專利名稱：用于高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基帶信號(hào)處理的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基帶信號(hào)處理的方法及裝置。
背景技術(shù)：
高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)是軍事、航天等應(yīng)用領(lǐng)域的高端技術(shù)，目前我國(guó)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)處于起步階段。開發(fā)的高動(dòng)態(tài)接收機(jī)主要基于GPS系統(tǒng)，考慮到GPS系統(tǒng)是由美國(guó)軍方控制，安全性得不到保證，我國(guó)正積極在自主制式(如北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))和其他制式(如中歐合作的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))系統(tǒng)上進(jìn)行高動(dòng)態(tài)導(dǎo)航接收機(jī)的研發(fā)工作。此外，即使是在中、低動(dòng)態(tài)應(yīng)用領(lǐng)域的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)市場(chǎng)，成熟產(chǎn)品的基帶處理部分也基本被國(guó)外產(chǎn)品壟斷。隨著我國(guó)自行研制開發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷推進(jìn)和導(dǎo)航應(yīng)用市場(chǎng)的不斷發(fā)展，一種基于GPS系統(tǒng)，并可以靈活重構(gòu)適用于其它制式的高動(dòng)態(tài)接收機(jī)基帶信號(hào)處理方法和裝置成為越來(lái)越緊迫的需求。
相關(guān)器、PN碼捕獲和載波同步、載波頻率相位跟蹤和碼跟蹤都屬于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基帶信號(hào)處理，需要進(jìn)行總體考慮。捕獲過(guò)程是在一定的載波頻率范圍內(nèi)，將本地產(chǎn)生的參考序列的碼相位與基帶信號(hào)碼相位初步對(duì)齊的過(guò)程。這種在載波頻率與碼相位組成的不確定范圍內(nèi)進(jìn)行二維的串行搜索需要耗費(fèi)大量的時(shí)間。同時(shí)，在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下，有較大的多普勒頻移，并且因?yàn)榧铀俣群图蛹铀俣鹊拇嬖?，頻偏的變化也非?？?，如果采用一般的PLL環(huán)路進(jìn)行頻偏捕獲的話，無(wú)論是捕捉帶寬還是捕捉速度都無(wú)法滿足要求。為了實(shí)現(xiàn)載波頻率和相位的完全同步，在頻偏初步捕獲之后，將相應(yīng)的載波頻率的多普勒與碼相位參數(shù)傳遞給跟蹤通道，通過(guò)跟蹤通道獲取導(dǎo)航數(shù)據(jù)與時(shí)間信息。
實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)基帶處理的方法和裝置不僅成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)、工業(yè)界的發(fā)展方向，也是應(yīng)用者的迫切要求。同時(shí)隨著國(guó)內(nèi)自主體制導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，越來(lái)越多的部門和應(yīng)用領(lǐng)域急切地需要高動(dòng)態(tài)條件下基帶信號(hào)處理的驗(yàn)證和開發(fā)平臺(tái)，本發(fā)明正是希望解決這樣的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基帶信號(hào)處理的方法及裝置。
用于高動(dòng)態(tài)條件的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基帶處理的方法包括以下步驟1)接收來(lái)自射頻模塊的模擬中頻信號(hào)；
