[发明专利]CPU辅助GPU实现扩频信号快速捕获方法

权利要求书

1.一种扩频信号快速捕获方法，在特征在于包括如下步骤：捕获线程启动前，主线程在 中央处理器CPU上产生本地载波与伪随机PN码信号；主线程依照伪随机PN码相位搜索点数 L、频率开槽数M、捕获数据长度N，以及对应频率槽上的载波多普勒分别产生N×M与(N-L)× M个本地载波与PN码信号，并通过PCIE总线拷贝到图形处理器GPU显存中；捕获线程在GPU上 执行载波多普勒与PN码相位二维搜索操作，当捕获线程启动时，主线程将采集设备上报的N 点零中频复信号拷贝到GPU显存中，接着，捕获线程在GPU中依照频率槽的顺序进行L点PN码 相位并行搜索操作；在每个频率槽上，捕获线程首先在GPU上并行执行采集数据N点数字下 变频操作，随后捕获线程对数字下变频后的数据并行地在L个PN码相位上依次执行PN码解 扩、相干累加、取平方、K点快速傅氏变换FFT以及取模运算后得到L×K个FFT数据，捕获线程 搜索这L×K个数据中的峰值以及峰值下标并将其拷贝到主线程；主线程在CPU上依照捕获 线程输出的FFT信号峰值下标完成载波多普勒与PN码相位计算，主线程在CPU串行搜索每个 频率槽对应峰值的最大值，将峰值最大频率槽对应的PN码相位与载波多普勒频偏值作为捕 获结果输出。

2.按权利要求1所述的扩频信号快速捕获方法，其特征在于，主线程在CPU上采用查表 方式产生本地载波与PN码信号，主线程利用扩频码速率R_c,第i个频率槽对应的载波多普勒 值f_i，扩频信号中心载波频率f₀，采样率F_s，计算出与第i个频率槽对应的伪随机码频率控制 字FCW_PN与载波频率控制字FCW_carrier分别为：

3.按权利要求1所述的扩频信号快速捕获方法，其特征在于，在本地PN码信号产生流程 中，主线程将第i个频率槽对应的PN码频率控制字转换为无符号32位整数类型数据，随着数 据下标的增加不断累加得到一个无符号64位整数类型的累加变量，主线程对累加变量作右 移32位操作并对PN码长取模运算，最后查表输出长度为N-L的PN码信号。

4.按权利要求1所述的扩频信号快速捕获方法，其特征在于，在本地载波信号产生流程 中，主线程将第i个频率槽对应的载波频率控制字转换为无符号32位整数类型数据，随着数 据下标的增加不断累加得到一个无符号32位整数类型的累加变量，对累加变量作右移16位 操作，查表输出长度为N的本地载波信号。

5.按权利要求1所述的扩频信号快速捕获方法，其特征在于，在捕获线程启动前，主线 程在CPU中预先产生好本地载波与PN码信号并拷贝到GPU显存中；当捕获线程启动时，主线 程将采集设备上报的N点零中频复信号拷贝到GPU显存中。

6.按权利要求1所述的扩频信号快速捕获方法，其特征在于，捕获线程利用对应频率槽 上的本地载波信号对采集卡上报的信号进行N点并行数字下变频操作，当N较小时捕获线程 直接生成N个线程完成上述操作；当N较大时，整个下变频操作分成若干个步骤实现，每个步 骤并行实现一定数量的下变频操作。

7.按权利要求1所述的扩频信号快速捕获方法，其特征在于，捕获线程对下变频后的N 点数据并行地在L个PN码相位上依次执行PN码解扩与相干累加操作，实现时在GPU中生成L 个线程块，每个线程块分配K个线程的方式实现并行PN码解扩：捕获线程利用捕获数据长度 N，PN码相位搜索点数L，FFT点数K计算出第m个线程块上第n个线程所需的下变频数据下标 集合取值范围从到自然数m及n的取值范围分别为0到L-1 以及0到K-1,并行解扩所用的PN码数据为CPU中生成的对应频率槽上的N-L个本地PN码信 号。