CN101762818A - 基于码存储的gps软件接收机基带信号实时跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于码存储的GPS软件接收机基带信号实时跟踪方法，它是一种基于预存微调的本地C/A码的二进制存储，通过查表调用解决GPS软件接收机跟踪信号时间中耗时的实时码的产生问题的方法。在GPS软件接收机跟踪环路中，微调的本地C/A码产生、本地载波产生、相关积分这三个最为耗时的部分中，本地微调生成C/A码最为耗时，占用时间占整个信号跟踪处理时间的近一半。本发明使用预存微调的本地C/A码二进制数据的方法，直接载入数据查表调入数据，免去每次跟踪循环中产生微调的早码、晚码以及即时码耗费的时间，成功消除跟踪环路中码产生的时间，使跟踪速度提高了一倍。

Description

基于码存储的GPS软件接收机基带信号实时跟踪方法

技术领域

本发明涉及GPS软件接收机实时性跟踪的改进，尤其是一种基于码存储的GPS软件接收机基带信号实时跟踪方法，属于电子信息及数字信号处理技术领域。

背景技术

目前国内外对GPS软件接收机跟踪的实时性研究现状为：

(1)GPS软件接收机传统跟踪采用每单位时间调整码频率和码相位实时产生早码、晚码、即时码与卫星信号在本地的复现载波。

(2)使用性能强劲的计算机，采用多CPU内核处理或使用长指令并行处理数据方式提高跟踪环路速度。

近年来，GPS软件接收机实时性的研究在国内得到了广泛的重视和研究，它不仅具有高度的灵活性、可扩展性和良好的兼容性，能够有效的降低开发成本，缩短开发周期，而且将实现与硬件接收机同样的跟踪速度，通过软件算法补偿，还可提供更好的跟踪效果。但软件实现比硬件实现需要耗费更多的时间，因此，实时性算法的开发越来越受到重视。

目前传统跟踪方法存在的问题：

(1)GPS软件接收机跟踪环路每单位时间每次都重新生成微调的早码、晚码和即时码，十分耗时，这段码产生需要的时间就占整个跟踪时间二分之一。

(2)采用拥有多核处理器平台，更高频率的CPU，或使用长指令集进行底层编程的专用计算机，需要的投入的成本较高，不适合在普通PC上完成，更加不利于以后程序在嵌入式平台实现柔性的可移植性，没有普遍意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决GPS软件接收机跟踪环路每单位时间产生微调的早晚码和即时码耗时、算法对平台和处理器性能依赖性过大，并考虑到多平台多设备移植性等问题，提供一种基于码存储的GPS软件接收机基带信号实时跟踪方法，该方法是一种提高软件接收机跟踪实时性和可移植性的GPS信号处理方法，可通过简单有效的使用预存储的已估计的微调产生C/A码的二进制数据，通过载入内存实现查表实现实时调用早晚码和即时码，从而可在跟踪中消除本地微调C/A码产生的时间。

实现上述发明目的采取的如下：

一种基于码存储的GPS软件接收机基带信号实时跟踪方法，其特征在于：使用射频前端采集的GPS中频采样数据，统计并确定跟踪环即时产生的微调的本地C/A码码片和码频率微调的偏移范围，通过实时产生的码片间隔和码频率范围，确定码片分辨率精度，按照码相位和码频率确定的分辨率，产生32颗卫星的微调的本地C/A码，按照排列组合顺序存储为统一的二进制数据文件，生成通用的预存微调的本地C/A码，跟踪启动时，将预存微调的本地C/A码数据文件载入内存，根据不同的码微调和码频率，直接查表调用预存微调的本地C/A码数据文件，实现实时跟踪。

预存微调的本地C/A码的生成及调用具体方法是：

(1)在程序改变的前期，将每颗卫星的码按照可能就出现的码频率和码相位偏移分组成m个码频率和n个码相位的不同组合，鉴相器的输出量化在-1到1之间，量化为m个值，即量化单位为0.1个码片，那么码频率对应为m个值；码相位在0到0.2之间，即量化的最终分辨率为0.002；

(2)生成码表，将每颗卫星的m*n组码按顺序排列，保存成二进制文件：

$k=[(\left(\frac{r}{0.002}\right)-1)*m+10*(s+1)]$

公式为码表的查询公式，r为码相位，s为码频率，k为排列下标，查找所需码的位置，其中0.002是码相位量化的单位，每个码相位都将匹配m个码频率，那么k就是当前r和s所在的预存微调的本地C/A码的下标，即排列位置；通过该公式输入码频率和码相位相关参数，即可调用对应预存的微调的本地C/A码。

