一種快速捕獲l頻段突發(fā)信號的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速捕獲L頻段突發(fā)信號的系統(tǒng)及方法，其包括集成設(shè)置的時鐘PLL模塊、全局復(fù)位模塊、信號快速捕獲模塊、信號跟蹤模塊和信號解調(diào)模塊。此系統(tǒng)在能實(shí)現(xiàn)L頻段突發(fā)信號快速捕獲的基礎(chǔ)上，節(jié)約生產(chǎn)成本，增加系統(tǒng)的可靠性。此外，快速捕獲L頻段突發(fā)信號的方法采用FPGA來實(shí)現(xiàn)并加速完成FFT運(yùn)算，利用數(shù)字信號處理技術(shù)來替代數(shù)字相關(guān)器的相關(guān)運(yùn)算，大大減小計(jì)算量的同時，也可避免信號處理延時，節(jié)省系統(tǒng)空間，提高系統(tǒng)運(yùn)算速度。
【專利說明】一種快速捕獲L頻段突發(fā)信號的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種快速捕獲L頻段突發(fā)信號的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)航定位系統(tǒng)具有定位、通信、授時的功能，該系統(tǒng)可以在服務(wù)區(qū)內(nèi)任何時間和地點(diǎn)為用戶確定其所在的位置并提供雙向通信服務(wù)，整個系統(tǒng)由地球同步衛(wèi)星、中心控制系統(tǒng)、標(biāo)校系統(tǒng)和用戶機(jī)四大部分組成，當(dāng)用戶需要進(jìn)行定位/通信服務(wù)時地面接收站正確解調(diào)出用戶發(fā)送的信息。用戶端的發(fā)射信號具有功耗低、短促、突發(fā)的特點(diǎn)。每個用戶端通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)處理的入站信號載噪比C/N可低至45dB或47Db，信號的持續(xù)長度30ms至100ms，，測量與控制中心要完成對信號的捕獲、跟蹤、解調(diào)及距離測量。為了保證信道具有良好的傳輸性能，入站信號進(jìn)行了精心的編碼設(shè)計(jì)，測量與控制中心的信號處理能力要強(qiáng)。
[0003]由于目前該導(dǎo)航系統(tǒng)正處于逐步完善的階段，為了驗(yàn)證用戶機(jī)的性能需要對該系統(tǒng)的工作方式進(jìn)行模擬，通過對用戶機(jī)發(fā)出的L頻段突發(fā)上行信號進(jìn)行捕獲解析并以特定的頻率以下行的方式發(fā)送給用戶機(jī)，通過這種方式可以有效檢驗(yàn)導(dǎo)航用戶機(jī)的收發(fā)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種快速捕獲L頻段突發(fā)信號的系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無法快速捕獲L頻段突發(fā)信號的問題。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種快速捕獲L頻段突發(fā)信號的系統(tǒng)，包括時鐘PLL模塊、全局復(fù)位模塊、信號快速捕獲模塊、信號跟蹤模塊和信號解調(diào)模塊，其中:
[0007]所述時鐘PLL模塊，用于對外部輸入的時鐘進(jìn)行整形、同步和倍頻，輸出其他功能模塊所需要的工作時鐘；所述全局復(fù)位模塊，用于將外部輸入的復(fù)位信號進(jìn)行一級延遲和取反后輸出給其它功能模塊；所述信號快速捕獲模塊，用于檢測和捕獲突發(fā)信號，且把捕獲結(jié)果傳送給所述信號跟蹤模塊；所述信號跟蹤模塊，用于跟蹤并標(biāo)注捕獲的結(jié)果，并以電文形式傳送給所述信號解調(diào)模塊；所述信號解調(diào)模塊，用于鎖存電文，并對所述電文進(jìn)行譯碼解調(diào)；
[0008]所述時鐘PLL模塊、全局復(fù)位模塊、信號快速捕獲模塊、信號跟蹤模塊和信號解調(diào)模塊均集成于同一塊芯片上。
[0009]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種快速捕獲L頻段突發(fā)信號的方法，包括如下步驟:
