[发明专利]一种基于FPGA分步码相位细化的GNSS信号的捕获方法

摘要

本发明涉及一种基于FPGA分步码相位细化的GNSS信号的捕获方法，包括步骤如下：(1)首先进行粗捕获。将全部接收数据与本地产生的载波混频、完整的伪随机码进行相关，找到最大相关值，若最大相关值符合捕获阈值，获取载波与粗略的码相位，进行精捕获，否则重复步骤(1)。(2)精捕获。将步骤(1)中的载波与粗码相位值反馈到控制器中，控制器控制截取部分接收信号与步骤(1)得到的本地载波混频，消除载波的影响后与部分伪随机码进行相关，得到精度更高的码相位。本发明可以减小捕获的计算量，缩短捕获时间，提高码相位精度的同时没有增加其他计算模块，节约硬件资源。

主权项

1.一种基于FPGA分步码相位细化的GNSS信号的捕获方法，运行于捕获系统，所述捕获系统包括本地振荡器、下采样模块、傅里叶变换模块、本地伪随机码发生器、逆傅里叶变换模块、控制器；其特征在于，包括步骤如下：/nA、粗捕获：/n(1)取采样频率为f_s的N点GNSS信号r(n)，分别与本地振荡器产生的正、余弦载波信号sin(2πf_carry)、cos(2πf_carry)相乘进行混频，得到I、Q两路数据；所述N点GNSS信号是指包含一个完整伪随机码周期的信号；所述一个完整伪随机码周期包含码片数为n；f_s≥2f_I，f_I为所处理的数字信号的中心频率；f_carry＝f_I-|f_Doppler|+Δ·i，f_Doppler为多普勒效应产生的频偏，Δ为载波频率搜索的步长，人为设定，i＝0,1,2,…,2×f_Doppler/Δ；/n(2)将步骤(1)得到的I、Q两路数据分别进行M点的均匀下采样后，分别作为实部、虚部，进行M点的傅里叶变换FFT；M为2的整数幂，且M<N；/n(3)将本地产生的采样频率为f_s的伪随机码进行M点的均匀下采样后，傅里叶变换FFT运算后取共轭；/n(4)将步骤(2)的傅里叶变换FFT结果与步骤(3)的伪随机码共轭结果相乘，为Y(k)，进行M点的逆傅里叶变换IFFT；/n(5)将步骤(4)的结果取模平方，得到GNSS信号与本地载波、本地伪随机码的相关值序列，找到相关值序列中的最大值Max和次大值Second_Max，若Max≥3×Second_Max，判断粗捕获完成，本地载波的频率就是粗捕获的载波值，最大值Max在相关值序列中的位置为粗码相位值，进入步骤(6)，否则，返回步骤(1)，将步骤(1)中i加1，更改本地振荡器产生的正交载波信号的频率，进行下一频率的搜索；/nB、精捕获：/n(6)将步骤(5)粗捕获得到的载波值和粗码相位值反馈到控制器中，控制器控制数据的输入，从粗捕获得到的粗码相位值的前一码片的位置开始读取N′点部分GNSS信号数据，M≤N′<N，与粗捕获得到的载波值进行正交混频，去除载波的影响，得到I1、Q1两路数据；/n(7)将步骤(6)的I1、Q1两路数据在控制器的控制下进行M点的均匀下采样后，分别作为实部、虚部进行M点的傅里叶变换FFT；/n(8)控制器控制本地伪随机码发生器，以频率f_s采样后，取与步骤(6)同样长度N^′的部分伪随机码，做M点的均匀下采样，进行傅里叶变换FFT运算后取共轭；/n(9)将步骤(7)中傅里叶变换FFT之后的数据与步骤(8)中傅里叶变换FFT之后取共轭的数据相乘，做逆傅里叶变换IFFT运算；/n(10)将步骤(9)的运算结果取模平方，得到GNSS信号与本地载波、本地伪随机码的相关值，找到最大相关值对应的位置，若该位置与上次捕获得到的码相位的差小于一个码片的距离，判断此次精捕获有效，最大相关值对应的位置为本次精捕获得到的码相位，当N′＝M时，结束精捕获；否则，返回到步骤(6)，将本次精捕获的码相位前一码片的位置作为下一次精捕获开始读取数据的位置，减小数据长度继续进行精捕获。/n