2)對(duì)模擬中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字采樣，同時(shí)進(jìn)行比特映射；映射后的采樣信號(hào)被捕獲引擎和跟蹤通道處理；3)根據(jù)控制信號(hào)，并行獨(dú)立的捕獲引擎在映射后的采樣信號(hào)中對(duì)指定的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行捕獲；4)根據(jù)控制信號(hào)，跟蹤通道在映射后的采樣信號(hào)中對(duì)捕獲成功的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行跟蹤。
5)根據(jù)控制信號(hào)，跟蹤通道中衛(wèi)星信號(hào)失鎖，則交由捕獲引擎重捕或者指定捕獲新的衛(wèi)星信號(hào)，捕獲成功后再交由跟蹤通道跟蹤。
所述的并行獨(dú)立的捕獲引擎在映射后的采樣信號(hào)中對(duì)指定的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行捕獲包括如下步驟1)映射后的采樣信號(hào)經(jīng)捕獲下變頻器產(chǎn)生同向(I路)與正交向(Q路)兩路的基帶信號(hào)；2)基帶信號(hào)通過(guò)并行的捕獲相關(guān)通道完成I、Q兩路分段相關(guān)累加；3)相關(guān)累加的結(jié)果被即時(shí)送入乒乓機(jī)制的緩存存儲(chǔ)器；4)在中斷處理時(shí)刻，復(fù)數(shù)FFT運(yùn)算模塊根據(jù)捕獲相關(guān)通道的指示依次從相應(yīng)的緩存存儲(chǔ)器中提取相關(guān)累加結(jié)果進(jìn)行時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)化；5)對(duì)頻域中的兩路信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)運(yùn)算；6)根據(jù)控制信號(hào)對(duì)包絡(luò)運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行非相關(guān)的累加，并對(duì)累加結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)判決，判決結(jié)果輸出。
跟蹤通道在映射后的采樣信號(hào)中對(duì)捕獲成功的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行跟蹤包括如下步驟1)映射后的采樣信號(hào)經(jīng)由控制信號(hào)配置頻偏的跟蹤下變頻器產(chǎn)生同向(I路)、正交向(Q路)兩路的基帶信號(hào)；2)基帶信號(hào)在跟蹤相關(guān)通道中完成定時(shí)的I、Q兩路相關(guān)累加，相關(guān)累加器采用乒乓設(shè)計(jì)；3)在小于中斷處理信號(hào)間隔的周期提取信號(hào)的觸發(fā)下將相關(guān)累加器中的累加值、反映信號(hào)發(fā)射時(shí)間的碼NCO寄存器、碼片計(jì)數(shù)器和周期計(jì)數(shù)器的值輸入到緩存存儲(chǔ)器中；4)在中斷處理時(shí)刻依次將跟蹤通道緩存存儲(chǔ)器中的信息和滯后產(chǎn)生的捕獲引擎判決結(jié)果信息整合，發(fā)出中斷請(qǐng)求，由上位機(jī)提??；控制信號(hào)由上位機(jī)提取信息后處理產(chǎn)生，包括
1)捕獲引擎的衛(wèi)星編號(hào)、代表不同衛(wèi)星的延遲相位抽頭系數(shù)、碼片移動(dòng)相位參量與移動(dòng)使能、檢測(cè)門限、捕獲引擎的狀態(tài)；2)跟蹤通道的衛(wèi)星編號(hào)、數(shù)字下變頻器的NCO環(huán)路移動(dòng)參量與移動(dòng)使能、碼片移動(dòng)相位參量與移動(dòng)使能、跟蹤通道的狀態(tài)；3)捕獲成功時(shí)捕獲成功的通道編號(hào)、分配的跟蹤通道編號(hào)、重捕時(shí)需要重捕的跟蹤通道編號(hào)、分配的捕獲引擎編號(hào)。
用于高動(dòng)態(tài)條件的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基帶處理裝置比特映射模塊與捕獲引擎模塊、信息整合模塊、接口模塊相接，比特映射模塊與跟蹤通道模塊、信息整合模塊、接口模塊相接，控制信號(hào)產(chǎn)生模塊與捕獲引擎模塊、路由模塊、跟蹤通道模塊相接，時(shí)鐘模塊分別與比特映射模塊、捕獲引擎模塊、跟蹤通道模塊、路由模塊、信息整合模塊、接口模塊、控制信號(hào)產(chǎn)生模塊相接，接口模塊與控制信號(hào)產(chǎn)生模塊相接。
所述的捕獲引擎模塊的電路為捕獲下變頻器與并行的捕獲相關(guān)通道、相關(guān)累加緩存存儲(chǔ)器、FFT運(yùn)算器、包絡(luò)運(yùn)算器和檢測(cè)器相接。
