CN101308204A - 多系统卫星导航相关器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多系统卫星导航相关器。本发明由中频信号接口、总线接口、捕获跟踪通道、快速捕获辅助通道和电源控制器五部分构成。捕获跟踪通道和快速捕获辅助通道中的可编程CA码发生器可以使相关器处理各种卫星系统的信号，同时快速捕获辅助通道可以辅助捕获跟踪通道在极短时间内完成卫星信号的捕获，电源管理控制器可以关闭任何不需要的电路。利用本发明可以处理更加广泛的卫星信号，适用于多系统兼容接收机；可以很快捕获卫星信号，适用于高动态接收机；任何空闲的电路都可以被关闭，节省功耗。

Description

多系统卫星导航相关器

技术领域

本发明涉及一种多系统卫星导航相关器，属于卫星导航领域。

背景技术

目前，全球卫星导航定位系统(Global Navigation Satellite System，简称GNSS)已经成为全球发展最快的信息产业之一，具有全球性(陆地、海洋、航空和航天)、全天候、连续性和实时性的特点，可以给用户提供定位、测速和授时等服务。由于全球卫星导航定位系统无论在民用还是在军用方面都发挥着越来越重要的作用，因此，将有越来越多的卫星定位系统被设计、建造、使用。

全球卫星导航定位系统是第二代卫星导航定位系统，目前已有的两大卫星定位系统是美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统，处于设计建造阶段的有欧洲的GALILEO系统和中国的BD2系统。多系统兼容卫星导航接收机将比单系统卫星接收机具有更高的可靠性、可用性。因此，多系统兼容卫星导航接收机成为研究的热点。

高动态卫星接收机在军事、航天、航空等领域具有广泛的应用，高动态接收机的研制对一个国家的军事、航天、航空事业的发展，有着非常重要的意义。

现有卫星导航接收机的结构如图1所示，由接收天线1、射频部分2、基带部分3和外置处理器4四部分组成。接收天线1接收导航卫星信号，射频部分2将接收到的信号进行下变频及数字量化处理，量化后的卫星中频信号输入给基带部分3。基带部分3的核心就是相关器，相关器对中频信号进行解扩、解调处理，在外置处理器4的控制下完成对卫星信号的捕获、跟踪，跟踪到卫星信号后，解析导航电文、计算伪距从而进行位置速度时间解算。

现有基带芯片的相关器部分结构框图如图2所示，由卫星中频信号接口5、捕获跟踪一通道6、捕获跟踪二通道7、……、捕获跟踪N通道8、总线接口9组成。在单卫星定位系统进行定位解算时，如单GPS定位系统，至少需要跟踪四颗卫星，所以相关器通常要具有多个捕获跟踪通道，随着数字集成电路规模的不断扩大，现在的基带芯片通常都具有12个或24个捕获跟踪通道，可以同时捕获跟踪12颗或24颗卫星。

现有卫星接收机中相关器内的每个捕获跟踪通道其结构框图如图3所示，由通道中频信号接口10、载波频率生成器11、第一载波混频器12、第二载波混频器13、第一码乘法器16、第二码乘法器17、第三码乘法器18、第四码乘法器19、第五码乘法器20、第六码乘法器21、CA码生成器14、码频率生成器15和第一累加清空器22、第二累加清空器23、第三累加清空器24、第四累加清空器25、第五累加清空器26、第六累加清空器27组成。采样量化后的卫星中频信号由通道中频信号接口10进入捕获跟踪通道，并与由载波频率生成器11产生的Cos映射本地载波和Sin映射本地载波分别在第一载波混频器12和第二载波混频器13中进行混频处理以得到I支路信号和Q支路信号。I支路信号分别通过超前E支路、即时P支路、滞后L支路与由CA码生成器14产生的CA码序列分别在第一码乘法器16、第二码乘法器17、第三码乘法器18中相乘，并分别在第一累加清空器22、第二累加清空器23、第三累加清空器24中进行累加；Q支路混频后的信号分别通过超前E支路、即时P支路、滞后L支路与由CA码生成器14产生的CA码序列分别在第四码乘法器19、第五码乘法器20、第六码乘法器21中相乘，并分别在第四累加清空器25、第五累加清空器26、第六累加清空器27中进行累加。CA码生成器14给出一个CA码序列结束信号时，第一累加清空器22、第二累加清空器23、第三累加清空器24、第四累加清空器25、第五累加清空器26、第六累加清空器27将锁存当前累加值，并将上述六个累加清空器清空，码频率生成器15每给出一次使能信号时，CA码生成器14改变一次CA码相位。

现有相关器芯片CA码发生器14一般给出2路或3路码相位，如GP2021给出即时码相位、超前/滞后/超前减滞后/抖动码相位2路码相位。现有相关器内的CA码发生器一般只能生成相对固定结构的码序列，例如生成GPS卫星的CA码序列，或者是GLONASS卫星的CA码序列。

利用现有相关器进行卫星信号的捕获时，由于要进行多普勒频率和CA码相位二维搜索，所以耗费时间较长。以常规GPS接收机为例，设多普勒搜索范围为-10KHz至+10KHz，搜索步径为500Hz，利用1ms数据捕获时，搜索每个多普勒频率，要偏移1023次CA码片，即使不考虑虚警和漏警，搜索整个多普勒频率范围，在不考虑处理器处理时间的情况下，至少需要：

