專利名稱：基于碼存儲的gps軟件接收機(jī)基帶信號實(shí)時跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GPS軟件接收機(jī)實(shí)時性跟蹤的改進(jìn)，尤其是一種基于碼存儲的GPS軟 件接收機(jī)基帶信號實(shí)時跟蹤方法，屬于電子信息及數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外對GPS軟件接收機(jī)跟蹤的實(shí)時性研究現(xiàn)狀為 (1)GPS軟件接收機(jī)傳統(tǒng)跟蹤采用每單位時間調(diào)整碼頻率和碼相位實(shí)時產(chǎn)生早碼、 晚碼、即時碼與衛(wèi)星信號在本地的復(fù)現(xiàn)載波。 (2)使用性能強(qiáng)勁的計(jì)算機(jī)，采用多CPU內(nèi)核處理或使用長指令并行處理數(shù)據(jù)方 式提高跟蹤環(huán)路速度。 近年來，GPS軟件接收機(jī)實(shí)時性的研究在國內(nèi)得到了廣泛的重視和研究，它不僅具 有高度的靈活性、可擴(kuò)展性和良好的兼容性，能夠有效的降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，而 且將實(shí)現(xiàn)與硬件接收機(jī)同樣的跟蹤速度，通過軟件算法補(bǔ)償，還可提供更好的跟蹤效果。但 軟件實(shí)現(xiàn)比硬件實(shí)現(xiàn)需要耗費(fèi)更多的時間，因此，實(shí)時性算法的開發(fā)越來越受到重視。
目前傳統(tǒng)跟蹤方法存在的問題 (1)GPS軟件接收機(jī)跟蹤環(huán)路每單位時間每次都重新生成微調(diào)的早碼、晚碼和即時 碼，十分耗時，這段碼產(chǎn)生需要的時間就占整個跟蹤時間二分之一。 (2)采用擁有多核處理器平臺，更高頻率的CPU，或使用長指令集進(jìn)行底層編程的 專用計(jì)算機(jī)，需要的投入的成本較高，不適合在普通PC上完成，更加不利于以后程序在嵌 入式平臺實(shí)現(xiàn)柔性的可移植性，沒有普遍意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決GPS軟件接收機(jī)跟蹤環(huán)路每單位時間產(chǎn)生微調(diào)的早晚 碼和即時碼耗時、算法對平臺和處理器性能依賴性過大，并考慮到多平臺多設(shè)備移植性等 問題，提供一種基于碼存儲的GPS軟件接收機(jī)基帶信號實(shí)時跟蹤方法，該方法是一種提高 軟件接收機(jī)跟蹤實(shí)時性和可移植性的GPS信號處理方法，可通過簡單有效的使用預(yù)存儲的 已估計(jì)的微調(diào)產(chǎn)生C/A碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，通過載入內(nèi)存實(shí)現(xiàn)查表實(shí)現(xiàn)實(shí)時調(diào)用早晚碼和即 時碼，從而可在跟蹤中消除本地微調(diào)C/A碼產(chǎn)生的時間。
實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采取的如下 —種基于碼存儲的GPS軟件接收機(jī)基帶信號實(shí)時跟蹤方法，其特征在于使用射 頻前端采集的GPS中頻采樣數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)并確定跟蹤環(huán)即時產(chǎn)生的微調(diào)的本地C/A碼碼片和 碼頻率微調(diào)的偏移范圍，通過實(shí)時產(chǎn)生的碼片間隔和碼頻率范圍，確定碼片分辨率精度，按 照碼相位和碼頻率確定的分辨率，產(chǎn)生32顆衛(wèi)星的微調(diào)的本地C/A碼，按照排列組合順序 存儲為統(tǒng)一的二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件，生成通用的預(yù)存微調(diào)的本地C/A碼，跟蹤啟動時，將預(yù)存微 調(diào)的本地C/A碼數(shù)據(jù)文件載入內(nèi)存，根據(jù)不同的碼微調(diào)和碼頻率，直接查表調(diào)用預(yù)存微調(diào) 的本地C/A碼數(shù)據(jù)文件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時跟蹤。