[0010]步驟SlO:時鐘PLL模塊對外部輸入的時鐘進(jìn)行整形、同步和倍頻，輸出其他功能模塊所需要的工作時鐘，其中信號快速捕獲模塊的時鐘通過將外部輸入時鐘倍頻得到；
[0011]步驟S20:全局復(fù)位模塊將外部輸入的復(fù)位信號進(jìn)行一級延遲和取反后輸出給其它功能模塊；
[0012]步驟S30:信號快速捕獲模塊檢測突發(fā)信號，采用FPGA加速輔助完成FFT算法從而快速捕獲突發(fā)信號，并把捕獲結(jié)果傳送給跟蹤模塊；
[0013]步驟S40:所述信號跟蹤模塊跟蹤并標(biāo)注所述捕獲結(jié)果，并以電文形式傳送給所述信號解調(diào)模塊；
[0014]步驟S50:所述信號解調(diào)模塊鎖存電文，并對所述電文進(jìn)行譯碼解調(diào)。
[0015]本發(fā)明提供的一種快速捕獲L頻段突發(fā)信號的系統(tǒng)及方法，其包括集成設(shè)置的時鐘PLL模塊、全局復(fù)位模塊、信號快速捕獲模塊、信號跟蹤模塊和信號解調(diào)模塊，在能實(shí)現(xiàn)L頻段突發(fā)信號快速捕獲的基礎(chǔ)上，節(jié)約生產(chǎn)成本，增加系統(tǒng)的可靠性。采用FPGA來實(shí)現(xiàn)并加速完成FFT運(yùn)算，利用數(shù)字信號處理技術(shù)來替代數(shù)字相關(guān)器的相關(guān)運(yùn)算，大大減小計(jì)算量的同時，也可避免信號處理延時，節(jié)省系統(tǒng)空間，提高系統(tǒng)運(yùn)算速度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的快速捕獲L頻段突發(fā)信號的系統(tǒng)接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的快速捕獲L頻段突發(fā)信號的系統(tǒng)中的跟蹤環(huán)路模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的快速捕獲L頻段突發(fā)信號的方法的流程示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過具體的實(shí)施例子并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0020]參見圖1，本發(fā)明提供了一種快速捕獲L頻段突發(fā)信號的系統(tǒng)，其包括時鐘PLL模塊1、全局復(fù)位模塊2、信號快速捕獲模塊3、信號跟蹤模塊4和信號解調(diào)模塊5，其中:時鐘PLL模塊1、全局復(fù)位模塊2、信號快速捕獲模塊3、信號跟蹤模塊4和信號解調(diào)模塊5均集成于同一塊芯片上。
[0021]需要說明的是，時鐘PLL模塊1，用于對外部輸入的時鐘進(jìn)行整形、同步和倍頻，輸出其他功能模塊所需要的工作時鐘；全局復(fù)位模塊2，用于將外部輸入的復(fù)位信號進(jìn)行一級延遲和取反后輸出給其它功能模塊；信號快速捕獲模塊3，用于檢測和捕獲突發(fā)信號，且把捕獲結(jié)果傳送給信號跟蹤模塊4 ;信號跟蹤模塊4，用于跟蹤并標(biāo)注捕獲的結(jié)果，并以電文形式傳送給信號解調(diào)模塊5 ;信號解調(diào)模塊5，用于鎖存電文，并對電文進(jìn)行譯碼解調(diào)；
[0022]捕獲的突發(fā)信號包括用于信號捕獲的同步頭、勤務(wù)段和用于攜帶通信信息的數(shù)據(jù)段組成，其中:同步頭包括載波頻率和碼相位。
[0023]較佳地，參見圖2，信號跟蹤模塊，包括跟蹤環(huán)路模塊40，跟蹤環(huán)路模塊40具體包括相關(guān)器模塊41、鑒別器模塊42和數(shù)字環(huán)路濾波器模塊43，其中:相關(guān)器模塊41由載波NC0、偽碼NC0、I路超前、即時和滯后積分清除器、Q路超前、即時和滯后積分清除器組成；鑒別器模塊42由偽碼鑒相器和載波鑒相器組成；數(shù)字環(huán)路濾波器模塊43，用于降低噪聲，且在輸出端對原始信號產(chǎn)生精確的估計(jì)。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例所提供的快速捕獲L頻段突發(fā)信號的系統(tǒng)，其包括集成設(shè)置的時鐘PLL模塊1、全局復(fù)位模塊2、信號快速捕獲模塊3、信號跟蹤模塊4和信號解調(diào)模塊5，在能實(shí)現(xiàn)L頻段突發(fā)信號快速捕獲的基礎(chǔ)上，節(jié)約生產(chǎn)成本，增加系統(tǒng)的可靠性。