$1023\×(2\×\frac{10000}{500}+1)\mathrm{ms}=41.943s$

因此现有相关器结构捕获卫星需要相当长的时间，在CA码片周期序列增多时，如2046码片，则捕获需要更长的时间，这不利于用高动态卫星接收机的实现。

发明内容

本发明的目的在于公开一种能够用于多系统卫星导航接收机的相关器结构。

本发明的相关器可以处理更加广泛的卫星信号，适用于多系统兼容接收机。同时在快速捕获辅助通道的辅助下，可以很快捕获卫星信号，在接收机由于高动态机动导致失锁时，快速捕获辅助通道可以辅助捕获跟踪通道很快完成重捕获，因此本发明的相关器结构也适用于高动态接收机。此外，在电源管理器的控制下，任何空闲的电路都可以被关闭，以节省功耗。

本发明所述的相关器由五部分组成：卫星中频信号接口、总线接口、捕获跟踪通道、快速捕获辅助通道和电源控制器，其中卫星中频信号接口和总线接口与现有相关器结构中的相同，本发明的特征在于捕获跟踪通道、快速捕获辅助通道和电源控制器。

1、捕获跟踪通道

本发明相关器中的每个非常超前、超前、即时、滞后和非常滞后五累加支路捕获跟踪通道可以用来捕获跟踪一颗卫星，所以相关器里通常包括多个这样结构的通道，例如12个，如果应用于多系统兼容接收机，相关器将包含更多的捕获跟踪通道。

每个非常超前、超前、即时、滞后和非常滞后五累加支路捕获跟踪通道的结构与现有卫星接收机中相关器内的通道结构的区别在于：

A、载波混频器采用数据选择的方法实现少量固定数据的乘法；

由于载波混频器完成数据相乘的功能，而与通常的乘法器相比，载波混频器的输入数据固定且取值范围小，利用通用乘法器实现浪费资源，而采用数据选择器根据不同的输入，输出不同的结果来实现乘法功能，可以节省资源。

B、码乘法器采用数据选择的方法实现少量固定数据的乘法；

由于码乘法器完成数据相乘的功能，而与通常的乘法器相比，码乘法器的输入数据固定且取值范围小，利用通用乘法器实现浪费资源，而采用数据选择器根据不同的输入，输出不同的结果来实现乘法功能，可以节省资源。

C、可编程CA码生成器可以产生由两个移位寄存器生成的戈德码序列，其中两个移位寄存器G1和G2的宽度N、抽头位置、相位选择逻辑均可以设置，这样可以满足各种卫星导航系统的CA码生成问题，适用于多系统兼容卫星接收机；

不同的卫星导航定位系统采用不同结构的戈德码，如俄罗斯GLONASS定位系统的戈德码码长是511bit，而美国GPS定位系统的戈德码码长是1023bit，正在设计建造的GALILEO系统和BD2系统也分别有着各自的结构，现有相关器内的CA码发生器一般只能生成相对固定结构的码序列，例如生成GPS卫星的CA码序列，或者是GLONASS卫星的CA码序列，本发明提出的可编程CA码生成器，可以进行深度编程，凡是由两个移位寄存器G1和G2构成的戈德码序列都可以生成。外置处理器可以设置G1寄存器和G2寄存器的位宽、瞬时值、抽头位置、相位选择等。

D、包含非常超前、超前、即时、滞后和非常滞后五累加支路。

由于采用五累加支路结构，可以用于处理GALILEO卫星定位系统的BOC信号，而对于其余卫星定位系统，如GPS、BD2和GLONASS等只需要三个支路即可进行跟踪处理，因此采用五累加支路捕获跟踪通道，可以处理更加广泛的卫星信号结构，能够满足多系统兼容接收机的需求。

2、快速捕获辅助通道

本发明的快速捕获辅助通道是用来辅助捕获跟踪通道快速完成卫星信号捕获的，在接收机启动、捕获跟踪通道换星及捕获跟踪通道失锁需要重捕获时工作。

本发明的快速捕获辅助通道由通道中频信号接口、载波频率生成器、载波混频器、快速可编程CA码生成器、码频率生成器、CA码同步器、CA码循环处理器和捕获结果分析器组成，其中CA码循环处理器由CA码序列寄存器、I/Q两路四个M点累加缓存器和两个M点相乘累加器组成，捕获结果分析器由I/Q两路相关结果缓存器、平方和器、可设阈值比较器和偏移位置锁存器组成。快速捕获辅助通道仅在接收机启动、捕获跟踪通道换星及捕获跟踪通道失锁需要重捕获时工作，平时处于空闲状态，以节省整个相关器的功耗。

下面结合快速捕获辅助通道辅助某捕获跟踪通道进行快速捕获的过程来介绍本发明的快速捕获辅助通道各组成部分的协同工作关系：

(1)启动快速捕获辅助通道和被辅助捕获跟踪通道；

(2)同步设定被辅助捕获跟踪通道和快速捕获辅助通道的载波频率；

(3)同时复位被辅助捕获跟踪通道的可编程CA码生成器和快速捕获辅助通道的CA码同步器；

(4)由快速捕获辅助通道的快速可编程CA码发生器在很短时间生成所选卫星的戈德码序列，并存储在CA码序列寄存器中。CA码序列寄存器中相邻的CA码相位相差1/a个码片，其中a为累加码片间隔的倒数；

