CN102073053B - 一种多模gnss接收机伪随机噪声码发生单元 - Google Patents

Abstract

一种用于多模GNSS接收机的伪随机噪声码发生单元，所述单元包括，卫星导航系统选择模块，用于选择需要产生伪码的卫星导航系统；卫星选择模块，根据所述卫星导航系统选择模块所选择的卫星系统，选择需要产生伪码的卫星号；发生器模块，用于产生所需要的伪随机序列；所述发生器模块包括,移位寄存器，用于移位操作；初始相位模块，用于根据所述卫星选择模块所选择的卫星号产生所述移位寄存器的初始值；反馈系数选择器模块，根据所述卫星导航系统选择模块所选择的卫星导航系统，选择移位寄存器不同的位进行运算并反馈运算结果给所述移位寄存器的反馈位。采用上面的技术方案后，各种卫星导航系统，如GPS、北斗二代、GLONASS、GALILEO等卫星导航系统的伪码发生器得到融合，节省了电路的规模，有利于多模接收机对多种卫星导航系统信号的处理，并且可以节省基带处理芯片的面积和功耗。

Description

一种多模GNSS接收机伪随机噪声码发生单元

技术领域

本发明涉及一种多模GNSS接收机伪随机噪声码发生单元。

背景技术

GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）是一个全球范围内所有导航卫星系统的总称，它包括GPS（Global Positioning System，美国全球定位系统）、GLONASS（俄罗斯格洛纳斯导航卫星系统）、Galileo（欧洲伽利略导航卫星系统）、BeiDou（中国北斗导航卫星系统）等等，而SBAS（Satellite Based Augmentation System，星基增强系统）是辅助GNSS定位导航的卫星系统，它包括WAAS（Wide Area Augmentation System，美国广域增强系统）、EGNOS（European Geostationary Navigation Overlay Service，欧洲静地星导航重叠服务）、MSAS（Multi-Functional Satellite Augmentation System，日本多功能卫星增强系统）等等。以上所有的导航卫星系统，甚至某个导航卫星系统中不同的频点，它们产生各自系统所需的PRN码（Pseudo-Random Noise码，伪随机噪声码，简称伪码）都是不一样的。同一个卫星导航系统中的不同卫星，产生加以区分它们的伪码也不尽相同。

下面介绍伪码在导航卫星信号中所处的位置和作用，如图1所示，在卫星信号发射端101中，卫星首先把要发送的码率较低的数据码102和码率较高的该卫星伪码103模2相加实现扩频调制104，然后将扩频后的信号对载波105进行载波调制106，然后通过卫星发射天线107将该卫星信号发射出去。在接收机信号接收端108，接收天线109将接收到的卫星信号通过复制的载波111进行载波解调110，接着将载波解调后的卫星信号和接收机内复制该卫星的伪码113做相关运算，此步骤为伪码解扩112，最后可以得到解调出来的数据码114。在整个卫星信号的调制和解调中，伪码扮演着重要的角色，首先伪码良好的自相关和互相关特性使得各个卫星可以在同一频段播发信号而不相互干扰，其次，扩频调制带来的扩频增益可以抑制噪声和窄带带来的干扰。由于从卫星的伪码的码相位可以计算出接收机到卫星的距离,因此卫星的伪码又被称为测距码(Ranging Code)。

从上面可以看出，接收机中产生复制的伪码是一个必不可少的步骤，在多模接收机（是指能够处理两个或以上卫星导航系统信号的接收机）中，此步骤非常重要，由于大部分卫星导航系统（或同一个系统不同的频点）之间产生伪码的方法都不一样，比如码长度，码速率，移位寄存器长度的不同，使得大多数多模接收机都是分开不同的导航系统来产生伪码。

如图2所示，这是一种GPS L1频点（以PRN1号卫星作为例子）和GLONASS双模接收机伪码的产生方法，可以看出，它是分开不同的卫星导航系统来产生伪码的，它们相应的接收通道只能够相关处理同一种导航系统的卫星，这种伪码发生器没有使得各种导航卫星系统的真正融合，而且相应芯片的面积和功耗都会比较大。