跟蹤通道模塊的電路為跟蹤下變頻器與跟蹤相關(guān)通道、跟蹤通道數(shù)據(jù)整合器、跟蹤通道數(shù)據(jù)緩存器相接。
本發(fā)明具有的有益效果包括在捕獲過(guò)程中，采用兩維的并行搜索，大大加快了由于高動(dòng)態(tài)引起的大頻偏搜索范圍內(nèi)的搜索速度；通過(guò)相關(guān)累加緩存寄存器，隔開了捕獲引擎前后兩段的工作時(shí)鐘域，使后段的捕獲流程在較高的工作時(shí)鐘下實(shí)現(xiàn)功能模塊對(duì)不同捕獲相關(guān)通道的復(fù)用，節(jié)省了資源。在一個(gè)基于GPS的實(shí)施例中，采用四個(gè)捕獲引擎，每個(gè)引擎包含了八個(gè)相關(guān)通道，盲捕(在不知任何星歷信息的情況下進(jìn)行捕獲)平均50秒捕獲4顆衛(wèi)星，1分10秒實(shí)現(xiàn)定位。在跟蹤通道中，采用可配置的設(shè)計(jì)，能適用于各種高動(dòng)態(tài)跟蹤算法的反饋控制。同時(shí)，捕獲引擎與跟蹤通道的參數(shù)化設(shè)計(jì)可以針對(duì)不同的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的制式進(jìn)行便捷的轉(zhuǎn)化，適用于大部分的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。


圖1是用于高動(dòng)態(tài)條件的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基帶處理裝置電路方框圖；圖2是本發(fā)明的捕獲引擎模塊的電路方框圖；圖3是本發(fā)明的跟蹤通道模塊的電路方框圖；圖4是本發(fā)明的頻偏和碼偏聯(lián)合搜索的捕獲算法方框圖；圖5是本發(fā)明的相關(guān)累加緩存存儲(chǔ)器讀寫地址空間的切換時(shí)序圖；圖6是本發(fā)明的秒級(jí)時(shí)鐘關(guān)系示意圖；
圖7是本發(fā)明的電文信息比特量的冗余標(biāo)志提取時(shí)序關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)條件下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基帶信號(hào)處理，在上位機(jī)的協(xié)同下能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位，并能夠根據(jù)規(guī)模與用途進(jìn)行靈活配置。其手段是在實(shí)施例中，獨(dú)立地設(shè)立了并行的捕獲引擎和跟蹤通道，同時(shí)采用多普勒域的并行搜索實(shí)現(xiàn)了快速捕獲。
捕獲過(guò)程是由捕獲引擎實(shí)現(xiàn)的。捕獲引擎中包含了多個(gè)并行獨(dú)立的捕獲相關(guān)通道，使得可以同時(shí)對(duì)指定衛(wèi)星信號(hào)的多個(gè)碼序列相位進(jìn)行并行捕獲。捕獲相關(guān)通道產(chǎn)生的相關(guān)累加結(jié)果經(jīng)過(guò)時(shí)域到頻域的變換，得到了在多普勒域中的分量，對(duì)各分量進(jìn)行包絡(luò)運(yùn)算，然后再進(jìn)行非相關(guān)累加，得到的結(jié)果與門限進(jìn)行比較，獲得檢測(cè)狀態(tài)。
跟蹤的目的是實(shí)現(xiàn)載波頻率相位跟蹤和碼片的精細(xì)跟蹤。跟蹤的過(guò)程是由并行獨(dú)立的跟蹤通道完成的。跟蹤通道輸出的相關(guān)累加器中的累加值、反映信號(hào)發(fā)射時(shí)間的碼NCO寄存器、碼片計(jì)數(shù)器和周期計(jì)數(shù)器值的信息被統(tǒng)一格式化整合，與捕獲引擎檢測(cè)判斷結(jié)果一同在給上位機(jī)的中斷信號(hào)后被上位機(jī)提取。
本發(fā)明還通過(guò)控制信號(hào)和路由模塊實(shí)現(xiàn)了捕獲與跟蹤通道間任意路由的切換，能夠完成捕獲到跟蹤和重捕的功能。
如圖1所示，比特映射模塊102與捕獲引擎模塊103、信息整合模塊106、接口模塊107相接，比特映射模塊102與跟蹤通道模塊104、信息整合模塊106、接口模塊107相接，控制信號(hào)產(chǎn)生模塊108與捕獲引擎模塊103、路由模塊105、跟蹤通道模塊104相接，時(shí)鐘模塊109(為保持明晰圖中未畫出)分別與比特映射模塊102、捕獲引擎模塊103、跟蹤通道模塊104、路由模塊105、信息整合模塊106、接口模塊107、控制信號(hào)產(chǎn)生模塊108相接，接口模塊107與控制信號(hào)產(chǎn)生模塊108相接。