(5)得到CA码完整序列后，在CA码同步器给出下一个CA码序列开始信号时，开始进行载波混频处理；

(6)对载波混频结果按1/a个码片时间进行累加，并将累加结果顺序存储到M点累加缓存器中；

(7)当一个M点累加缓存器存满时，新的载波混频累加结果将存储到另一个缓存器中，同时启动CA码循环处理器对已经得到的M点累加结果进行处理；

(8)CA码循环处理器每个时钟将CA码序列寄存器移位b个码片，其中b为每个时钟CA码序列寄存器要偏移的码片个数，b＝k/a，k为非0自然数，同时将M点累加缓存器中的累加结果与CA码序列寄存器的前M个并行相乘累加，将得到的结果存储到对应的相关结果缓存器中，相关结果缓存器的缓存深度为a*m，其中m为所选卫星戈德码序列长度，a为累加码片间隔的倒数。在经过k个戈德码周期后可以得到1个戈德码周期时间内所有CA码相位的相关结果，两相邻相关结果对应的CA码序列相差1/a个码片。设当前进行的是第i(1≤i≤k)个戈德码周期，在处理某个M点累加缓存器时，设当前处理第j个时钟时，存储位置即为j*k-k+i，其中1≤j≤r，其中r表示处理M点累加缓存器需要的时钟个数，当i≤w时，其中w表示处理M点累加缓存器时需要CA码序列寄存器多移位一次的次数，r＝(int)(m*a/k+1)；当i＞w时，r＝(int)(m*a/k)，其中w＝(m*a)％k，int表示向下取整运算，％表示求余运算。在k大于1时，每处理完一个戈德码周期时，CA码序列寄存器要相对原始序列后移i/a个码片，对于每个戈德码周期，需要处理f＝(int)(m*a/M+0.5)个M点累加缓存器，其中f表示需要处理的M点累加缓存器个数，在m*a不能整除M的情况下，最后一个M点累加缓存器不能被存满，当CA码同步器给出下一个CA码序列开始信号时即要停止缓存。设当前处理某一个戈德码周期内的第h个M点累加缓存器，则在处理之后，首先将CA码序列寄存器复位到此次戈德码周期时的初始状态，然后后移h*M/a个码片，并进入等待状态，等待下个M点累加缓存器存满；

(9)根据设定的捕获累加时间c，其中c为指定的捕获累加时间，单位为戈德码周期，重复执行(8)的CA码循环处理，在c*k个戈德码周期后可以得到累加时间为c个戈德码周期的相关结果；

(10)得到相关结果后，启动捕获结果分析器，将I、Q两路相关结果同步从相关结果缓存器中读出送入平方和器，经平方相加后与外部处理器设置的门限值进行比较，最后将最大的平方和对应的偏移位置锁存到偏移位置锁存器中；

(11)如果最大的平方和高于门限，则此时锁存的偏移位置即为被辅助通道CA码应偏移的码片数；否则，同时改变被辅助捕获跟踪通道和快速捕获辅助通道的载波频率，重复进行(5)-(10)操作；

(12)捕获结束后，关闭快速捕获辅助通道。

在快速捕获辅助通道进行辅助捕获时，需要注意的是步骤(8)中，每次CA码循环处理的时间一定要小于M点累加结果缓存的时间，设f_c为CA码频率，f_s为系统时钟，则必须满足如下关系：