现有的多模接收机中，伪码产生的另外一种方法是，把所有要处理的导航卫星的伪码各个码相位的值都直接计算出来，然后放到一个或多个ROM（Read Only Memory，只读存储器）中，如图3所示，GPS L1频点的每一颗卫星伪码长度都是1023，L5频点每一颗卫星伪码有两个，分别是同相I伪码和正交Q伪码，每个长度为10230，将它们前32号卫星的伪码都算出来然后放到两个ROM里面留待需要相关的时候使用。此方法虽然能使不同卫星导航系统的码发生器得到融合，但随着处理卫星数量的增多和码长度的变化，使用的ROM的面积会越来越大，而且不利于将来有新卫星发射时候伪码的更新。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够产生不同卫星导航系统伪随机噪声码的融合方案，适用于现有和将来的卫星导航系统。

本发明是这样实现的：一种用于多模GNSS接收机的伪随机噪声码发生单元，所述单元包括，卫星导航系统选择模块，用于选择需要产生伪码的卫星导航系统；卫星选择模块，根据所述卫星导航系统选择模块所选择的卫星系统，选择需要产生伪码的卫星号；发生器模块，用于产生所需要的伪随机序列；所述发生器模块包括, 移位寄存器，用于移位操作；初始相位模块，用于根据所述卫星选择模块所选择的卫星号产生所述移位寄存器的初始值；反馈系数选择器模块，根据所述卫星导航系统选择模块所选择的卫星导航系统，选择移位寄存器不同的位进行运算并反馈运算结果给所述移位寄存器的反馈位。

更进一步，所述移位寄存器的长度为N1，其中N1不小于所述多模GNSS接收机所支持卫星导航系统所规定的移位寄存器长度的最大值。

更进一步，所述发生器模块还包括输出接口，通过对初始相位进行移位操作，所述输出接口将所述移位寄存器的任意位输出。

更进一步，所述反馈系数选择器模块由可编程的开关和乘法器来选择移位寄存器上不同的位进行模2相加运算，并反馈运算结果给所述移位寄存器的反馈位。

更进一步，所述单元包括复数个所述发生器模块，所述多模GNSS接收机所支持卫星导航系统至少共用其中一个发生器模块。

更进一步，所述单元还包括，门控时钟模块，用于产生所述发生器模块所需要的工作时钟。

更进一步，所述单元还包括，门控复位模块，根据所述发生器模块产生序列的周期,复位所述发生器模块。

更进一步，所述单元还包括组合逻辑操作模块,用于根据卫星导航系统来选择发生器输出结果进行组合逻辑操作并生成伪码。

更进一步，所述组合逻辑操作模块生成复数个伪码。

本发明还提供一种用于兼容GPS L1频点和北斗二代卫星导航系统的GNSS接收机的伪随机噪声码发生单元，所述单元包括，卫星导航系统选择模块，用于选择需要产生伪码的卫星导航系统；卫星选择模块，根据所述卫星导航系统选择模块所选择的卫星系统，选择需要产生伪码的卫星号；所述单元还包括，发生器模块A，用于产生所需要的伪随机序列；所述发生器模块A包括, 移位寄存器A，长度为大于等于11，用于移位操作；初始相位模块A，用于根据所述卫星选择模块所选择的卫星号产生所述移位寄存器A的初始值；反馈系数选择器模块A，选择移位寄存器不同的位进行运算并反馈运算结果给所述移位寄存器的反馈位；发生器模块B，用于产生所需要的伪随机序列；所述发生器模块B包括, 移位寄存器B，长度为大于等于11，用于移位操作；初始相位模块B，用于根据所述卫星选择模块所选择的卫星号产生所述移位寄存器B的初始值；反馈系数选择器模块B，选择移位寄存器不同的位进行运算并反馈运算结果给所述移位寄存器的反馈位。