[0025]基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種快速捕獲L頻段突發(fā)信號的方法，由于此方法解決問題的原理與前述一種快速捕獲L頻段突發(fā)信號的系統(tǒng)功能相似，因此該方法的實(shí)施可以通過前述系統(tǒng)功能模塊實(shí)現(xiàn)，重復(fù)之處不再贅述。
[0026]參見圖3，本發(fā)明提供的一種快速捕獲L頻段突發(fā)信號的方法，包括如下步驟:
[0027]步驟SlO:時鐘PLL模塊I對外部輸入的時鐘進(jìn)行整形、同步和倍頻，輸出其他功能模塊所需要的工作時鐘，其中信號快速捕獲模塊3的時鐘通過將外部輸入時鐘倍頻得到；
[0028]步驟S20:全局復(fù)位模塊2將外部輸入的復(fù)位信號進(jìn)行一級延遲和取反后輸出給其它功能模塊；
[0029]步驟S30:信號快速捕獲模塊3檢測突發(fā)信號，采用FPGA加速輔助完成FFT算法從而快速捕獲突發(fā)信號，并把捕獲結(jié)果傳送給跟蹤模塊4 ；
[0030]步驟S40:信號跟蹤模塊4跟蹤并標(biāo)注捕獲結(jié)果，并以電文形式傳送給信號解調(diào)模塊5 ;
[0031]步驟S50:信號解調(diào)模塊5鎖存電文，并對電文進(jìn)行譯碼解調(diào)。
[0032]較佳地，步驟S30還包括步驟S31和步驟S32，其中:
[0033]步驟S31:采用FFT算法，對接收AD轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字中頻信號進(jìn)行載波的產(chǎn)生，以此對數(shù)字中頻信號進(jìn)行下變頻完成載波的剝離；步驟S32:采用FFT算法，對運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行檢測判斷并計(jì)算信噪比，捕獲完成時將獲取的擴(kuò)頻信號的偽碼相位和載波多普勒進(jìn)行估計(jì)并將其與檢測到的信號一起送給載波和碼跟蹤環(huán)路。
[0034]較佳地，步驟S32具體判斷過程為:對FFT結(jié)果求模平方運(yùn)算，并尋找最大的相關(guān)峰值；在最大相關(guān)峰值附近取一段信號求和平均，作為噪聲功率，并將噪聲功率乘上一個門限系數(shù)得到門限值，門限值與最大相關(guān)峰值進(jìn)行比較，若最大相關(guān)峰值大于門限值，則認(rèn)為捕獲到信號，若最大相關(guān)峰值小于門限值，判定無信號，進(jìn)行下一次捕獲過程。
[0035]較佳地，步驟S30采用4個并列的FFT算法來提高運(yùn)算速度。
[0036]較佳地，步驟S40還包括步驟S41和步驟S42，其中:
[0037]步驟S41:根據(jù)捕獲得到的載波頻率和碼相位值，初始化跟蹤環(huán)路的載波數(shù)控振蕩器和碼數(shù)控振蕩器；步驟S42:通過信號跟蹤模塊4的相關(guān)器模塊41、鑒別器模塊42和數(shù)字環(huán)路濾波器模塊43逐步精細(xì)對載波頻率和碼相位值的估計(jì)。
[0038]較佳地，步驟S50還包括步驟S51和步驟S52，其中:步驟S51:根據(jù)信號跟蹤模塊4給出的前14位電文與突發(fā)信號的同步幀頭進(jìn)行比較，若相同則表示同步成功，否則表示幀同步不成功，丟棄本次數(shù)據(jù)；步驟S52:幀同步工作做完后一直到本幀結(jié)束之間的數(shù)據(jù)位就是捕獲到得電文，再對電文進(jìn)行譯碼處理解調(diào)突發(fā)信號。
[0039]本發(fā)明的一種快速捕獲L頻段突發(fā)信號的方法，利用FFT傅里葉變換這種數(shù)字信號處理技術(shù)來替代數(shù)字相關(guān)器的相關(guān)運(yùn)算，可以大大減小計(jì)算量，急劇減少線性搜索捕獲算法的搜索次數(shù)能顯著縮短信號搜索時間；此外，采用FPGA來實(shí)現(xiàn)并加速完成FFT運(yùn)算，可避免信號處理延時，不需要以保存傅里葉變換中間計(jì)算結(jié)果的額外存儲空間，節(jié)約資源，提高系統(tǒng)運(yùn)算速度。
