CN101078758A - 一种gps接收机的多普勒频率补偿方法 - Google Patents

一种gps接收机的多普勒频率补偿方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101078758A
CN101078758A CNA2007100181492A CN200710018149A CN101078758A CN 101078758 A CN101078758 A CN 101078758A CN A2007100181492 A CNA2007100181492 A CN A2007100181492A CN 200710018149 A CN200710018149 A CN 200710018149A CN 101078758 A CN101078758 A CN 101078758A
Authority
CN
China
Prior art keywords
doppler
phase
input
cosine
carrier phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007100181492A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101078758B (zh
Inventor
兰娟
曹磊
周文益
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Xingsi Semiconductor Co ltd
Original Assignee
XIAN HUAXUN MICROELECTRONIC CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XIAN HUAXUN MICROELECTRONIC CO Ltd filed Critical XIAN HUAXUN MICROELECTRONIC CO Ltd
Priority to CN2007100181492A priority Critical patent/CN101078758B/zh
Publication of CN101078758A publication Critical patent/CN101078758A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101078758B publication Critical patent/CN101078758B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种GPS接收机的多普勒频率补偿方法，该方法将接收到来自捕获模块数据中的包括多普勒的I输入信号和Q输入信号的数据输出存储在多普勒模块相位旋转器中的乘法器中；将多普勒相位参数和多普勒频率参数输入到多普勒模块数控振荡器的加法器中；用加法器将多普勒载波频率和载波相位相加，输出值输入到载波相位输出缓冲器，产生当前的载波相位值，再由载波相位输出缓冲器输出到一个正弦/余弦查找表中，从查找表中找出相应的正弦/余弦值，并与包括多普勒的I输入信号和Q输入信号一起输入到相位旋转器中的乘法器，旋转输入信号的相位；最后将旋转后的值进行量化，得到多普勒频率补偿的信号输出到相关器，与本地产生码进行相关运算。