本發(fā)明中，中頻信號(hào)從輸入裝置101輸入，輸入裝置101包括天線模塊(合眾思?jí)袮Z-G)與射頻模塊(Zarlink GP2015)；中頻信號(hào)進(jìn)入裝置后，被比特映射模塊102采樣映射，分別進(jìn)入捕獲引擎模塊103和跟蹤通道模塊104；捕獲引擎模塊103和跟蹤通道模塊104在控制信號(hào)產(chǎn)生模塊108的控制信號(hào)作用下完成捕獲和跟蹤的工作；捕獲引擎模塊103產(chǎn)生的判決結(jié)果信息和跟蹤通道模塊104產(chǎn)生的跟蹤信息由信息整合模塊106進(jìn)行格式處理，經(jīng)接口模塊107被輸出裝置110提取；輸出裝置110是上位機(jī)，完成對(duì)判決結(jié)果信息和跟蹤信息的處理，根據(jù)不同的高動(dòng)態(tài)導(dǎo)航接收機(jī)的算法，產(chǎn)生控制信號(hào)，通過(guò)接口模塊107傳遞給控制信號(hào)產(chǎn)生模塊108，控制信號(hào)產(chǎn)生模塊108按照預(yù)定的時(shí)序向相關(guān)模塊發(fā)出控制信號(hào)，這些控制信號(hào)包括捕獲引擎的衛(wèi)星編號(hào)、代表不同衛(wèi)星的延遲相位抽頭系數(shù)、碼片移動(dòng)相位參量與移動(dòng)使能、檢測(cè)門限、捕獲引擎的狀態(tài)，跟蹤通道的衛(wèi)星編號(hào)、數(shù)字下變頻器的NCO環(huán)路移動(dòng)參量與移動(dòng)使能、碼片移動(dòng)相位參量與移動(dòng)使能、跟蹤通道的狀態(tài)，捕獲成功時(shí)捕獲成功的通道編號(hào)、分配的跟蹤通道編號(hào)、重捕時(shí)需要重捕的跟蹤通道編號(hào)、分配的捕獲引擎編號(hào)；路由模塊105完成捕獲引擎模塊與跟蹤通道模塊之間的轉(zhuǎn)移；時(shí)鐘模塊109提供的時(shí)鐘包括發(fā)明裝置內(nèi)各模塊的6MHz工作時(shí)鐘和捕獲引擎模塊103的100MHz工作時(shí)鐘；輸入裝置101的6MHz采樣時(shí)鐘和輸出裝置110的50MHz工作時(shí)鐘；用于提取跟蹤通道模塊信息的2KHz時(shí)鐘和用于中斷處理信號(hào)的1KHz時(shí)鐘。
如圖2所示，捕獲引擎模塊103的電路為捕獲下變頻器201與并行的捕獲相關(guān)通道202、相關(guān)累加緩存存儲(chǔ)器203、FFT運(yùn)算器204、包絡(luò)運(yùn)算器205和檢測(cè)器206相接。其完成的頻偏和碼偏二維聯(lián)合搜索的捕獲算法如圖4所示。
捕獲下變頻器201是一個(gè)數(shù)字下變頻器(DDC)，它將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為基帶信號(hào)。由頻率數(shù)字控制振蕩器(NCO)產(chǎn)生的正余弦波解調(diào)由比特映射模塊102產(chǎn)生的中頻信號(hào)，輸出I、Q兩路基帶信號(hào)。
基帶信號(hào)通過(guò)捕獲相關(guān)通道202完成解擴(kuò)和分段相關(guān)累加。捕獲相關(guān)通道202內(nèi)本地?cái)U(kuò)頻碼序列的碼鐘產(chǎn)生器由一個(gè)相位可配的碼NCO產(chǎn)生，而碼產(chǎn)生采用通用的GPS粗碼產(chǎn)生器的方法生成。用本地碼序列與基帶信號(hào)相乘完成解擴(kuò)，解擴(kuò)之后的基帶信號(hào)進(jìn)行分段相關(guān)累加，每個(gè)相關(guān)累加值涉及的時(shí)間長(zhǎng)度確定了檢測(cè)頻偏的范圍，在實(shí)施例中，我們確定60點(diǎn)的分段累加，其頻偏的檢測(cè)范圍是50KHz。每個(gè)捕獲相關(guān)通道對(duì)擴(kuò)頻碼的一個(gè)碼片相位進(jìn)行相關(guān)累積，在實(shí)施例中一個(gè)捕獲引擎包括8個(gè)捕獲相關(guān)通道。
分段相關(guān)累加結(jié)果被即時(shí)存入乒乓方式實(shí)現(xiàn)的相關(guān)累加緩存存儲(chǔ)器203，捕獲相關(guān)通道以擴(kuò)頻碼序列周期切換相應(yīng)的讀寫地址空間。如圖5所示，相關(guān)累加緩存存儲(chǔ)器讀寫地址空間的切換時(shí)序關(guān)系是rd_1ms是中斷處理信號(hào)所代表的讀取起始信號(hào)，該信號(hào)觸發(fā)FFT運(yùn)算器204提取相關(guān)累加緩存存儲(chǔ)器中由捕獲通道指示讀有效地址空間的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。chip_1ms是本地?cái)U(kuò)頻碼序列每周期結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的標(biāo)志信號(hào)，該信號(hào)結(jié)束一個(gè)周期的分段相關(guān)累加，并將此周期存儲(chǔ)涉及的地址空間置為讀有效，而將另一塊地址空間置為寫有效。