[0040]需要說明的是:在本發(fā)明實(shí)施例中，采用FPGA來實(shí)現(xiàn)并加速完成FFT運(yùn)算。在信號跟蹤階段，首先根據(jù)捕獲得到的載波頻率和碼相位值初始化跟蹤環(huán)路的載波數(shù)控振蕩器和碼數(shù)控振蕩器，然后通過跟蹤環(huán)路逐步精細(xì)對這兩個信號量的估計(jì)。跟蹤環(huán)路模塊40包括三大部分:相關(guān)器模塊41，鑒別器模塊42和數(shù)字環(huán)路濾波器模塊43。相關(guān)器模塊41由載波NCO、偽碼NCO、I路超前、即時和滯后積分清除器、Q路超前、即時和滯后積分清除器組成。該模塊輸入信號中設(shè)置一個標(biāo)志位表示捕獲完成，以此標(biāo)志為O或I來啟動跟蹤環(huán)路。載波NCO產(chǎn)生1、Q兩路本地載波，偽碼NCO產(chǎn)生本地超前、即時和滯后三路偽碼，(載波NCO采用查找表的方式來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)相位累加器產(chǎn)生溢出時標(biāo)志一個正弦周期波形的輸出完成，偽碼NCO中當(dāng)累加器產(chǎn)生溢出時標(biāo)志一個碼片波形的輸出完成，相位累加器的長度由偽碼長度決定。捕獲完成后碼相位誤差控制在一個碼片內(nèi)，將碼相位值映射為ROM地址初始值并進(jìn)行累加，得到超前、即時和滯后三路偽碼)將這三路偽碼與接收信號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算得到6路信號，然后通過積分清除器進(jìn)一步提高信號的信噪比，根據(jù)這6個相關(guān)積分結(jié)果碼鑒別器可估算出即時復(fù)制C/A碼與輸入C/A碼之間的相位差異，并經(jīng)環(huán)路濾波器的濾波后作為C/A碼數(shù)控濾波器的輸入以調(diào)整相應(yīng)的輸出頻率。
[0041]鑒別器模塊42由偽碼鑒相器和載波鑒相器組成。由于本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)速率為16kbps，預(yù)檢測積分時間為0.0625ms。其中，偽碼鑒相器采用歸一化超前減滯后點(diǎn)積鑒別器，即:
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種快速捕獲L頻段突發(fā)信號的系統(tǒng)，其特征在于，包括時鐘PLL模塊(I)、全局復(fù)位模塊(2)、信號快速捕獲模塊(3)、信號跟蹤模塊(4)和信號解調(diào)模塊(5)，其中: 所述時鐘PLL模塊(1)，用于對外部輸入的時鐘進(jìn)行整形、同步和倍頻，輸出其他功能模塊所需要的工作時鐘； 所述全局復(fù)位模塊(2)，用于將外部輸入的復(fù)位信號進(jìn)行一級延遲和取反后輸出給其它功能模塊； 所述信號快速捕獲模塊(3 )，用于檢測和捕獲突發(fā)信號，且把捕獲結(jié)果傳送給所述信號跟蹤模塊(4)； 所述信號跟蹤模塊(4)，用于跟蹤并標(biāo)注捕獲的結(jié)果，并以電文形式傳送給所述信號解調(diào)模塊(5)； 所述信號解調(diào)模塊(5)，用于鎖存電文，并對所述電文進(jìn)行譯碼解調(diào)； 所述時鐘PLL模塊(I)、全局復(fù)位模塊(2)、信號快速捕獲模塊(3)、信號跟蹤模塊(4)和信號解調(diào)模塊(5)均集成于同一塊芯片上。
2.如權(quán)利要求1所述的快速捕獲L頻段突發(fā)信號的系統(tǒng)，其特征在于，所述捕獲的突發(fā)信號包括用于信號捕獲的同步頭、勤務(wù)段和用于攜帶通信信息的數(shù)據(jù)段組成，其中: 所述同步頭包括載波頻率和碼相位。
3.如權(quán)利要求2所述的快速捕獲L頻段突發(fā)信號的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號跟蹤模塊(4)包括跟蹤環(huán)路模塊(40)，所述跟蹤環(huán)路模塊(40)包括相關(guān)器模塊(41)、鑒別器模塊(42)和數(shù)字環(huán)路濾波器模塊(43)，其中: 所述相關(guān)器模塊(41)由載波NCO、偽碼NCO、I路超前、即時和滯后積分清除器、Q路超前、即時和滯后積分清除器組成； 所述鑒別器模塊(42)由偽碼鑒相器和載波鑒相器組成； 所述數(shù)字環(huán)路濾波器模塊(43)，用于降低噪聲，且在輸出端對原始信號產(chǎn)生精確的估計(jì)。