Description

一种GPS接收机的多普勒频率补偿方法
技术领域
本发明涉及一种GPS接收机中的多普勒频率补偿方法。
背景技术
全球定位系统(GPS)由安排在6个轨道平面的24颗地球轨道卫星组成。GPS是通过测量卫星信号到达用户位置的时间(TOA)测距以确定用户位置的。一个GPS接收机连接到至少4颗卫星，对其做出响应，然后就可以得到它的精确定位。
由于卫星和地球间存在着相对运动，所以从卫星发送到地面接收机的信号频率会产生平移。此外，比特频率和芯片频率也会因此而平移。这种频率上的改变称为多普勒频移。这种由于卫星发射的信号，它的载波频率和比特频率的频谱受到了多普勒的影响，为了能够解调这种信号，就要在地面接收机处对多普勒平移进行补偿。如果卫星和接收机是沿卫星到接收机视线相对运动方向运动，则多普勒频移为正，反之，若是相反方向，则为负。当GPS卫星处于接收机天顶时，多普勒频移为0。多普勒频移会改变卫星发送信号的已知码相位。因此，在GPS接收机通过校正分析以确定卫星码相位之前，必须先校正卫星发送信号的多普勒频移。目前有一种技术是用匹配滤波器来校正多普勒频移。在这种技术中，多普勒发生器会产生一个复数相移值(由实部和虚部组成)，在用匹配滤波相关器将其与PN码关联之前，将这一相移值与一个引入的复数数据采样结合起来，这样就可以最小化多普勒误差了。即使这样做在一定程度上是有用的，但系统还是会有多普勒误差。因此，需要有一种方法能更好的通过多普勒频移补偿来进一步改进校正分析。
发明内容
相对于现有技术的不足，本发明提供了一种可快速、准确的进行多普勒频率补偿的方法。该方法可提高补偿精度，改善接收机定位的准确性；减少处理信号的时间，提高GPS接收机的效率。
为了达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种GPS接收机的多普勒频率补偿方法，其特征在于，包括下述步骤：
将接收到来自捕获模块数据中的包括多普勒的I输入信号和Q输入信号的数据输出，存储在多普勒模块相位旋转器中的乘法器中；将多普勒相位参数输入到载波相位输出缓冲器，将多普勒频率参数输入到载波相位寄存器，再从载波相位寄存器和载波相位输出缓冲器输入到多普勒模块数控振荡器的加法器；用该加法器将来自多普勒相位参数和多普勒频率参数的载波频率和载波相位相加，加法器的输出值输入到载波相位输出缓冲器，在载波相位输出缓冲器里得到当前的载波相位值，再由载波相位输出缓冲器输出，将载波相位值中的四个最高有效位MSB输入到一个正弦/余弦查找表中，从查找表中找出相应的正弦/余弦值；将正弦/余弦值与包括多普勒的I输入信号和Q输入信号一起输入到相位旋转器中的乘法器，旋转输入信号的相位；最后将旋转后的值进行量化，得到多普勒频率补偿的信号输出到相关器，与本地产生码进行相关运算。
上述方案中，所述将加法器的值输入到载波相位输出缓冲器后，载波相位输出缓冲器的输出还包括一个支路返回到加法器，作为加法器多普勒相位参数的输入。
所述的正弦/余弦值分别由一个1位的Sign位和一个3位的Mag位表示，其中，Sign位表示正弦/余弦值的符号，Mag位为正弦/余弦值的大小。
所述的多普勒相位旋转是指将输入信号I和Q与正弦/余弦值的Sign位和Mag位输入相位旋转器中的乘法器分别相乘，将乘法器的值按照下列公式进行相加：
       IOut＝I*COS(θ)-Q*SIN(θ)
       QOut＝I*SIN(θ)+Q*COS(θ)
式中；Qout与Iout分别为进行相位旋转后的Q信号与I信号，I和Q为接收到的来自捕获模块的信号，SIN(θ)及COS(θ)为由查找表得出的正弦/余弦值，θ为相位误差。
所述的生成载波相位值的步骤是重复执行的，每次使用不同的多普勒频率参数，因此，每个正弦/余弦值是不同相移的偏移量。
本发明与现有技术相比，其优点是：由于多普勒模块采用了载波数控振荡器NCO和相位旋转器，从而可把频率的值累加到相位中，累加值的4位最高有效位用于查找表，再用相位旋转器来进行多普勒旋转，这样就可更准确的算出多普勒频移，提高GPS接收机的精度，正确定位。本发明多普勒频率补偿方法，提高了伪噪声码与已接收扩频信号的相关性，在时域中，该相关性补偿了信号内的多普勒频移误差。
附图说明
图1是本发明的一个GPS接收机上的基带整体功能模块图。图中，CCt为捕获模块；CaIO为捕获模块I输出；CaQO为捕获模块Q输出；GPSctl为GPS基带控制模块；Sync PL为同步脉冲信号；CaL为捕获模块使能载入控制信号；Sersftclk为串行移位时钟；DopL为多普勒使能载入控制信号；DopP为多普勒相位；CoL为相关使能载入控制信号；CodS为相关存储使能信号；DIOut为多普勒I输出；DQOut为多普勒Q输出；CoIO为相关I输出；CoQO为相关Q输出；CPU为中央处理器；Ram1和S_Mem都是存储器；Dopp_N为当前多普勒的相位值；DopFP为多普勒频率参数；DopPP为多普勒相位参数。
