甚至上百万个等效相关器，才能一次搜索大量的信号搜索单元，即包含整个二维搜索空间。但是，由于这种架构对整个搜索空间的所有信号搜索单元都同等对待，并且不能够根据搜索空间的大小调整搜索能力，从而硬件庞大、工作效率降低。美国专利US7127351B2提出了一种“混合并行和串行检测的并行捕获方法”，把捕获过程分为两步骤：第一步，并行搜索大量的信号搜索单元，从中选出若干最优可能包含卫星信号的搜索单元；第二步，利用多个独立的相关器通道对第一步中选出的几个搜索单元同时进行串行确认，排除不包含卫星信号的搜索单元。显而易见，该并行捕获方法存在缺陷是：一、虽然串行搜索分担了并行搜索的工作量，但是并行搜索结构的搜索能力是固定的，无法针对不同大小的搜索空间调整搜索能力。二、资源利用率低，又增加了功耗。

在实际应用中，二维搜索空间的大小不是固定的，由于先验信息或者辅助信息的存在，可以大致估计卫星信号的多普勒频率和码相位，从而缩小了搜索空间。本发明中提出了一种分层式GPS信号并行捕获方法及其模块。这种方法包括多个不同层次的并行捕获结构，各个层次具有不同的并行度或搜索能力，可以根据搜索空间的大小，自适应选择不同层次的并行捕获结构工作，从而提高了工作效率和能效。

发明内容

本发明的目的是解决已有技术的GPS信号并行捕获结构的功耗大，硬件资源庞大、捕获工作效率低的问题，提出了一种分层式GPS信号并行捕获方法，还提出采用该方法的模块。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现。分层式GPS信号并行捕获方法，它包括以下步骤：

(1)构架一个由分层式GPS信号并行捕获模块和微处理器组成的基带信号处理器；

(2)分层式GPS信号并行捕获模块包括四个不同架构的子模块：

1)大规模搜索引擎子模块，简称大规模搜索引擎；

2)中等规模搜索引擎子模块，简称中等规模搜索引擎；

3)捕获相关器子模块，简称捕获相关器；

4)跟踪相关器子模块，简称跟踪相关器；

(3)多个子模块协同捕获GPS信号：

根据先验信息的不同，多个子模块协同实现对GPS信号的三种捕获：

1)初始捕获，大规模搜索引擎与捕获相关器协同完成对GPS信号的初始捕获；

2)频率精细捕获，捕获相关器完成对GPS信号频率精细捕获；

3)重捕获，跟踪相关器完成对GPS信号的重捕获；

(4)定义先验信息

1)先验信息包括多普勒频率不确定范围和码相位不确定范围；

2)以先验信息确定搜索空间的大小；

(4)定义捕获层次：

1)无先验信息的并行初始捕获

在接收机冷启动情况下，没有任何先验信息，需要对多个多普勒频率和所有不确定范围可能的码相位进行搜索，对于GPS C/A码信号，需要搜索2046个可能的码相位；采用大规模并行搜索，同时完成全码相位和多个多普勒频率的并行初始捕获；

2)有先验信息的并行初始捕获

在具有精确时间辅助或者其它已捕获卫星信号时间信息的情况下，码相位不确定范围得以缩小，对于GPS C/A码信号，会有多达几百个码相位不确定范围，采用中等规模搜索引擎对部分码相位空间进行并行初始捕获；

3)有先验信息的频率精细捕获