[发明专利]一种适用于多路随机接入信号的快速捕获系统及方法

权利要求书

1.一种适用于多路随机接入信号的快速捕获系统，其特征在于包括：数字下变频模块、低通滤波器、捕获模块；

外部报文通信接收机接收的中频信号通过AD采样后输入至数字下变频模块，进行数字下变频，得到零中频信号送至低通滤波器，该零中频信号仅包含多普勒信息；由低通滤波器进行低通滤波处理后的数据送至捕获模块；

捕获模块，首先接收并抽取低通滤波处理后的数据进行存储，同时生成伪码并进行数据抽取存储，根据抽取的数据和生成的伪码进行轮询匹配滤波计算，得到伪码的各个相位对应的匹配滤波结果，并将匹配滤波结果进行存储；然后依次对每个相位的匹配滤波结果进行FFT计算，得到I、Q两路频域数据，根据I、Q两路频域数据，进行能量计算，得到I、Q两路频域数据中每个频率对应的能量；然后搜索出能量最大的频点，将能量最大的频点剔除，并对其他所有频点的能量取平均，得到噪声功率；根据该噪声功率，确定捕获门限；每个相位的匹配滤波结果经FFT计算与能量计算后，将搜索出的能量最大峰值与捕获门限进行比较即进行捕获判断，若大于，则将当前搜索的伪码相位、频率、搜索出的峰值功率进行锁存，即捕获到随机接入信号；若小于等于，则将当前搜索的伪码相位、频率、搜索出的峰值功率丢弃，即未捕获到随机接入信号；若捕获到随机接入信号，按照峰值功率从大到小进行排序，形成捕获结果即伪码的峰值功率及其对应的相位、频率的序列，输出捕获结果；

捕获模块，包括：数据抽取与伪码生成模块、轮询匹配滤波计算模块、计算结果存储与FFT控制模块、FFT计算模块、比较判决模块和捕获状态控制模块；

捕获状态控制模块生成T ms脉冲，根据T ms脉冲生成开始存储的标识，发送给数据抽取与伪码生成模块；

数据抽取与伪码生成模块收到开始存储的标识后，抽取低通滤波器送来的零中频数据并进行存储，在数据抽取结束后生成存储结束标识反馈给捕获状态控制模块，同时生成伪码并进行抽取与存储；

捕获状态控制模块收到存储结束标识后，发出开始计算标识送至轮询匹配滤波计算模块和计算结果存储与FFT控制模块；

轮询匹配滤波计算模块，收到开始计算标识后，产生读取零中频数据与伪码的地址、使能信号，并输出至数据抽取与伪码生成模块；

数据抽取与伪码生成模块，根据读取零中频数据与伪码的地址、使能信号查找出对应的数据与伪码，输出至轮询匹配滤波计算模块；

轮询匹配滤波计算模块，根据输入的零中频数据与伪码进行轮询匹配滤波计算，得到伪码的各个相位对应的匹配滤波结果，并实时反馈当前计算的伪码相位给捕获状态控制模块，并将匹配滤波结果与存储标识送给计算结果存储与FFT控制模块；

计算结果存储与FFT控制模块，根据存储标识将匹配滤波结果进行存储；根据存储的匹配滤波结果，产生开始FFT计算标识，并产生读取匹配滤波结果的数据地址进行读取，然后将开始FFT计算标识与匹配滤波结果送至FFT计算模块；

FFT计算模块，收到开始FFT计算标识后，依次对每个相位的匹配滤波结果进行FFT计算，得到I、Q两路频域数据，根据I、Q两路频域数据，进行能量计算，得到I、Q两路频域数据中每个频率对应的能量，将每个频率对应的能量与FFT计算状态送至比较判决模块；

捕获状态控制模块将实时反馈的当前计算的伪码相位送至比较判决模块；

比较判决模块，每个相位的匹配滤波结果经FFT计算与能量计算后，搜索出能量最大的频点，将能量最大的频点剔除，并对其他所有频点的能量取平均，得到噪声功率；根据该噪声功率，确定捕获门限；将搜索出的能量最大峰值与该捕获门限进行比较即进行捕获判断，若大于，则将当前搜索的伪码相位、频率、搜索出的峰值功率进行锁存，即捕获到随机接入信号；若小于等于，则将当前搜索的伪码相位、频率、搜索出的峰值功率丢弃，即未捕获到随机接入信号；若捕获到随机接入信号，按照峰值功率从大到小进行排序，形成捕获结果即伪码的峰值功率及其对应的相位、频率的序列，并输出捕获成功标识与捕获结果至捕获状态控制模块；