相關(guān)累加緩存存儲(chǔ)器203是一個(gè)雙口的RAM，它將其前后的工作時(shí)鐘域分割開來(lái)，這種作用對(duì)于所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，由于其之后的FFT運(yùn)算器204、包絡(luò)運(yùn)算器205和檢測(cè)器206都要求極大的資源，對(duì)每個(gè)捕獲相關(guān)通道202都配備這些模塊是不現(xiàn)實(shí)也是不必要的，因此對(duì)一個(gè)捕獲引擎的所有捕獲相關(guān)通道復(fù)用這些資源是一個(gè)恰當(dāng)?shù)倪x擇，這樣就要求這些復(fù)用的模塊在一個(gè)更高的時(shí)鐘下進(jìn)行工作，本實(shí)施例中采用100MHz的工作時(shí)鐘。
在中斷處理信號(hào)的觸發(fā)下，首先從相關(guān)累加緩存存儲(chǔ)器203相應(yīng)的地址空間讀取各個(gè)捕獲相關(guān)通道202產(chǎn)生的分段累加值，以觸發(fā)(Burst)方式驅(qū)動(dòng)FFT運(yùn)算器204獲得I、Q兩路的頻域分量；在包絡(luò)運(yùn)算器205中，兩路信號(hào)依次進(jìn)行平方、相加、開方的運(yùn)算，獲得包絡(luò)值；實(shí)施例在檢測(cè)器206中對(duì)包絡(luò)值進(jìn)一步進(jìn)行非相干的累積，實(shí)現(xiàn)20點(diǎn)累積后的定點(diǎn)檢測(cè)當(dāng)某一通道頻域分量的累積包絡(luò)值超過(guò)了門限、則通過(guò)約定格式的判決結(jié)果將成功捕獲的通道及相應(yīng)的多普勒頻偏輸出，輸出裝置110通過(guò)接口模塊107和控制信號(hào)產(chǎn)生模塊108反饋控制信號(hào)啟動(dòng)配置跟蹤通道模塊104，進(jìn)行跟蹤；當(dāng)沒(méi)有包絡(luò)值超過(guò)門限，則放棄該組8個(gè)相位的搜索，通過(guò)控制信號(hào)向捕獲引擎模塊103重新配置另8個(gè)碼片相位，重復(fù)之前的捕獲過(guò)程。
如圖3所示，跟蹤通道模塊104的電路為跟蹤下變頻器301與跟蹤相關(guān)通道302、跟蹤通道數(shù)據(jù)整合器303、跟蹤通道數(shù)據(jù)緩存器304相接。
對(duì)于每一個(gè)捕獲的衛(wèi)星信號(hào)由一組跟蹤下變頻器301和跟蹤相關(guān)通道302的模塊組合進(jìn)行跟蹤，實(shí)例中我們采用12個(gè)這樣的模塊組合。
跟蹤下變頻器301是一個(gè)頻偏可配的數(shù)字下變頻器(DDC)，它將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為基帶信號(hào)。由頻率數(shù)字控制振蕩器(NCO)產(chǎn)生的正余弦波解調(diào)由比特映射模塊102產(chǎn)生的中頻信號(hào)，輸出I、Q兩路基帶信號(hào)。每一顆被跟蹤的衛(wèi)星都有不同的頻偏，為了達(dá)到頻率跟蹤必須有獨(dú)立的跟蹤下變頻器301。
基帶信號(hào)通過(guò)跟蹤相關(guān)通道302完成解擴(kuò)和定時(shí)相關(guān)累加。跟蹤相關(guān)通道302內(nèi)本地?cái)U(kuò)頻碼序列的碼鐘產(chǎn)生器由一個(gè)相位可配的碼NCO產(chǎn)生的，而碼產(chǎn)生采同樣用通用的GPS粗碼產(chǎn)生器的方法生成。實(shí)施例中每個(gè)跟蹤相關(guān)通道302有三個(gè)相位相差0.5碼片的碼鐘，分別用來(lái)產(chǎn)生超前碼、當(dāng)時(shí)碼和延遲碼。由當(dāng)時(shí)碼解擴(kuò)的基帶信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻碼周期的定時(shí)相關(guān)累加，成為形成電文信息的比特量；由超前碼和延遲碼解擴(kuò)的基帶信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻碼周期的定時(shí)累加，成為碼片偏移的監(jiān)測(cè)量；相關(guān)累加器采用乒乓機(jī)制，每個(gè)擴(kuò)頻碼周期交替使用，停用的相關(guān)累加器中的值作為輸出的比特量或監(jiān)測(cè)量。