4.一種快速捕獲L頻段突發(fā)信號的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟SlO:時鐘PLL模塊(I)對外部輸入的時鐘進(jìn)行整形、同步和倍頻，輸出其他功能模塊所需要的工作時鐘，其中信號快速捕獲模塊(3)的時鐘通過將外部輸入時鐘倍頻得到；步驟S20:全局復(fù)位模塊(2)將外部輸入的復(fù)位信號進(jìn)行一級延遲和取反后輸出給其它功能模塊； 步驟S30:信號快速捕獲模塊(3)檢測突發(fā)信號，采用FPGA加速輔助完成FFT算法從而快速捕獲突發(fā)信號，并把捕獲結(jié)果傳送給跟蹤模塊(4)； 步驟S40:所述信號跟蹤模塊(4)跟蹤并標(biāo)注所述捕獲結(jié)果，并以電文形式傳送給所述信號解調(diào)模塊(5)； 步驟S50:所述信號解調(diào)模塊(5)鎖存電文，并對所述電文進(jìn)行譯碼解調(diào)。
5.如權(quán)利要求4所述的快速捕獲L頻段突發(fā)信號的方法，其特征在于，所述步驟S30還包括步驟S31和步驟S32，其中: 所述步驟S31:采用FFT算法，對接收AD轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字中頻信號進(jìn)行載波的產(chǎn)生，以此對數(shù)字中頻信號進(jìn)行下變頻完成載波的剝離； 所述步驟S32:采用FFT算法，對運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行檢測判斷并計(jì)算信噪比，捕獲完成時將獲取的擴(kuò)頻信號的偽碼相位和載波多普勒進(jìn)行估計(jì)并將其與檢測到的信號一起送給載波和碼跟蹤環(huán)路。
6.如權(quán)利要求5所述的快速捕獲L頻段突發(fā)信號的方法，其特征在于， 所述步驟S32具體判斷過程為:對FFT結(jié)果求模平方運(yùn)算，并尋找最大的相關(guān)峰值；在所述最大相關(guān)峰值附近取一段信號求和平均，作為噪聲功率，并將所述噪聲功率乘上一個門限系數(shù)得到門限值，所述門限值與所述最大相關(guān)峰值進(jìn)行比較，若所述最大相關(guān)峰值大于所述門限值，則認(rèn)為捕獲到信號，若所述最大相關(guān)峰值小于所述門限值，判定無信號，進(jìn)行下一次捕獲過程。
7.如權(quán)利要求5所述的快速捕獲L頻段突發(fā)信號的方法，其特征在于，所述步驟S30采用4個并列的FFT算法來提高運(yùn)算速度。
8.如權(quán)利要求4所述的快速捕獲L頻段突發(fā)信號的方法，其特征在于，所述步驟S40還包括步驟S41和步驟S42，其中: 所述步驟S41:根據(jù)捕獲得到的載波頻率和碼相位值，初始化跟蹤環(huán)路的載波數(shù)控振蕩器和碼數(shù)控振蕩器； 所述步驟S42:通過所述信號跟蹤模塊(4)的相關(guān)器模塊(41)、鑒別器模塊(42)和數(shù)字環(huán)路濾波器模塊(43)逐步精細(xì)對所述載波頻率和碼相位值的估計(jì)。
9.如權(quán)利要求4所述的快速捕獲L頻段突發(fā)信號的方法，其特征在于，所述步驟S50還包括步驟S51和步驟S52，其中: 所述步驟S51:根據(jù)所述信號跟蹤模塊(4)給出的前14位電文與所述突發(fā)信號的同步幀頭進(jìn)行比較，若相同則表示同步成功，否則表示幀同步不成功，丟棄本次數(shù)據(jù)；` 所述步驟S52:幀同步工作做完后一直到本幀結(jié)束之間的數(shù)據(jù)位就是捕獲到得電文，再對電文進(jìn)行譯碼處理解調(diào)所述突發(fā)信號。
【文檔編號】G01S19/30GK103869340SQ201410087949
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】車進(jìn), 鄒德君, 蔡曄, 鄭瑞峰 申請人:北京華力創(chuàng)通科技股份有限公司