預(yù)存微調(diào)的本地C/A碼的生成及調(diào)用具體方法是 (1)在程序改變的前期，將每顆衛(wèi)星的碼按照可能就出現(xiàn)的碼頻率和碼相位偏移 分組成m個碼頻率和n個碼相位的不同組合，鑒相器的輸出量化在-1到1之間，量化為m 個值，即量化單位為0. 1個碼片，那么碼頻率對應(yīng)為m個值；碼相位在0到0. 2之間，即量化 的最終分辨率為0. 002 ; (2)生成碼表，將每顆衛(wèi)星的m*n組碼按順序排列，保存成二進(jìn)制文件
& = —l)*m + 10*("l)〗 公式為碼表的查詢公式，r為碼相位，s為碼頻率，k為排列下標(biāo)，查找所需碼的位 置，其中0. 002是碼相位量化的單位，每個碼相位都將匹配m個碼頻率，那么k就是當(dāng)前r 和s所在的預(yù)存微調(diào)的本地C/A碼的下標(biāo)，即排列位置；通過該公式輸入碼頻率和碼相位相 關(guān)參數(shù)，即可調(diào)用對應(yīng)預(yù)存的微調(diào)的本地C/A碼。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)及顯著效果為 (1)本發(fā)明的軟件接收機(jī)實(shí)時性改進(jìn)方法，首先使用射頻前端采集的GPS中頻采 樣數(shù)據(jù)，確定跟蹤環(huán)即時產(chǎn)生的微調(diào)的本地C/A碼碼片和碼頻率微調(diào)的偏移范圍。范圍確 定后，通過實(shí)時產(chǎn)生碼片的間隔和碼頻率范圍，確定碼片分辨率精度。將該分辨率下的微調(diào) 本地C/A碼按照規(guī)律預(yù)存為二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件，最后生成的文件即是可通用的微調(diào)的本地C/ A碼。跟蹤啟動時，只需一次性將微調(diào)的本地C/A碼載入內(nèi)存，根據(jù)不同的碼微調(diào)和碼頻率 調(diào)整，直接查表調(diào)用已預(yù)存的微調(diào)的本地C/A碼，可極大提高跟蹤的速度。
(2)即時性碼產(chǎn)生時間消失，跟蹤時間縮短一半。 (3)低成本，可重用性不需要使用性能較高的設(shè)備，成本消耗降低，碼存儲的方 法具通用性，具有普遍意義。
(4)準(zhǔn)確性能準(zhǔn)確完成跟蹤要求，跟蹤不失鎖，得到信息無損失。


圖1是本發(fā)明的GPS軟件接收機(jī)跟蹤流程圖；
圖2是本發(fā)明方法的實(shí)現(xiàn)流程具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明 圖1是本發(fā)明的GPS軟件接收機(jī)跟蹤流程圖，輸入為射頻前端采集的GPS衛(wèi)星中 頻信號，信號與相位相差90度的本地振蕩器產(chǎn)生的本地載波相關(guān)，產(chǎn)生I路和Q路兩路已 剝離載波的衛(wèi)星信號，兩路信號與其同步碼相關(guān)，即I路與Q路各前后偏離0. 5碼片分別與 已預(yù)存的微調(diào)的本地C/A碼相關(guān)，剝離偽隨機(jī)碼，輸出為導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息。其中，同步碼由碼 鑒相器輸出得來，上一次循環(huán)的碼鑒相器經(jīng)濾波輸出值確定了一組碼頻率和碼相位，這組 碼頻率和碼相位指定了唯一一組與預(yù)存在空間里的碼，包括早碼、晚碼和即時碼。GPS衛(wèi)星 中頻信號就是與這組碼相關(guān)，剝離碼，并將剝離碼后的信息送入鑒相器，經(jīng)過微調(diào)，產(chǎn)生下 一次循環(huán)所要確定的碼頻率和碼相位。 圖2為使用預(yù)存微調(diào)本地C/A碼方法的跟蹤流程詳細(xì)示意圖，其詳細(xì)調(diào)用過程如
4下 a、跟蹤開始。 b、將32顆衛(wèi)星預(yù)存的微調(diào)的本地C/A碼二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件載入內(nèi)存空間中。
c、讀入GPS衛(wèi)星中頻采樣信號。 d、 GPS衛(wèi)星中頻信號與本地復(fù)現(xiàn)載波相關(guān)，去除載波。 e、由輸入?yún)?shù)碼頻率和碼相位調(diào)用查找公式，查找對應(yīng)的同步微調(diào)的本地C/A