$\frac{M}{a*f_c}\≥\frac{a*m}{k*f_s}$

因此在实际实现中，要根据系统的时钟频率来恰当选择M值，在时钟频率固定时，M值越小，硬件所需资源越少。

3、电源控制器

本发明的电源控制器从三个方面节省功耗：

(1)在捕获跟踪通道处理GPS、BD2和GLONASS等仅需要三个支路即可跟踪处理的卫星信号时，将多余的两个支路关闭掉；

(2)将空闲的捕获跟踪通道关闭；

(3)在不使用快速捕获辅助通道时，将快速捕获辅助通道关闭。

本发明的优点在于：

(1)可以处理更加广泛的卫星信号，适用于多系统兼容接收机；

(2)可以很快捕获卫星信号，适用于高动态接收机；

(3)任何空闲的电路都可以被关闭，可以节省功耗。

附图说明

图1是现有卫星导航接收机的一般结构；

图2是现有基带芯片中的相关器结构；

图3是现有相关器结构单个捕获跟踪通道的结构框图；

图4是本发明对应的相关器结构；

图5是本发明相关器内可编程CA码发生器的结构框图；

图6是本发明相关器内单个捕获跟踪通道的结构框图；

图7是本发明相关器内快速捕获辅助通道的结构框图。

图中：

1.接收天线                   2.射频部分

3.基带部分                   4.外置处理器

5.卫星中频信号接口           6.现有技术的捕获跟踪一通道

7.现有技术的捕获跟踪二通道   8.现有技术的捕获跟踪N通道

9.总线接口                   10.通道中频信号接口

11.载波频率生成器            12.现有技术的第一载波混频器

13.现有技术的第二载波混频器  14.CA码生成器

15.码频率生成器              16.现有技术的第一码乘法器

17.现有技术的第二码乘法器    18.现有技术的第三码乘法器

19.现有技术的第四码乘法器    20.现有技术的第五码乘法器

21.现有技术的第六码乘法器    22.现有技术的第一累加清空器

23.现有技术的第二累加清空器  24.现有技术的第三累加清空器

25.现有技术的第四累加清空器  26.现有技术的第五累加清空器

27.现有技术的第六累加清空器  28.电源控制器

29.本发明中的捕获跟踪一通道  30.本发明中的捕获跟踪二通道

31.本发明中的捕获跟踪N通道   32.快速捕获辅助通道

33.G1移位寄存器              34.G2移位寄存器

35.相位逻辑选择器            36.本发明中的第一载波混频器

37.本发明中的第二载波混频器  38.可编程CA码生成器

39.本发明中的第一码乘法器    40.本发明中的第二码乘法器

41.本发明中的第三码乘法器    42.本发明中的第四码乘法器

43.本发明中的第五码乘法器    44.本发明中的第六码乘法器

45.本发明中的第七码乘法器    46.本发明中的第八码乘法器

47.本发明中的第九码乘法器    48.本发明中的第十码乘法器

49.本发明中的第一累加清空器    50.本发明中的第二累加清空器

51.本发明中的第三累加清空器    52.本发明中的第四累加清空器

53.本发明中的第五累加清空器    54.本发明中的第六累加清空器

55.本发明中的第七累加清空器    56.本发明中的第八累加清空器

57.本发明中的第九累加清空器    58.本发明中的第十累加清空器

59.CA码同步器                  60.快速可编程CA码生成器

61.CA码循环处理器              62.捕获结果分析器

63.CA码序列寄存器              64.第一M点累加缓存器

65.第二M点累加缓存器           66.第三M点累加缓存器

67.第四M点累加缓存器           68.第一M点相乘累加器

69.第二M点相乘累加器           70.第一相关结果缓存器

71.第二相关结果缓存器          72.平方和器

73.可设阈值比较器              74.偏移位置锁存器

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

实施例为一个用Field-Programmable Gate Array(现场可编程门阵列，简称FPGA)实现的多系统导航接收机的相关器，其总体结构如图4所示，本相关器由五部分组成：卫星中频信号接口5、电源控制器28、捕获跟踪一通道29、捕获跟踪二通道30、……、捕获跟踪N通道31、快速捕获辅助通道32和总线接口9。卫星中频信号被采样量化后由卫星中频信号接口5进入相关器，并被连接到捕获跟踪一通道29、捕获跟踪二通道30、……、捕获跟踪N通道31和快速捕获辅助通道32，外置处理器4可以通过总线接口9读取上述各个通道的处理数据、设置各个通道的工作参数等；同时，电源控制器28也与捕获跟踪一通道29、捕获跟踪二通道30、……、捕获跟踪N通道31和快速捕获辅助通道32相连接。本发明的相关器中卫星中频信号接口5和总线接口9与现有相关器结构中的相同，下面着重介绍相关器中的捕获跟踪一通道29、捕获跟踪二通道30、……、捕获跟踪N通道31、快速捕获辅助通道32和电源控制器28。

1、捕获跟踪通道

实施例中相关器实现了24个捕获跟踪通道，可以同时捕获、跟踪24颗可见卫星，每个通道都具有相同的结构，如图6所示。每个捕获跟踪通道由通道中频信号接口10、载波频率生成器11、第一载波混频器36、第二载波混频器37、第一码乘法器39、第二码乘法器40、第三码乘法器41、第四码乘法器42、第五码乘法器43、第六码乘法器44、第七码乘法器45、第八码乘法器46、第九码乘法器47、第十码乘法器48、可编程CA码生成器38、码频率生成器15和第一累加清空器49、第二累加清空器50、第三累加清空器51、第四累加清空器52、第五累加清空器53、第六累加清空器54、第七累加清空器55、第八累加清空器56、第九累加清空器57、第十累加清空器58组成。每个捕获跟踪通道拥有非常超前VE、超前E、即时P、滞后L和非常滞后VL五个累加清空支路，相邻支路的CA码相位相差1/d个CA码片，d可以由外部处理器设置，其中d为可编程CA码生成器38给出的相邻CA码相位的倒数。采样量化后的卫星中频信号由通道中频信号接口10进入捕获跟踪通道，并与由载波频率生成器11产生的Cos映射本地载波和Sin映射本地载波分别在第一载波混频器36和第二载波混频器37中进行混频处理。I支路混频后的信号分别通过VE支路、E支路、P支路、L支路、VL支路与由可编程CA码生成器38产生的CA码序列分别在第一码乘法器39、第二码乘法器40、第三码乘法器41、第四码乘法器42、第五码乘法器43中相乘，并分别在第一累加清空器49、第二累加清空器50、第三累加清空器51、第四累加清空器52、第五累加清空器53中进行累加；Q支路混频后的信号分别通过VE支路、E支路、P支路、L支路、VL支路与由可编程CA码生成器38产生的CA码序列分别在第六码乘法器44、第七码乘法器45、第八码乘法器46、第九码乘法器47、第十码乘法器48中相乘，并分别在第六累加清空器54、第七累加清空器55、第八累加清空器56、第九累加清空器57、第十累加清空器58中进行累加。可编程CA码生成器38给出一个CA码序列结束信号时，第一累加清空器49、第二累加清空器50、第三累加清空器51、第四累加清空器52、第五累加清空器53、第六累加清空器54、第七累加清空器55、第八累加清空器56、第九累加清空器57、第十累加清空器58将锁存当前累加值，并将上述十个累加清空器清空；码频率生成器15每给出一次使能信号时，可编程CA码生成器38改变一次CA码相位。

本实施例相关器捕获跟踪通道与现有相关器捕获跟踪通道有如下区别：

A、载波混频器采用数据选择的方法实现少量固定数据的乘法；

实施例中的相关器3的载波频率生成器11输出的数字正交本振信号，每个周期用4级8相的数据来表示，卫星中频信号在相关器内被重采样量化为2bit数据，这样对于载波混频器36、37而言，其输入数据固定而且数据有限，根据不同的输入，输出不同的结果来实现乘法功能，可以节省资源。

B、码乘法器采用数据选择的方法实现少量固定数据的乘法；

实施例中的相关器的载波混频器36、37输出的基带信号有8个量级，可编程CA码生成器38的码相位序列只有+/-1的选择，对于码乘法器39~48而言，其输入数据固定而且数据有限，根据不同的输入，输出不同的结果来实现乘法功能，可以节省资源。