数据抽取与伪码生成模块，包括伪码RAM、RAM1、RAM2、多项式系数存储ROM、多项式系数寄存器与伪码产生移位寄存器；

在捕获运算开始前，根据外部输入的卫星PRN号码在多项式系数存储ROM中查询多项式系数并锁存至多项式系数寄存器；然后，根据外部输入的伪码多项式的初相置入伪码产生移位寄存器，多项式系数寄存器与伪码产生移位寄存器对应位置进行与操作，并把与操作的结果进行模2加，形成新的伪码，同时完成相位的移位与新伪码的输出；产生的扩频伪码用Q_1MHz时钟抽取，抽取后的伪码存储在伪码RAM中；

抽取的零中频数据以乒乓形式完成RAM1与RAM2的存储与输出，若选择RAM1进行数据存储，则读取RAM2数据进行捕获运算；在RAM1数据存储结束前，完成RAM2数据的捕获运算；数据存储与伪码生成结束后，根据轮询匹配滤波计算模块输入的读取零中频数据与伪码的地址、使能信号，输出相应的数据与伪码；

轮询匹配滤波计算模块，包括伪码移位寄存器、ceil计算单元；

伪码移位寄存器在开始计算标识的控制下，产生读取零中频数据与伪码的地址、使能信号，并输出至数据抽取与伪码生成模块；根据输入的伪码，完成伪码的锁存；然后，在时钟控制下，多个ceil计算单元完成当前伪码相位下的匹配滤波计算，同时完成伪码移位寄存器的移位操作；当下一个时钟达到时，完成下一个伪码相位的匹配滤波计算与伪码移位；直至轮询完成所有相位的匹配滤波计算，并将匹配滤波结果与存储标识送给计算结果存储与FFT控制模块，由计算结果存储与FFT控制模块实时反馈当前计算的伪码相位给捕获状态控制模块；

计算结果存储与FFT控制模块，包括RAM3、RAM4与FFT控制单元；

根据轮询匹配滤波计算模块输入的计算结果，完成同一个伪码相位时间相邻的相关累加值的累加，并将累加后的相关结果进行串并转换，采用乒乓RAM的方式完成相关值的存储，FFT控制单元若选择RAM3进行相关值的存储，则读取RAM4相关结果，反之FFT控制单元若选择RAM4进行相关值的存储，则读取RAM3相关结果；FFT控制单元产生读取RAM3或RAM4的地址与开始FFT计算标识，输出匹配滤波结果与开始FFT计算标识至FFT计算模块；

比较判决模块，包括：最大能量搜索单元，噪声计算与滤波处理单元，捕获判决单元，相关峰值的排序单元；

最大能量搜索单元根据FFT计算模块输出的能量搜索出能量最大的频点，将能量最大的频点剔除，由噪声计算与滤波处理单元对能量最大的频点以外的其它所有频点的能量取平均，得到噪声功率并进行滤波处理；捕获判决单元根据滤波后的噪声功率，确定捕获门限；将搜索出的能量最大峰值与该捕获门限进行比较即进行捕获判决，若大于，则将当前搜索的伪码相位、频率、搜索出的峰值功率进行锁存，即捕获到随机接入信号；若小于等于，则将当前搜索的伪码相位、频率、搜索出的峰值功率丢弃，即未捕获到随机接入信号；若捕获到随机接入信号，相关峰值的排序单元按照峰值功率从大到小进行排序，形成捕获结果即伪码的峰值功率及其对应的相位、频率的序列，并输出捕获成功标识与捕获结果至捕获状态控制模块；

捕获状态控制模块，生成N ms脉冲，根据N ms脉冲产生开始存储的标识，发送给数据抽取与伪码生成模块；捕获状态控制模块能够将实时反馈的当前计算的伪码相位送至比较判决模块。