跟蹤相關(guān)通道302中碼產(chǎn)生器和碼鐘NCO的寄存器值分別代表了碼片級(jí)和碼片以下級(jí)的時(shí)間信息，這兩個(gè)時(shí)間信息的組合代表了距離前一擴(kuò)頻碼周期結(jié)束時(shí)的時(shí)間；根據(jù)GPS電文的格式，在跟蹤通道中還有一個(gè)模20的周期計(jì)數(shù)器，用以代表電文比特級(jí)以下的時(shí)間信息。比特同步后，這三個(gè)時(shí)間信息的組合代表了距離前一個(gè)電文比特信息結(jié)束的時(shí)間。
跟蹤通道數(shù)據(jù)整合器303從跟蹤相關(guān)通道302中提取電文信息的比特量、碼片偏移的監(jiān)測(cè)量和時(shí)間信息。由于多普勒效應(yīng)的存在，由擴(kuò)頻碼周期確定的電文信息的比特量產(chǎn)生周期是變動(dòng)的；而中斷處理信號(hào)的周期由本地晶振產(chǎn)生，是固定的，所以，用中斷處理信號(hào)采集電文信息的比特量會(huì)產(chǎn)生遺漏或者重復(fù)。為此，采用一個(gè)周期小于中斷處理信號(hào)周期而又足以克服多普勒影響的周期提取信號(hào)提取以上電文信息的比特量、碼片偏移的監(jiān)測(cè)量和時(shí)間信息，同時(shí)設(shè)立一套機(jī)制識(shí)別采集電文信息的比特量是否產(chǎn)生遺漏或者重復(fù)。如圖6所示，中斷處理信號(hào)周期為1ms，提取信號(hào)的周期為0.5ms，它們都是上升延有效，提取信號(hào)有效在中斷處理信號(hào)電平中段，保證了提取信息的完整性。如圖7所示的電文信息比特量冗余標(biāo)志提取的時(shí)序關(guān)系DATAOK是數(shù)據(jù)冗余標(biāo)志，高為有效，低為冗余；CHANlMS代表擴(kuò)頻碼的周期，上升延來(lái)時(shí)置DATAOK為高；SYSSEMlMS是周期為0.5ms的提取信號(hào)，上升延來(lái)時(shí)置DATAOK為低；TRDATA是輸出的定時(shí)相關(guān)累加的電文信息比特量，DATAOUT是比特量與冗余標(biāo)志的結(jié)合。
跟蹤通道數(shù)據(jù)緩存器304是雙口的RAM，跟蹤通道數(shù)據(jù)整合器303整合的電文信息的比特量、碼片偏移的監(jiān)測(cè)量和時(shí)間信息按預(yù)定的順序?qū)懭敫櫷ǖ罃?shù)據(jù)緩存器304。在中斷處理信號(hào)的觸發(fā)下，被信息整合模塊106讀取。
實(shí)施例運(yùn)行中，首先根據(jù)預(yù)定的搜索策略通過(guò)控制信號(hào)產(chǎn)生模塊108發(fā)出控制信號(hào)啟動(dòng)捕獲引擎模塊103；當(dāng)相應(yīng)的衛(wèi)星信號(hào)被捕獲后，啟動(dòng)跟蹤通道模塊104空閑部分，在控制信號(hào)的協(xié)同下通過(guò)路由模塊105將成功捕獲通道中碼產(chǎn)生器的寄存器信息、碼NCO環(huán)路信息傳遞給跟蹤通道，同時(shí)通過(guò)上位機(jī)對(duì)判決結(jié)果的讀取獲得頻偏的信息，調(diào)整跟蹤下變頻器301，實(shí)現(xiàn)捕獲到跟蹤的轉(zhuǎn)化；被啟動(dòng)的跟蹤通道模塊104部分在控制信號(hào)的作用下，不斷地調(diào)整頻偏和碼偏，實(shí)現(xiàn)跟蹤功能；當(dāng)跟蹤失鎖時(shí)，啟動(dòng)空閑的捕獲引擎模塊103，在控制信號(hào)的協(xié)同下通過(guò)路由模塊105將跟蹤通道中碼產(chǎn)生器的寄存器信息、碼NCO環(huán)路信息傳遞分配給捕獲引擎模塊103中的各個(gè)通道進(jìn)行重捕操作。
本發(fā)明能夠進(jìn)行高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的開發(fā)與衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)研究平臺(tái)的搭建。這里所述的方法與設(shè)備，彼此分離的單體部件可以完全是傳統(tǒng)的，我們要求將它們的組合作為發(fā)明進(jìn)行保護(hù)。以上所述僅為本發(fā)明對(duì)于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以修改單體部件的算法，實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用場(chǎng)合的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)。