本发明还提供一种用于兼容GPS L1频点、GPS L5频点和GLONASS卫星导航系统的GNSS接收机的伪随机噪声码发生单元，所述单元包括，卫星导航系统选择模块，用于选择需要产生伪码的卫星导航系统；卫星选择模块，根据所述卫星导航系统选择模块所选择的卫星系统，选择需要产生伪码的卫星号；3个发生器模块，用于产生所需要的伪随机序列；其特征在于,所述发生器模块包括, 移位寄存器，长度为大于等于13，用于移位操作；初始相位模块，用于根据所述卫星选择模块所选择的卫星号产生所述移位寄存器的初始值；反馈系数选择器模块，根据所述卫星导航系统选择模块所选择的卫星导航系统，选择移位寄存器不同的位进行运算并反馈运算结果给所述移位寄存器的反馈位。 

采用上面的技术方案后，各种卫星导航系统，如GPS、北斗二代、GLONASS、GALILEO等卫星导航系统的伪码发生器得到融合，节省了电路的规模，有利于多模接收机对多种卫星导航系统信号的处理，并且可以节省基带处理芯片的面积和功耗。

附图说明

图1为卫星信号调制和解调的示意图；

图2为现有技术中一种双模接收机产生伪码的方法的示意图；

图3为现有技术中另外一种双模接收机产生伪码的方法的示意图；

图4为本发明融合方案的卫星伪码产生方法的示意图；

图5为本发明第一实施例组成的示意图；

图6位本发明第一实施例图5中反馈系数选择器的详细组成示意图;

图7为本发明第二实施例组成的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

卫星导航系统各个伪码的产生都是基于线性反馈移位寄存器，这使得各种卫星导航系统伪码的融合提供了方便。图4是本发明各卫星导航系统伪码产生的融合方案，如图所示，该方案包括：

发生器A 2011、发生器B 2012、……、发生器K 2013等K个发生器模块，K是大于等于1的自然数。K的数目是由具体的多模接收机所要处理的卫星导航系统所决定的，每个卫星导航系统的伪码发生器的形式都是不一样的，例如GPS L1频点单独的伪码产生需要2个发生器，GPS L5频点单独的伪码产生需要3个发生器，如果是处理上述两个导航系统的接收机，采用本发明的融合方案，发生器的数目K就不能少于3个。每个发生器的输出都要和组合逻辑操作模块210相连，最终产生所需要的伪码。每个发生器的架构都是一样的，下面以发生器A 2011为例说明。

发生器A 2011包括移位寄存器模块2021、初始相位模块2031、反馈系数选择器模块2041、发生器输出接口模块2051。移位寄存器模块2021的作用是实现相邻位的移位操作，它的长度N1是多模接收机根据所要处理的卫星导航系统所决定的，例如GPS L1频点发生器A 的移位寄存器长度是10，北斗二代导航系统发生器A 的移位寄存器长度是11，那么融合方案中，发生器A 2011的移位寄存器2021的长度不能少于11。

初始相位模块2031的作用是设置移位寄存器2021的初始值，不同的卫星，相位的初始值都不一样，由卫星选择模块206来选择初始的相位值，例如需要产生GPS L1频点PRN1号卫星的伪码，假设发生器A 2011的输出接口2051选择移位寄存器2021的第10位作为输出，那么初始相位2031从第1到第10位的值就应该设为1111111111。需要进一步说明的是，针对同一颗卫星，可以通过初始相位2031移位的方式来改变输出接口2051的位置，也就是说，发生器A 2011输出接口模块2051的输出并不需要固定在移位寄存器2021的某一位，也不需要用某几位抽头的模2相加来输出，通过移位改变初相2031，发生器A 2031可以选择将移位寄存器2021的任意一位作为发生器A 2031的输出。