碼，信號與同步碼相關(guān)，去除偽隨機(jī)碼。 F、輸出六路信息，繼續(xù)下一循環(huán)，鑒相濾波。 本發(fā)明方法采用PC，在Matlab仿真環(huán)境下，對可實(shí)施性進(jìn)行了驗(yàn)證，最后使用C/ C++語言，證明了本方法的通用性。
權(quán)利要求
一種基于碼存儲的GPS軟件接收機(jī)基帶信號實(shí)時跟蹤方法，其特征在于使用射頻前端采集的GPS中頻采樣數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)并確定跟蹤環(huán)即時產(chǎn)生的微調(diào)的本地C/A碼碼片和碼頻率微調(diào)的偏移范圍，通過實(shí)時產(chǎn)生的碼片間隔和碼頻率范圍，確定碼片分辨率精度，按照碼相位和碼頻率確定的分辨率，產(chǎn)生32顆衛(wèi)星的微調(diào)的本地C/A碼，按照排列組合順序存儲為統(tǒng)一的二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件，生成通用的預(yù)存微調(diào)的本地C/A碼，跟蹤啟動時，將預(yù)存微調(diào)的本地C/A碼數(shù)據(jù)文件載入內(nèi)存，根據(jù)不同的碼微調(diào)和碼頻率，直接查表調(diào)用預(yù)存微調(diào)的本地C/A碼數(shù)據(jù)文件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時跟蹤。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碼存儲的GPS軟件接收機(jī)基帶信號實(shí)時跟蹤方法，其特 征在于預(yù)存微調(diào)的本地C/A碼的生成及調(diào)用具體方法是(1) 在程序改變的前期，將每顆衛(wèi)星的碼按照可能就出現(xiàn)的碼頻率和碼相位偏移分組 成m個碼頻率和n個碼相位的不同組合，鑒相器的輸出量化在-1到1之間，量化為m個值， 即量化單位為0. 1個碼片，那么碼頻率對應(yīng)為m個值；碼相位在0到0. 2之間，即量化的最 終分辨率為0. 002 ;(2) 生成碼表，將每顆衛(wèi)星的m*n組碼按順序排列，保存成二進(jìn)制文件A: = [((~^~) — 1) * m +10 * +1)〗 0.002公式為碼表的查詢公式，r為碼相位，s為碼頻率，k為排列下標(biāo)，查找所需碼的位置，其 中0. 002是碼相位量化的單位，每個碼相位都將匹配m個碼頻率，那么k就是當(dāng)前r和s所 在的預(yù)存微調(diào)的本地C/A碼的下標(biāo)，即排列位置；通過該公式輸入碼頻率和碼相位相關(guān)參 數(shù)，即可調(diào)用對應(yīng)預(yù)存的微調(diào)的本地C/A碼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于碼存儲的GPS軟件接收機(jī)基帶信號實(shí)時跟蹤方法，它是一種基于預(yù)存微調(diào)的本地C/A碼的二進(jìn)制存儲，通過查表調(diào)用解決GPS軟件接收機(jī)跟蹤信號時間中耗時的實(shí)時碼的產(chǎn)生問題的方法。在GPS軟件接收機(jī)跟蹤環(huán)路中，微調(diào)的本地C/A碼產(chǎn)生、本地載波產(chǎn)生、相關(guān)積分這三個最為耗時的部分中，本地微調(diào)生成C/A碼最為耗時，占用時間占整個信號跟蹤處理時間的近一半。本發(fā)明使用預(yù)存微調(diào)的本地C/A碼二進(jìn)制數(shù)據(jù)的方法，直接載入數(shù)據(jù)查表調(diào)入數(shù)據(jù)，免去每次跟蹤循環(huán)中產(chǎn)生微調(diào)的早碼、晚碼以及即時碼耗費(fèi)的時間，成功消除跟蹤環(huán)路中碼產(chǎn)生的時間，使跟蹤速度提高了一倍。
文檔編號G01S19/30GK101762818SQ20091026285
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者季偉波, 曹耀傳, 潘樹國, 王慶 申請人:東南大學(xué)