本發(fā)明僅由后附權(quán)利要求書及其等效技術(shù)方案來(lái)限定，我們要求將這些作為本發(fā)明來(lái)保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種用于高動(dòng)態(tài)條件的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基帶處理的方法，其特征在于，包括以下步驟1)接收來(lái)自射頻模塊的模擬中頻信號(hào)；2)對(duì)模擬中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字采樣，同時(shí)進(jìn)行比特映射；映射后的采樣信號(hào)被捕獲引擎和跟蹤通道處理；3)根據(jù)控制信號(hào)，并行獨(dú)立的捕獲引擎在映射后的采樣信號(hào)中對(duì)指定的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行捕獲；4)根據(jù)控制信號(hào)，跟蹤通道在映射后的采樣信號(hào)中對(duì)捕獲成功的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行跟蹤。5)根據(jù)控制信號(hào)，跟蹤通道中衛(wèi)星信號(hào)失鎖，則交由捕獲引擎重捕或者指定捕獲新的衛(wèi)星信號(hào)，捕獲成功后再交由跟蹤通道跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高動(dòng)態(tài)條件的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基帶處理的方法，其特征在于，所述的并行獨(dú)立的捕獲引擎在映射后的采樣信號(hào)中對(duì)指定的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行捕獲包括如下步驟1)映射后的采樣信號(hào)經(jīng)捕獲下變頻器產(chǎn)生同向(I路)與正交向(Q路)兩路的基帶信號(hào)；2)基帶信號(hào)通過(guò)并行的捕獲相關(guān)通道完成I、Q兩路分段相關(guān)累加；3)相關(guān)累加的結(jié)果被即時(shí)送入乒乓機(jī)制的緩存存儲(chǔ)器；4)在中斷處理時(shí)刻，復(fù)數(shù)FFT運(yùn)算模塊根據(jù)捕獲相關(guān)通道的指示依次從相應(yīng)的緩存存儲(chǔ)器中提取相關(guān)累加結(jié)果進(jìn)行時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)化；5)對(duì)頻域中的兩路信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)運(yùn)算；6)根據(jù)控制信號(hào)對(duì)包絡(luò)運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行非相關(guān)的累加，并對(duì)累加結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)判決，判決結(jié)果輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高動(dòng)態(tài)條件的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基帶處理的方法，其特征在于，所述的跟蹤通道在映射后的采樣信號(hào)中對(duì)捕獲成功的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行跟蹤包括如下步驟1)映射后的采樣信號(hào)經(jīng)由控制信號(hào)配置頻偏的跟蹤下變頻器產(chǎn)生同向(I路)、正交向(Q路)兩路的基帶信號(hào)；2)基帶信號(hào)在跟蹤相關(guān)通道中完成定時(shí)的I、Q兩路相關(guān)累加，相關(guān)累加器采用乒乓設(shè)計(jì)；3)在小于中斷處理信號(hào)間隔的周期提取信號(hào)的觸發(fā)下將相關(guān)累加器中的累加值、反映信號(hào)發(fā)射時(shí)間的碼NCO寄存器、碼片計(jì)數(shù)器和周期計(jì)數(shù)器的值輸入到緩存存儲(chǔ)器中；4)在中斷處理時(shí)刻依次將跟蹤通道緩存存儲(chǔ)器中的信息和滯后產(chǎn)生的捕獲引擎判決結(jié)果信息整合，發(fā)出中斷請(qǐng)求，由上位機(jī)提取；
