多模式高动态扩频信号快速捕获方法

摘要

多模式高动态扩频信号快速捕获方法，所述的捕获方法基于FPGA实现，步骤如下：(1)对输入的中频采样数据进行2倍内插和下变频，将中频数字信号下变频到零中频，输出为I、Q两路零中频信号；(2)产生出采样率为2倍码速率的零中频信号；(3)将上述降采样之后的I、Q两路数据输入到匹配滤波器中，采用时分复用折叠算法完成相关运算，输出I、Q两路各n段单点相关运算结果；(4)串行得到捕获判决样本值；(5)根据捕获模式参数中的伪码码长，对串行得到的上述捕获判决样本值采用非相干累加处理，找出最大判决样本值，判断其是否大于捕获判决门限，实现捕获判决。该方法能适应多信息速率、多伪码速率和多伪码码长的多模式高动态扩频信号快速捕获。

主权项

多模式高动态扩频信号快速捕获方法，其特征在于：所述的捕获方法基于FPGA实现，方法步骤如下：(1)对输入的中频采样数据进行2倍内插和下变频，将中频数字信号下变频到零中频，输出为I、Q两路零中频信号；(2)根据输入的伪码速率，将下变频后的I、Q两路零中频信号分别进行低通滤波和降采样处理，产生出采样率为2倍码速率的零中频信号；(3)将上述降采样之后的I、Q两路数据输入到匹配滤波器中，采用时分复用折叠算法完成相关运算，输出I、Q两路各n段单点相关运算结果，n为时分复用折叠算法中的时隙复用数，单点相关即每个伪码码元只有一个采样点参与相关；(4)将匹配滤波输出的n段单点相关运算结果进行一次缓存，并在时间上前后两个节拍的相关积分运算结果相加，得到全样点相关运算结果，再根据步骤(2)中输入的伪码速率，选择相关积分长度，将上述I、Q两路各n段全样点相关运算结果进行平方和运算，并将各段平方和运算值前后两两为一组进行比较，将各组比较值的较大值相加，得到一个捕获判决样本值；本步骤中对于5.115M、6.138M和7.161M这3个速率模式的扩频信号，采用256码元积分长度，即将上述I、Q两路各8段128码元积分长度的全样点相关值前后两两为一组相加，再进行4段各自的平方和运算，再完成两组平方和值比较、输出两个较大值；(5)根据捕获模式参数中的伪码码长，选择相应的码长计数模式，将前面计算得到的捕获判决样本值进行当前码长周期的2倍长度的存储，并按照2倍码速率时钟进行串行存储，对串行存储后的捕获判决样本值采用非相干累加处理，找出最大判决样本值，判断其是否大于捕获判决门限，实现捕获判决；所述步骤(3)中的匹配滤波器采用FPGA中的BlockRam阵列来实现相关运算的数据移位缓存，并用时分复用折叠算法实现采样率为2倍码速率的I、 Q两路零中频信号与本地伪码相乘，乘积结果采用流水线工作方式进行相关运算中的累加操作；所述的相乘操作的具体实现过程如下：(3.1)根据系统要求捕获的最大码速率的2倍速率，利用DCM将其进行n倍频输出作为匹配滤波器工作时钟，实现n时隙时分复用；其中n由FPGA中当前系统正常工作所能承受的最高工作频率而决定；(3.2)根据该捕获方法在整个积分区间的数据存储长度S，设置存储深度、BlockRam单元数据位宽以及需要调用的BlockRam单元的数量，将所有调用的BlockRam单元并列排列组成匹配滤波器；所述的存储深度数值等于上述n，而存储长度S仅是I/Q单路数据长度，即匹配滤波器需要存储I、Q两路数据共2S长度；(3.3)在上述n倍频时钟下，匹配滤波器完成单点相关积分操作，也即匹配滤波器中I/Q单路整个S长度的数据，每次只有S/2个数据在进行相关积分运算；在n倍频时钟下，匹配滤波器在n个时隙会完成I、Q两路整个积分区间的数据存储长度S内的所有缓存数据的移位操作和S/2个数据的乘法；所述的累加操作在完成乘法操作后立刻进行，加法操作仍以n倍频时钟为驱动时钟，每个时钟节拍处理的I/Q单路数据长度为上述整个积分区间的1/2n段，用L表示，即L＝S/2n；S为整个积分区间的数据存储长度，其加法实现步骤为：第一步，在当前时钟节拍将上一个时钟节拍完成了乘法操作的L个数据前后两两为一组相加，得到L/2个第一级加法结果；第二步，在第二个时钟节拍，将第一个时钟节拍完成了第一级加法的L/2个数据继续前后两两为一组相加，得到L/4个第二级加法结果；而此时下一段长度为L的数据则进行第一级加法运算得到该段L长度数据的L/2个第一级加法结果；第三步，以此类推，在第三个时钟节拍，由L/4个第二级加法结果可得到 L/8个第三级加法结果；第四步，继续进行两两一组的加法，最后经过log2L个时钟节拍，完成log2L级加法，可得到这L个数据总的加法和值的输出。