C、可编程CA码生成器38可以产生由两个移位寄存器构成如图5所示结构的戈德码序列，该结构由G1移位寄存器33、G2移位寄存器34和相位逻辑选择器35组成。G2移位寄存器34的寄存器值经过相位逻辑选择器35选择后，将所选相位进行异或处理，其结果与G1移位寄存器33的输出进行异或得到最终的CA码。其中两个移位寄存器：G1移位寄存器33和G2移位寄存器34的宽度N、抽头位置、相位逻辑选择器35均可以根据所选卫星的CA码结构来设置。这样可以满足各种卫星导航系统的CA码生成问题，适用于多系统兼容卫星接收机；

不同的卫星导航定位系统采用不同结构的戈德码，如俄罗斯的GLONASS定位系统其戈德码码长是511bit，而美国的GPS定位系统其戈德码码长是1023bit，正在设计建造的GALILEO系统和BD2系统也分别有着各自的结构，现有相关器内的CA码发生器一般只能生成相对固定结构的码序列，例如生成GPS卫星的CA码序列，或者是GLONASS卫星的CA码序列，本发明提出的可编程CA码生成器，可以进行深度编程，凡是由两个移位寄存器G1和G2构成如图5所示结构的戈德码序列都可以生成。外置处理器4可以设置G1寄存器和G2寄存器的位宽，瞬时值，抽头位置、相位选择等。

D、包含非常超前、超前、即时、滞后和非常滞后五累加支路。

由于采用五累加支路结构，可以用于处理GALILEO卫星定位系统的BOC信号，而对于其余卫星定位系统，如GPS、BD2和GLONASS等只需要3个支路即可进行跟踪处理，因此采用五累加支路捕获跟踪通道，可以处理更加广泛的卫星信号结构，能够满足多系统兼容接收机的需求。

2、快速捕获辅助通道

实施例中的相关器拥有一个快速捕获辅助通道32，快速捕获辅助通道32采用六十四点累加缓存器和六十四点并行相乘累加器，其结构框图如图7所示。实施例中相关器的快速捕获辅助通道32由通道中频信号接口10、载波频率生成器11、第一载波混频器36、第二载波混频器37、快速可编程CA码发生器60、码频率生成器15、CA码同步器59、CA码循环处理器61和捕获结果分析器62组成。其中CA码循环处理器61由CA码序列寄存器63、第一M点累加缓存器64、第二M点累加缓存器65、第三M点累加缓存器66、第四M点累加缓存器67和第一M点相乘累加器68、第二M点相乘累加器69组成；捕获结果分析器62由第一相关结果缓存器70、第二相关结果缓存器71、平方和器72、可设阈值比较器73和偏移位置锁存器74组成。采样量化后的卫星中频信号由通道中频信号接口10进入快速捕获辅助通道，并与由载波频率生成器11产生的Cos映射本地载波和Sin映射本地载波分别在第一载波混频器36和第二载波混频器37中进行混频处理，CA码同步器59根据选定的卫星号在码频率生成器15给出的使能信号配合下，给出CA码同步信号，以便与被辅助捕获跟踪通道保持同样的CA码相位，快速可编程CA码发生器60将产生的CA码序列存放在CA码循环处理器61中的CA码序列寄存器63中，混频后的I支路信号和Q支路信号在CA码循环处理器61中分别进行累加缓存，I支路的累加结果按乒乓方式存储到第一M点累加缓存器64或第二M点累加缓存器65，Q支路的累加结果按乒乓方式存储到第三M点累加缓存器66或第四M点累加缓存器67中，根据设定在码频率生成器15给出的若干使能信号后，正在存储中的M点累加缓存器完成一点累加，进入下一点累加过程，I、Q支路存储完成的M点累加缓存器的值与CA码序列寄存器63中的CA码分别在第一M点相乘累加器68和第二M点相乘累加器69中循环进行M点并行相乘累加，所得结果分别累加缓存到第一相关结果缓存器70和第二相关结果缓存器71中。在完成指定时间的相关累加后，在捕获结果分析器62中对相关结果进行处理，第一相关结果缓存器70和第二相关结果缓存器71对应位置的缓存结果在平方和器72中进行平方相加，所得结果在可设阈值比较器73中与设定的阈值进行比较，同时在偏移位置锁存器74中锁存一个偏移位置值，该偏移位置值为最大平方和所对应的相关结果缓存器中的存储位置。快速捕获辅助通道32仅在接收机启动、捕获跟踪通道换星及捕获跟踪通道失锁需要重捕获时工作，平时处于空闲状态，以节省整个相关器的功耗。

下面结合实施例中的相关器快速捕获辅助通道32辅助某捕获跟踪通道进行快速捕获的过程来介绍本发明的快速捕获辅助通道32各组成部分的协同工作关系：

(1)启动快速捕获辅助通道；

(2)同步设定被辅助捕获跟踪通道和快速捕获辅助通道的载波频率；

(3)同时复位被辅助捕获跟踪通道的可编程CA码生成器38和快速捕获辅助通道32的CA码同步器59；

(4)由快速捕获辅助通道32的快速可编程CA码发生器60在很短时间生成所选卫星的CA码序列，并存储在CA码序列寄存器63中。CA码序列寄存器63中相邻的CA码相位相差1个码片；

