[发明专利]一种用于高动态卫星导航接收机中信号快捕的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高动态卫星导航接收机中信号快捕的装置及其方法。

背景技术

高动态卫星导航技术在现代军事、航天、航空等领域具有广泛的应用，对国家安全具有重要意义。到目前为止，国外的高性能战机、先进的导弹等武器都采用了高性能的高动态卫星导航接收机进行制导，其可靠性和高精度等优越性能都受到一致好评，并获得了巨大的军事效益；同时，高动态卫星导航系统是航天飞机、航天飞船最理想的导航系统。现有卫星导航系统有美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统，欧洲也在积极研发自己的伽利略卫星导航系统，而相应地，目前国内在高动态卫星导航技术方面处于起步阶段，并正在积极地开发自主的卫星导航系统(如北斗卫星导航系统)。随着研究的深入，研制具有自主知识产权的高动态卫星导航接收机将成为越来越紧迫的需求。

高动态环境下的卫星信号的捕获是高动态导航接收机研制的核心，它主要包括信号伪随机码相位和多普勒频偏的捕获，在高动态环境下，载体在起飞、加速和落地等时刻，运动状态比较复杂，不仅仅具有非常大的速度，还有较大的加速度和加加速度，体现在信号上就是不仅仅具有较大的多普勒频偏码偏，还有较大的多普勒频偏码偏的阶跃和斜升，所以能否快速的捕获高动态卫星信号，实现本地信号与接收信号的初同步，成为高动态导航接收机技术中关键。高动态卫星信号的捕获本质上是对接收信号在码相位和多普勒频偏上的一个二维搜索过程，传统的滑动串行搜索捕获策略，方法简单，所需硬件资源少，但是捕获时间长；而基于传统的匹配滤波器的捕获策略，捕获速度快，但是硬件开销大。所以寻找实现一种合适的用于高动态卫星信号快捕的装置及其方法已经成为学术界、工业界研究实现的热点，本文正是希望解决这个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高动态卫星导航接收机中信号快捕的装置及其方法。

用于高动态卫星导航接收机中信号快捕的装置中的数字自动增益控制模块与数字下变频器相接，数字下变频器与I路滤波抽取模块、I路匹配滤波器模块、包络运算器模块、非相关累加检测器、中心控制器模块相接，数字下变频器与Q路滤波抽取模块、Q路匹配滤波器模块、包络运算器模块相接，中心控制器器模块与数字下变频器模块相接；其中I路匹配滤波器模块或者Q路匹配滤波器模块为p个部分匹配滤波器首尾级联，p个部分匹配滤波器的输出与多路累加器相接；其中匹配滤波器总长度为M，每个部分匹配滤波器的长度N＝M/p。

所述数字自动增益控制模块的电路为：乘法器模块与累加器模块、控制器模块相接，计数器模块与控制器模块相接，控制器模块与乘法器模块相接。

所述的滤波抽取模块的电路为：第一级滤波器与第一级抽取器、第二级滤波器、第二级抽取器相接。

部分匹配滤波器模块的电路为：移位寄存器模块与乘法器模块、累加器模块相接，部分码产生器模块与乘法器模块相接，控制器模块与移位寄存器模块、部分码产生器模块、累加器模块相接，计数器模块与控制器模块相接。

所述的包络运算器模块的电路为：平方和模块与限幅模块、地址产生器模块、平方根表模块相接。

用于高动态卫星导航接收机中信号快捕的方法包括以下步骤：

(1)接收经过A/D采样之后的卫星中频信号；

(2)通过一个数字自动增益控制模块，控制信号的幅度大小；

(3)中频信号经过数字下变频后，得到同相I、正交Q两路基带数字信号；

(4)对I、Q两路信号分别先经过第一级归一化截至频率为1/D₁的低通滤波器，然后进行D₁倍抽取，接着经过第二级归一化截至频率为1/D₂的低通滤波器，再进行D₂倍的抽取，得到数字基带信号的数据率为k；

(5)将抽取之后的I、Q两路信号分别通过I、Q两路匹配滤波器模块，其内部所有p个部分匹配滤波器并行运算，在1/k的时间内，得到p个部分相关结果，并且将p个部分相关结果输入多路累加器得到一个全相关结果；

(6)将I、Q两路匹配滤波器的输出通过包络运算器模块计算信号包络，在一个扩频码周期T内得到M个包络值，其中M＝k·T；

(7)将M个包络值通过L个扩频码周期的非相干累加，检测器根据预设门限，判断信号是否存在，并输出最大相关值；