图2是图1中的用于频率补偿的多普勒模块DPL结构框图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1、图2所示，一种GPS接收机的多普勒频率补偿方法，多普勒模块DPL接收到来自捕获模块CCt的数据输出，数据中有包括多普勒的I输入信号CIO和包括多普勒的Q输入信号CQO，存储在多普勒模块相位旋转器中的乘法器中。预测多普勒相位的特定卫星或来源，在载波数控振荡器NCO和正弦/余弦查找表处理后，也输入到该乘法器，叠加到同一颗卫星(或其他的来源)的CIO和CQO上，形成多普勒补偿后的I输出信号DIOut和Q输出信号DQOut。在本发明的多普勒模块DPL中，数据采样速率是2f0(f0＝1.023MHz)，对于每颗卫星信道，载波数控振荡器NCO也以2f0的有效速率运行。
在CCt处理过之后，I和Q信号在12信道的多普勒模块DPL中旋转产生多普勒频移，分别用来补偿追踪到的卫星(SV)的多普勒频移。
CPU在存储器RAM1中为每一颗卫星存储预测的载波相位参数DopPP和预测的载波频率参数DopFP，在控制信号的控制下存储到存储器S_Mem中。在每个一毫秒内，存储器S_Mem将DopFP和DopPP分别传送到多普勒模块的载波相位寄存器和载波相位输出缓冲器。DopPP和DopFP是一个24比特数字化的值。在初捕模式下，载入使能控制信号DopL只载入一次DopPP和DopFP；在跟踪模式下，连续的载入DopPP和DopFP，周期为425.04ns。加法器A在count有效时将DopFP叠加到DopPP上。count是NCO的使能时钟，在初捕模式下，以连续的11个周期为一组，每个周期38.64ns，连续的两组间隔5100.48ns，即11个半码片halfchip的时间；在跟踪模式下与GPS时钟一样是连续的周期，周期与初捕模式的相同。然后将加法器A的值输入到载波相位输出缓冲器，在载波相位输出缓冲器里得到当前的载波相位值，用CarNCO表示。载波相位输出缓冲器的输出有两个支路：一个支路返回到加法器A，作为加法器A中多普勒相位参数DopPP的输入，继续与多普勒频率参数DopFP相加；另一路作为载波振荡器NCO的输出CarNCO送入到多普勒相位旋转器。CarNCO是相位在查找表中的代表。
将CarNCO的四个最高有效位MSB输入到正弦/余弦查找表中，产生正弦/余弦值，见表1。查找表包括24比特寄存器来存储其输出。查找表每隔一段时间，地址比特从0开始，随着反复将多普勒相位参数DopPP和多普勒频率参数DopFP相加而递增，最后返回0重新计算。随着地址位的改变，对应的正弦/余弦值也是不断变化的。通常，查找表是通过相位角和振幅的复指数量化来描述的。本发明中，载波相位寄存器的最高有效位(MSBs)有4个用来对查找表编址，那么每个多普勒周期有16个地址。正弦/余弦值分别由一个1位的Sign位和一个3位的Mag位表示。其中，Sign位表示正弦/余弦值的符号，即该值是正数还是负数；Mag位为正弦/余弦值的大小。
   表1正弦/余弦查找表
  CarNCO   SIN   COS
  0   0   7
  1   3   6
  2   5   5
  3   6   3
  4   7   0
  5   6   -3
6 5 -5
  7   3   -6
  8   0   -7
  9   -3   -6
  A   -5   -5
  B   -6   -3
  C   -7   0
  D   -6   3
  E   -5   5
F -3 6
将正弦/余弦查找表输出的正弦/余弦值输入到相位旋转器中的乘法器(Multiplier)中，将正弦/余弦值与输入的CaIO和CaQO分别相乘，得到iSin、iCos、qSin、和qCos的值，将乘法器的输出值分别输入到4-比特寄存器。把寄存器的值在相位旋转器的加法器ADDER中按照下列公式进行相加。
          IOut＝I*COS(θ)-Q*SIN(θ)
          QOut＝I*SIN(θ)+Q*COS(θ)
式中；Qout与Iout分别为进行相位旋转后的Q信号与I信号，I和Q为接收到的来自捕获模块CCt的信号，SIN(θ)及COS(θ)为由查找表得出的正弦/余弦值，θ为相位误差。
最后通过5-比特寄存器和一个量化器Quantizer将相加得到的值进行量化，来形成经过多普勒频率补偿的输出信号多普勒I输出DIOut和多普勒Q输出DQOut，DIOut和DQOut输入到图1的相关器Correlator，与本地产生码进行相关运算。
在每一个时间段，每一颗卫星的多普勒相位的开始值存储在存储器RAM1中，并被多普勒模块用于在这段时间内对卫星信号进行旋转。在每个时间段的结尾，多普勒相位的结束值存储在RAM1中，用来作为下一部份的开始值。在GPSct1模块控制下，在载波相位输出缓冲器中，当多普勒储存使能信号DopS有效时将特定的卫星每次旋转结束时存储的当前的多普勒相位值Dopp_N，输入到RAM1中，在控制信号的控制下存储到S_Mem中。在初捕模式下多普勒存储使能信号DopS一直无效，不保存多普勒相位值；而在跟踪模式下，dopSave的周期与DopL的周期相同。在随后时段该卫星的下一个片段的多普勒旋转期间，通过DPL模块取回加到数控振荡器上作为初始值，调节其输出频率。另外，多普勒还将输出CarNCO的四个最高有效位MSB，表示为ncoO，这个输出是为了以后的测试而产生的。