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種用于高動(dòng)態(tài)條件的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基帶處理的方法，其特征在于，所述的控制信號(hào)由上位機(jī)提取信息后處理產(chǎn)生，包括1)捕獲引擎的衛(wèi)星編號(hào)、代表不同衛(wèi)星的延遲相位抽頭系數(shù)、碼片移動(dòng)相位參量與移動(dòng)使能、檢測(cè)門限、捕獲引擎的狀態(tài)；2)跟蹤通道的衛(wèi)星編號(hào)、數(shù)字下變頻器的NCO環(huán)路移動(dòng)參量與移動(dòng)使能、碼片移動(dòng)相位參量與移動(dòng)使能、跟蹤通道的狀態(tài)；3)捕獲成功時(shí)捕獲成功的通道編號(hào)、分配的跟蹤通道編號(hào)、重捕時(shí)需要重捕的跟蹤通道編號(hào)、分配的捕獲引擎編號(hào)。
5.一種按權(quán)利要求1、2所述方法設(shè)計(jì)的用于高動(dòng)態(tài)條件的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基帶處理裝置，其特征在于，比特映射模塊(102)與捕獲引擎模塊(103)、信息整合模塊(106)、接口模塊(107)相接，比特映射模塊(102)與跟蹤通道模塊(104)、信息整合模塊(106)、接口模塊(107)相接，控制信號(hào)產(chǎn)生模塊(108)與捕獲引擎模塊(103)、路由模塊(105)、跟蹤通道模塊(104)相接，時(shí)鐘模塊(109)分別與比特映射模塊(102)、捕獲引擎模塊(103)、跟蹤通道模塊(104)、路由模塊(105)、信息整合模塊(106)、接口模塊(107)、控制信號(hào)產(chǎn)生模塊(108)相接，接口模塊(107)與控制信號(hào)產(chǎn)生模塊(108)相接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于高動(dòng)態(tài)條件的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基帶處理裝置，其特征在于，所述的捕獲引擎模塊(103)的電路為捕獲下變頻器(201)與并行的捕獲相關(guān)通道(202)、相關(guān)累加緩存存儲(chǔ)器(203)、FFT運(yùn)算器(204)、包絡(luò)運(yùn)算器(205)和檢測(cè)器(206)相接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于高動(dòng)態(tài)條件的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基帶處理裝置，其特征在于，所述的跟蹤通道模塊(104)的電路為跟蹤下變頻器(301)與跟蹤相關(guān)通道(302)、跟蹤通道數(shù)據(jù)整合器(303)和跟蹤通道數(shù)據(jù)緩存器(304)相接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)基帶信號(hào)處理的方法及裝置。它通過(guò)獨(dú)立并行的捕獲引擎和跟蹤通道，在上位機(jī)控制下，完成衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)基帶處理部分。實(shí)施例中，中頻信號(hào)經(jīng)映射采樣進(jìn)入捕獲引擎和跟蹤通道在捕獲引擎中完成整套多普勒頻域并行捕獲算法，產(chǎn)生與輸入信號(hào)碼序列相位大致對(duì)齊的本地碼序列轉(zhuǎn)交給跟蹤通道；在跟蹤通道中，經(jīng)過(guò)定時(shí)相關(guān)累加與中斷處理時(shí)刻的提取，向上位機(jī)提供組成電文信息的比特量、碼片偏移的監(jiān)測(cè)量和發(fā)射時(shí)間信息；跟蹤通道失鎖后交由捕獲引擎重捕。本發(fā)明采用兩維并行搜索，加快了捕獲速度；捕獲引擎中復(fù)用了FFT運(yùn)算器、包絡(luò)運(yùn)算器和檢測(cè)器，節(jié)省了資源；模塊參數(shù)化設(shè)計(jì)，經(jīng)配置適用不同系統(tǒng)或規(guī)模。
文檔編號(hào)G01S19/37GK1971304SQ20061015477
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者趙民建, 徐亮, 許峰, 周鵬宇 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)