本发明与现有技术相比，优点及显著效果为：

(1)本发明的软件接收机实时性改进方法，首先使用射频前端采集的GPS中频采样数据，确定跟踪环即时产生的微调的本地C/A码码片和码频率微调的偏移范围。范围确定后，通过实时产生码片的间隔和码频率范围，确定码片分辨率精度。将该分辨率下的微调本地C/A码按照规律预存为二进制数据文件，最后生成的文件即是可通用的微调的本地C/A码。跟踪启动时，只需一次性将微调的本地C/A码载入内存，根据不同的码微调和码频率调整，直接查表调用已预存的微调的本地C/A码，可极大提高跟踪的速度。

(2)即时性：码产生时间消失，跟踪时间缩短一半。

(3)低成本，可重用性：不需要使用性能较高的设备，成本消耗降低，码存储的方法具通用性，具有普遍意义。

(4)准确性：能准确完成跟踪要求，跟踪不失锁，得到信息无损失。

附图说明

图1是本发明的GPS软件接收机跟踪流程图；

图2是本发明方法的实现流程图；

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细的说明：

图1是本发明的GPS软件接收机跟踪流程图，输入为射频前端采集的GPS卫星中频信号，信号与相位相差90度的本地振荡器产生的本地载波相关，产生I路和Q路两路已剥离载波的卫星信号，两路信号与其同步码相关，即I路与Q路各前后偏离0.5码片分别与已预存的微调的本地C/A码相关，剥离伪随机码，输出为导航数据信息。其中，同步码由码鉴相器输出得来，上一次循环的码鉴相器经滤波输出值确定了一组码频率和码相位，这组码频率和码相位指定了唯一一组与预存在空间里的码，包括早码、晚码和即时码。GPS卫星中频信号就是与这组码相关，剥离码，并将剥离码后的信息送入鉴相器，经过微调，产生下一次循环所要确定的码频率和码相位。

图2为使用预存微调本地C/A码方法的跟踪流程详细示意图，其详细调用过程如下：

a、跟踪开始。

b、将32颗卫星预存的微调的本地C/A码二进制数据文件载入内存空间中。

c、读入GPS卫星中频采样信号。

d、GPS卫星中频信号与本地复现载波相关，去除载波。

e、由输入参数码频率和码相位调用查找公式，查找对应的同步微调的本地C/A码，信号与同步码相关，去除伪随机码。

F、输出六路信息，继续下一循环，鉴相滤波。

本发明方法采用PC，在Matlab仿真环境下，对可实施性进行了验证，最后使用C/C++语言，证明了本方法的通用性。

Claims (2)

1.一种基于码存储的GPS软件接收机基带信号实时跟踪方法，其特征在于：使用射频前端采集的GPS中频采样数据，统计并确定跟踪环即时产生的微调的本地C/A码码片和码频率微调的偏移范围，通过实时产生的码片间隔和码频率范围，确定码片分辨率精度，按照码相位和码频率确定的分辨率，产生32颗卫星的微调的本地C/A码，按照排列组合顺序存储为统一的二进制数据文件，生成通用的预存微调的本地C/A码，跟踪启动时，将预存微调的本地C/A码数据文件载入内存，根据不同的码微调和码频率，直接查表调用预存微调的本地C/A码数据文件，实现实时跟踪。

2.根据权利要求1所述的基于码存储的GPS软件接收机基带信号实时跟踪方法，其特征在于：预存微调的本地C/A码的生成及调用具体方法是：

(1)在程序改变的前期，将每颗卫星的码按照可能就出现的码频率和码相位偏移分组成m个码频率和n个码相位的不同组合，鉴相器的输出量化在-1到1之间，量化为m个值，即量化单位为0.1个码片，那么码频率对应为m个值；码相位在0到0.2之间，即量化的最终分辨率为0.002；

(2)生成码表，将每颗卫星的m*n组码按顺序排列，保存成二进制文件：

$k=[(\left(\frac{r}{0.002}\right)-1)*m+10*(s+1)]$

公式为码表的查询公式，r为码相位，s为码频率，k为排列下标，查找所需码的位置，其中0.002是码相位量化的单位，每个码相位都将匹配m个码频率，那么k就是当前r和s所在的预存微调的本地C/A码的下标，即排列位置；通过该公式输入码频率和码相位相关参数，即可调用对应预存的微调的本地C/A码。

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