Claims (5)

1.一种GPS接收机的多普勒频率补偿方法，其特征在于，包括下述步骤：
将接收到来自捕获模块数据中的包括多普勒的I输入信号和包括多普勒的Q输入信号的数据输出，存储在多普勒模块相位旋转器中的乘法器中；将多普勒相位参数输入到载波相位输出缓冲器，将多普勒频率参数输入到载波相位寄存器，再从载波相位寄存器和载波相位输出缓冲器输入到多普勒模块数控振荡器的加法器；用该加法器将来自多普勒相位参数和多普勒频率参数的载波频率和载波相位相加，该加法器的输出值输入到载波相位输出缓冲器，在载波相位输出缓冲器里得到当前的载波相位值，再由载波相位输出缓冲器输出，将载波相位值中的四个最高有效位MSB输入到一个正弦/余弦查找表中，从查找表中找出相应的正弦/余弦值；将正弦/余弦值与包括多普勒的I输入信号和包括多普勒的Q输入信号一起输入到相位旋转器中的乘法器，旋转输入信号的相位；最后将旋转后的值进行量化，得到多普勒频率补偿的信号输出到相关器，与本地产生码进行相关运算。
2.根据权利要求1所述的GPS接收机的多普勒频率补偿方法，其特征在于，所述将加法器的值输入到载波相位输出缓冲器后，载波相位输出缓冲器的输出还包括一个支路返回到加法器，作为加法器中多普勒相位参数的输入。
3.根据权利要求1所述的GPS接收机的多普勒频率补偿方法，其特征在于，所述的正弦/余弦值分别由一个1位的Sign位和一个3位的Mag位表示，其中，Sign位表示正弦/余弦值的符号，Mag位为正弦/余弦值的大小。
4.根据权利要求3所述的GPS接收机的多普勒频率补偿方法，其特征在于，所述的多普勒相位旋转是指将输入信号I和Q与正弦/余弦值的Sign位和Mag位输入相位旋转器中的乘法器分别相乘，将乘法器的值按照下列公式进行相加：
IOut＝I*COS(θ)-Q*SIN(θ)
QOut＝I*SIN(θ)+Q*COS(θ)
式中；Qout与Iout分别为进行相位旋转后的Q信号与I信号，I和Q为接收到的来自捕获模块的信号，SIN(θ)及COS(θ)为由查找表得出的正弦/余弦值，θ为相位误差。
5.根据权利要求1所述的GPS接收机的多普勒频率补偿方法，其特征在于，所述的生成载波相位值的步骤是重复执行的，每次使用不同的多普勒频率参数，因此，每个正弦/余弦值是不同相移的偏移量。
CN2007100181492A 2007-06-29 2007-06-29 一种gps接收机的多普勒频率补偿方法 Active CN101078758B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007100181492A CN101078758B (zh) 2007-06-29 2007-06-29 一种gps接收机的多普勒频率补偿方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007100181492A CN101078758B (zh) 2007-06-29 2007-06-29 一种gps接收机的多普勒频率补偿方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101078758A true CN101078758A (zh) 2007-11-28
CN101078758B CN101078758B (zh) 2010-09-01

Family

ID=38906325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007100181492A Active CN101078758B (zh) 2007-06-29 2007-06-29 一种gps接收机的多普勒频率补偿方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101078758B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103293537A (zh) * 2012-03-05 2013-09-11 安凯(广州)微电子技术有限公司 一种高效的gps数字跟踪方法以及gps数字跟踪环
CN103472470A (zh) * 2012-06-06 2013-12-25 东莞市泰斗微电子科技有限公司 一种卫星导航信号调制解调中乘法运算实现方法和装置
CN103873108A (zh) * 2012-12-14 2014-06-18 索尼公司 通信设备
CN103873107A (zh) * 2012-12-14 2014-06-18 索尼公司 通信设备