(5)得到CA码完整序列后，在CA码同步器59给出下一个CA码序列开始信号时，开始进行载波混频处理；

(6)对载波混频结果按1个码片时间进行累加，并将累加结果顺序存储到六十四点累加缓存器64、65、66、67中；

(7)当一个六十四点累加缓存器存满时，新的载波混频累加结果将存储到另一个缓存器中，同时启动CA码循环处理器61对已经得到的六十四点累加结果进行处理；

(8)CA码循环处理器61每个时钟将CA码序列寄存器63移位1个码片，同时将六十四点累加缓存器中的累加结果与CA码序列寄存器63的前六十四个并行相乘累加，将得到的结果存储到对应的相关结果缓存器70、71中，相关结果缓存器的缓存深度为1023。在经过1个戈德码周期后可以得到1个戈德码周期时间内所有CA码相位的相关结果，两相邻相关结果对应的CA码序列相差1个码片。在处理某个六十四点累加缓存器时，设当前处理第j(1≤j≤1023)个时钟时，存储位置即为j。对于1个戈德码周期，需要处理16个64点累加缓存器。设当前处理第h个64点累加缓存器，则在处理之后，首先将CA码周期序列寄存器复位到初始状态，然后后移h*64个码片，并进入等待状态，等待下个64点累加缓存器存满；

(9)根据设定的捕获累加时间c，重复执行8的CA码循环处理，在c个戈德码周期后可以得到累加时间为c个戈德码周期的相关结果；

(10)得到相关结果后，启动捕获结果分析器62，将I、Q两路相关结果同步从相关结果缓存器70、71中读出送入平方和器72，经平方相加后与外部处理器4设置的门限值进行比较，最后将最大的平方和对应的偏移位置锁存到偏移位置锁存器74中；

(11)如果最大的平方和高于门限，则此时锁存的偏移位置即为被辅助通道CA码应偏移的码片数；否则，同时改变被辅助捕获跟踪通道和快速捕获辅助通道32的载波频率，重复进行5-10操作；

(12)捕获结束后，关闭快速捕获辅助通道32。

在接收机高动态机动，捕获跟踪通道进入失锁状态时，通过该快速捕获辅助通道32进行辅助捕获，在处理GPS卫星信号时，设多普勒搜索范围为-10KHz至+10KHz，搜索步径为500Hz，理论上82ms内即可使失锁通道重新进入跟踪状态，因此本相关器结构可以用于高动态卫星接收机。

3、电源控制器

实例中的电源控制器可以从三个方面节省功耗：

(1)、在捕获跟踪通道处理GPS、BD2和GLONASS等仅需要三个累加支路即可跟踪处理的卫星信号时，将多余的两个累加支路关闭：将多余的两个累加支路设置在复位状态，并关闭对应的驱动时钟；

(2)、将空闲的捕获跟踪通道关闭：将空闲的捕获跟踪通道设置在复位状态，并关闭对应的驱动时钟；

(3)、在不使用快速捕获辅助通道32时，将快速捕获辅助通道32关闭：将快速捕获辅助通道32设置在复位状态，并关闭对应的驱动时钟。

Claims (10)

1、多系统卫星导航相关器，包括卫星中频信号接口和总线接口，其特征在于还包括：捕获跟踪通道、快速捕获辅助通道和电源控制器；

其中捕获跟踪通道包括捕获跟踪一通道(29)、捕获跟踪二通道(30)、……、捕获跟踪N通道(31)；

相关器由卫星中频信号接口(5)接入采样量化后的卫星中频信号，并被连接到捕获跟踪一通道(29)、捕获跟踪二通道(30)、……、捕获跟踪N通道(31)和快速捕获辅助通道(32)；

总线接口(9)与卫星导航接收机的外置处理器相连接，外置处理器通过总线接口(9)读取捕获跟踪一通道(29)、捕获跟踪二通道(30)、……、捕获跟踪N通道(31)和快速捕获辅助通道(32)的处理数据，并设置各个通道的工作参数；

电源控制器(28)与捕获跟踪一通道(29)、捕获跟踪二通道(30)、……、捕获跟踪N通道(31)和快速捕获辅助通道(32)相连接。

2、根据权利要求1所述的多系统卫星导航相关器，其特征在于所述的每个捕获跟踪通道由通道中频信号接口(10)、载波频率生成器(11)、第一载波混频器(36)、第二载波混频器(37)、第一码乘法器(39)、第二码乘法器(40)、第三码乘法器(41)、第四码乘法器(42)、第五码乘法器(43)、第六码乘法器(44)、第七码乘法器(45)、第八码乘法器(46)、第九码乘法器(47)、第十码乘法器(48)、可编程CA码生成器(38)、码频率生成器(15)和第一累加清空器(49)、第二累加清空器(50)、第三累加清空器(51)、第四累加清空器(52)、第五累加清空器(53)、第六累加清空器(54)、第七累加清空器(55)、第八累加清空器(56)、第九累加清空器(57)、第十累加清空器(58)组成；

采样量化后的卫星中频信号由通道中频信号接口(10)进入捕获跟踪通道，并与由载波频率生成器(11)产生的Cos映射本地载波和Sin映射本地载波分别在第一载波混频器(36)和第二载波混频器(37)中进行混频处理以得到I支路信号和Q支路信号；

I支路信号分别通过非常超前VE支路、超前E支路、即时P支路、滞后L支路、非常滞后VL支路与由可编程CA码生成器(38)产生的CA码序列分别在第一码乘法器(39)、第二码乘法器(40)、第三码乘法器(41)、第四码乘法器(42)、第五码乘法器(43)中相乘，并分别在第一累加清空器(49)、第二累加清空器(50)、第三累加清空器(51)、第四累加清空器(52)、第五累加清空器(53)中进行累加；

Q支路信号分别通过非常超前VE支路、超前E支路、即时P支路、滞后L支路、非常滞后VL支路与由可编程CA码生成器(38)产生的CA码序列分别在第六码乘法器(44)、第七码乘法器(45)、第八码乘法器(46)、第九码乘法器(47)、第十码乘法器(48)中相乘，并分别在第六累加清空器(54)、第七累加清空器(55)、第八累加清空器(56)、第九累加清空器(57)、第十累加清空器(58)中进行累加；

可编程CA码生成器(38)给出一个CA码序列结束信号时，第一累加清空器(49)、第二累加清空器(50)、第三累加清空器(51)、第四累加清空器(52)、第五累加清空器(53)、第六累加清空器(54)、第七累加清空器(55)、第八累加清空器(56)、第九累加清空器(57)、第十累加清空器(58)锁存当前累加值，并将上述十个累加清空器清空；码频率生成器(15)每给出一次使能信号时，可编程CA码生成器(38)改变一次CA码相位。

3、根据权利要求1或2所述的多系统卫星导航相关器，其特征在于所述的每个捕获跟踪通道拥有非常超前VE、超前E、即时P、滞后L和非常滞后VL五个累加清空支路，相邻支路的CA码相位相差1/d个CA码片，d由外部处理器设置，其中d为可编程CA码生成器(38)给出的相邻CA码相位的倒数。

4、根据权利要求2所述的多系统卫星导航相关器，其特征在于：

所述的每个捕获跟踪通道的载波频率生成器，用于产生本地数字振荡信号，其输出频率由外置处理器设置；载波频率生成器里包含相位映射电路，输出两路正交的数字本振信号，这两路正交的数字本振信号与输入卫星中频信号分别混频，生成I路基带信号和Q路基带信号；

所述的每个捕获跟踪通道的码频率生成器，为可编程CA码生成器提供时钟信号，其输出频率由外置处理器设置；

所述的每个捕获跟踪通道的载波混频器，将输入的卫星下变频信号与本地数字本振信号混频，生成数字基带信号；

所述的每个捕获跟踪通道的可编程CA码生成器，产生一指定码长、指定码周期序列的戈德码；可编程CA码生成器每次输出5个CA码相位，分别为非常超前相位、超前相位、即时相位、滞后相位和非常滞后相位，5个码相位之间依次相差1/d个码片，其中d为可编程CA码生成器(38)给出的相邻CA码相位的倒数；

所述的每个捕获跟踪通道的码乘法器，将基带数字信号与可编程CA码生成器输出序列相乘；

所述的每个捕获跟踪通道的累加清空器，对码乘法器输出结果进行累加，累加时间为1个戈德码周期，在戈德码复位时，累加清空器清零。

5、根据权利要求1所述的多系统卫星导航相关器，其特征在于所述的快速捕获辅助通道(32)由通道中频信号接口(10)、载波频率生成器(11)、第一载波混频器(36)、第二载波混频器(37)、快速可编程CA码发生器(60)、码频率生成器(15)、CA码同步器(59)、CA码循环处理器(61)和捕获结果分析器(62)组成；

其中CA码循环处理器(61)由CA码序列寄存器(63)、第一M点累加缓存器(64)、第二M点累加缓存器(65)、第三M点累加缓存器(66)、第四M点累加缓存器(67)和第一M点相乘累加器(68)、第二M点相乘累加器(69)组成；

捕获结果分析器(62)由第一相关结果缓存器(70)、第二相关结果缓存器(71)、平方和器(72)、可设阈值比较器(73)和偏移位置锁存器(74)组成；

采样量化后的卫星中频信号由通道中频信号接口(10)进入快速捕获辅助通道，并与由载波频率生成器(11)产生的Cos映射本地载波和Sin映射本地载波分别在第一载波混频器(36)和第二载波混频器(37)中进行混频处理；CA码同步器(59)根据选定的卫星号在码频率生成器(15)给出的使能信号配合下，给出CA码同步信号，以便与被辅助捕获跟踪通道保持同样的CA码相位；快速可编程CA码发生器(60)将产生的CA码序列存放在CA码序列寄存器(63)中；

混频后的I支路信号和Q支路信号在CA码循环处理器(61)中分别进行累加缓存，I支路的累加结果按乒乓方式存储到第一M点累加缓存器(64)或第二M点累加缓存器(65)，Q支路的累加结果按乒乓方式存储到第三M点累加缓存器(66)或第四M点累加缓存器(67)中，根据设定在码频率生成器(15)给出的指定数量的使能信号后，正在存储中的M点累加缓存器完成一点累加，进入下一点累加过程，I、Q支路存储完成的M点累加缓存器与CA码序列寄存器(63)中的CA码分别在第一M点相乘累加器(68)和第二M点相乘累加器(69)中循环进行M点并行相乘累加，所得结果分别累加缓存到第一相关结果缓存器(70)和第二相关结果缓存器(71)中；

在完成指定时间的相关累加后，在捕获结果分析器(62)中对相关结果进行处理，第一相关结果缓存器(70)和第二相关结果缓存器(71)对应位置的缓存结果在平方和器(72)中进行平方相加，所得结果在可设阈值比较器(73)中与设定的阈值进行比较，同时在偏移位置锁存器(74)中锁存最大平方和对应的相关结果缓存器中的位置；

当在搜索某一多普勒频率时，如果快速捕获辅助通道(32)的捕获结果分析器锁存的最大平方和高于设定的捕获门限值，且其最大平方和对应的码片位置为e，则被辅助通道的CA码生成器应偏移e/a个码片，其中e为最大平方和对应的码片位置，a为累加码片间隔的倒数。

6、根据权利要求5所述的多系统卫星导航相关器，其特征在于：

所述的快速捕获辅助通道的载波频率生成器，产生本地数字振荡信号，其输出频率由外置处理器设置；载波频率生成器里包含相位映射电路，输出两路正交的数字本振信号，这两路正交的数字本振信号与输入卫星中频信号分别混频，生成I路基带信号和Q路基带信号；