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1110147C (zh) * 1998-03-19 2003-05-28 高淑媛 补偿卫星通信的频率漂移的装置和方法
US6741842B2 (en) * 2002-09-30 2004-05-25 Motorola, Inc. System and method for frequency management in a communication device having a positioning device
CN1333533C (zh) * 2005-05-16 2007-08-22 北京北方烽火科技有限公司 直接序列扩频移动通信系统的频率补偿方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103293537A (zh) * 2012-03-05 2013-09-11 安凯(广州)微电子技术有限公司 一种高效的gps数字跟踪方法以及gps数字跟踪环
CN103472470A (zh) * 2012-06-06 2013-12-25 东莞市泰斗微电子科技有限公司 一种卫星导航信号调制解调中乘法运算实现方法和装置
CN103472470B (zh) * 2012-06-06 2015-09-23 泰斗微电子科技有限公司 一种卫星导航信号调制解调中乘法运算实现方法和装置
CN103873108A (zh) * 2012-12-14 2014-06-18 索尼公司 通信设备
CN103873107A (zh) * 2012-12-14 2014-06-18 索尼公司 通信设备
CN103873108B (zh) * 2012-12-14 2017-01-18 索尼半导体解决方案公司 通信设备
CN103873107B (zh) * 2012-12-14 2017-07-21 索尼半导体解决方案公司 通信设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN101078758B (zh) 2010-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102282773B (zh) 用于捕捉扩频信号的方法和系统
US6466958B1 (en) Parallel frequency searching in an acquisition correlator
CN103499824B (zh) 开环gnss信号载波跟踪方法和系统
WO2009108915A2 (en) Method and apparatus for acquisition, tracking, and sub-microsecond time transfer using weak gps/gnss signals
CN1702474A (zh) 获得扩频信号的装置及方法
CN103278829A (zh) 一种基于gpu的并行导航卫星信号跟踪方法及其系统
CN101078758B (zh) 一种gps接收机的多普勒频率补偿方法
CN101802634A (zh) Gnss信号处理器
CN1413390A (zh) 接收机中的方法及接收机
CN105717522A (zh) “北斗二代”b1频段弱信号捕获方法
CN1299195A (zh) 用于同步一个接收机的方法以及一个接收机
CN101952735B (zh) 多相位码发生器和gnss接收机
EP1205764A2 (en) Method, apparatus and system for fast acquisition of a spread spectrum signal
CN116774264B (zh) 基于低轨卫星机会信号多普勒的运动目标定位方法
CN1576879A (zh) 用于定位全球定位系统相关峰值信号的方法和系统
CN1740811A (zh) 用混沌调频信号作为脉冲压缩雷达信号源的方法
CN113253316B (zh) 一种通用导航信号捕获处理方法
CN1458746A (zh) 使接收机同步的方法、系统及电子装置
CN101063717A (zh) 一种用fft进行gps信号捕获的方法
CN106656257B (zh) 确定测距码的码相位的方法、装置及用户终端
US20080191932A1 (en) Method and Device for Correlation Detection in Spread Spectrum Transmission Systems by Fast Fourier Transformation
CN107870338B (zh) 一种低更新频度的卫星导航载波跟踪方法
CN101762803B (zh) 一种应用于全球导航卫星系统接收机的差分相关器
US7498981B2 (en) Method and apparatus for real-time digital processing of satellite positional signals for fast acquisition and low SNR tracking
CN1889370A (zh) 在扩频通信中采用分块积分实现并行相关器的方法和设备

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Doppler frequency compensation method of GPS receiver

Effective date of registration: 20120413

Granted publication date: 20100901

Pledgee: Xi'an innovation technology investment Company limited by guarantee

Pledgor: Xi'an Huaxun Microelectronics Co.,Ltd.

Registration number: 2012990000150

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20130723

Granted publication date: 20100901

Pledgee: Xi'an innovation technology investment Company limited by guarantee

Pledgor: Xi'an Huaxun Microelectronics Co.,Ltd.

Registration number: 2012990000150

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Doppler frequency compensation method of GPS receiver

Effective date of registration: 20131115

Granted publication date: 20100901

Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee

Pledgor: Xi'an Huaxun Microelectronics Co.,Ltd.

Registration number: 2013990000861

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20140428

Granted publication date: 20100901

Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee

Pledgor: Xi'an Huaxun Microelectronics Co.,Ltd.

Registration number: 2013990000861

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
C56 Change in the name or address of the patentee

Owner name: XI'AN AEROSPACE HUAXUN TECHNOLOGY CO., LTD.

Free format text: FORMER NAME: XIAN HUAXUN MICROELECTRONIC CO., LTD.

CP03 Change of name, title or address

Address after: 710075 hi tech Zone, Shaanxi, Xi'an province 58, No. three, Hui International three floor

Patentee after: XI'AN AEROSPACE HUAXUN TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 710075, Shaanxi Province, Xi'an science and technology three, No. 58, Hui International 3 floor

Patentee before: Xi'an Huaxun Microelectronics Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230307

Address after: Room 401 and Room 402, Building 5, No. 690, Bibo Road, Pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai, March 2012

Patentee after: Shanghai Xingsi Semiconductor Co.,Ltd.

Address before: 710075 Floor 3, Huihao International, No. 58, Keji 3rd Road, High-tech Zone, Xi'an, Shaanxi Province

Patentee before: XI'AN AEROSPACE HUAXUN TECHNOLOGY Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right