所述的快速捕获辅助通道的码频率生成器，为CA码同步器提供时钟信号，其输出频率由外置处理器设置；

所述的快速捕获辅助通道的载波混频器，将相关器输入的卫星下变频信号与本地数字本振信号混频，生成数字基带信号；

所述的快速捕获辅助通道的快速可编程CA码生成器，在短时间内生成所选卫星对应的戈德码，并缓存到CA码周期序列寄存器中，CA码周期序列寄存器的深度为a*m，其中m为所选卫星戈德码序列长度，a为累加码片间隔的倒数；

所述的快速捕获辅助通道的CA码序列寄存器，用来存放所述的快速可编程CA码生成器生成的CA码序列；

所述的快速捕获辅助通道的CA码同步器，用来使快速捕获辅助通道同被辅助捕获跟踪通道保持CA码相位同步；

所述的快速捕获辅助通道的M点累加缓存器，将数字基带信号按1/a个码片间隔累加，并缓存于M点累加缓存器中，对于I、Q每个支路均构成乒乓缓存方式，在写入第二个M点累加缓存器时，已经缓存好数据的第一个M点累加缓存器用于相关处理，I路和Q路同步缓存；

所述的快速捕获辅助通道的M点相乘累加器，将M点累加缓存器中的累加结果与CA码序列寄存器的前M个码片并行相乘累加，一个时钟即得到相乘累加的结果；

所述的快速捕获辅助通道的CA码循环处理器，将M点累加缓存器中的累加结果与CA码序列寄存器的前M个码片并行相乘累加，CA码循环处理器每个时钟将CA码序列寄存器中的CA码序列移位b个码片，其中b为每个时钟CA码序列寄存器要偏移的码片个数，每循环处理一次将CA码序列寄存器中的CA码序列后移M/a个码片；

所述的快速捕获辅助通道的相关结果缓存器，将CA码循环处理器得到每个CA码序列状态的结果进行捕获时间内的累加，捕获累加时间设为c个戈德码周期，相关结果缓存器的深度为a*m，其中c为指定的捕获累加时间，单位为戈德码周期，m为所选卫星戈德码序列长度，a为累加码片间隔的倒数；

所述的快速捕获辅助通道的平方和器，将I、Q相关结果缓存器对应位置的缓存结果进行平方相加；

所述的快速捕获辅助通道的可设阈值比较器，由外置处理器设置阈值，作为捕获门限值，并与平方和器的输出结果进行比较；

所述的快速捕获辅助通道的偏移位置锁存器，当平方和器的结果高于当前得到的最大值时，锁存对应的相关结果缓存器存储位置；

所述的快速捕获辅助通道的捕获结果分析器，将I、Q两路的相关结果缓存器中对应码片状态的相关结果进行平方相加，并与外部处理器设置的捕获门限值进行比较，锁存最大平方和对应的码片位置。

7、根据权利要求1或5所述的多系统卫星导航相关器，其特征在于所述的快速捕获辅助通道(32)仅在接收机启动、捕获跟踪通道换星及捕获跟踪通道失锁需要重捕获时工作，平时处于空闲状态；

利用快速捕获辅助通道(32)辅助捕获跟踪通道捕获时，被辅助捕获跟踪通道的载波生成器与快速捕获辅助通道(32)的载波生成器同步，被辅助捕获跟踪通道的码频率生成器与快速捕获辅助通道(32)的码频率生成器同步，被辅助捕获跟踪通道的CA码相位与快速捕获辅助通道(32)的CA码相位同步且在被辅助过程中被辅助捕获跟踪通道的CA码发生器不偏移。

8、根据权利要求4和6所述的多系统卫星导航相关器，其特征在于所述的捕获跟踪通道和快速捕获辅助通道(32)中的载波混频器采用数据选择的方法实现数据相乘；所述的捕获跟踪通道中的码乘法器同样采用数据选择的方法实现数据相乘。

9、根据权利要求4所述的多系统卫星导航相关器，其特征在于所述的可编程CA码生成器产生由两个移位寄存器构成的戈德码序列，该戈德码序列结构由G1移位寄存器(33)、G2移位寄存器(34)和相位逻辑选择器(35)组成；

G2移位寄存器(34)的寄存器值经过相位逻辑选择器(35)选择后，将所选相位进行异或处理，其结果与G1移位寄存器(33)的输出进行异或得到最终的CA码；

其中两个移位寄存器：G1移位寄存器(33)和G2移位寄存器(34)的宽度N、抽头位置、相位逻辑选择器(35)均根据所选定的卫星来进行设置；快速可编程CA码生成器生成所选卫星对应的CA码，并缓存到CA码序列寄存器中；快速捕获辅助通道中的CA码同步器不产生具体CA码序列，只是保持与被辅助通道的CA码生成器同步，具有相同的CA码相位。

10、根据权利要求1所述的多系统卫星导航相关器，其特征在于所述的电源控制器：

A.在捕获跟踪通道处理GPS、BD2和GLONASS仅需要三个累加支路跟踪处理的卫星信号时，将多余的两个累加支路关闭：将多余的两个累加支路设置在复位状态，并关闭对应的驱动时钟；

B.将空闲的捕获跟踪通道关闭：将空闲的捕获跟踪通道设置在复位状态，并关闭对应的驱动时钟；

C.在不使用快速捕获辅助通道时，将快速捕获辅助通道关闭：将快速捕获辅助通道(32)设置在复位状态，并关闭对应的驱动时钟。

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