反馈系数选择器模块2041是根据所要产生伪码的卫星导航系统来决定选择移位寄存器2021中的哪些位来进行模2相加，然后将相加的结果反馈到移位寄存器2021的第一位，例如，如果要产生GPS L1频点卫星的伪码，那么发生器A 2011需要选择移位寄存器2021的第3和第10位模2相加反馈到发生器A 2011移位寄存器2021的第1位，在后面的实例中会有相应反馈系数选择器的具体例子。一般来说, 移位寄存器2021的反馈位为移位寄存器2021第一位,另外,根据不同的设计,反馈位也可以放到移位寄存器2021的其它位。

卫星导航系统选择模块207是用于选择要产生伪码的卫星导航系统，门控时钟208和门控复位209等模块会根据选择的不同产生不同的输出。

门控时钟模块208是用于产生相应发生器所需要的时钟，该模块还可以屏蔽不使用的发生器的时钟信号。例如卫星导航系统选择模块207选择了GPS L1频点，门控时钟模块208就会产生2路时钟分别送给发生器A 2011和发生器B 2012。

门控复位模块209是用于控制发生器产生序列的周期，例如卫星导航系统选择模块207选择了GPS L5频点，由于需要将发生器A 2011的周期设置为8190，所以需要使用门控复位模块209来监测移位寄存器的值，当它为移位8190次后的值的时候，就要复位发生器A 2011。

卫星选择模块206用于选择需要产生伪码的卫星，从而改变各个发生器的初始相位值，该模块既可以用硬件实现，也可以用软件实现。

组合逻辑操作模块210用于根据不同的卫星导航系统来选择不同的发生器输出进行模2相加等操作，从而产生所需要的伪码。

本发明可以根据需要同时产生M个伪码：伪码A 2111、伪码B 2112、……、伪码M 2113，M是大于等于1的自然数。

图5是此发明方案的一个实例，GPS L1频点和北斗二代系统的融合伪码产生方案。该方案使用K等于2个发生器，发生器A 3011和发生器B 3012。移位寄存器3021和移位寄存器3022的长度都选择11位。

反馈系数选择器3041和反馈系数选择器3042的一个实现方式例如图6所示，它们都是由可编程的开关401和乘法器402来选择移位寄存器的某些位来进行模2相加操作403，然后将相加的结果输出，图中所示的都是GPS L1频点时候可编程开关所打的位置，反馈系数选择器3041选择了移位寄存器3021的第3和第10位进行模2相加，反馈系数选择器3042选择了移位寄存器3022的第2、第3、第6、第8、第9和第10位进行模2相加，相加的结果反馈到对应移位寄存器的第一位。

卫星选择模块306根据需要产生伪码的卫星分别将该卫星的不同初始相位分配给初始相位3031和初始相位3032。

根据卫星导航系统选择模块307的选择，门控时钟模块308同时产生两路处理时钟给发生器A 3011和发生器B 3012。

根据卫星导航系统选择模块307的选择，门控复位模块309可以控制发生器A 3011和发生器B 3012产生序列的周期。

该实例中，组合逻辑操作模块310的作用为：将发生器A 3011的移位寄存器3021的第10位3051和发生器B 3012的移位寄存器3022的第10位3053进行模2相加，作为GPS L1 频点卫星伪码的输出，将发生器A 3011的移位寄存器3021的第11位3052和发生器B 3012的移位寄存器3022的第11位3054进行模2相加，作为北斗二代卫星伪码的输出，可以通过卫星导航系统选择模块307的选择，改变选择开关的输出到伪码A 3111。

实际上，各个发生器输出的可以选择在移位寄存器的任意一位，而不必固定在上述的某一位，只需要改变不同的初相值。

  图7是GPS L1频点、GPS L5频点和GLONASS伪码产生的融合方案。该方案选择了K等于3个发生器，发生器A 5011、发生器B 5012和发生器C 5013，移位寄存器5021、移位寄存器5022和移位寄存器5023的长度均为13，反馈系数选择器5041、反馈系数选择器5042/和反馈系数选择器5043的形式和图6相似。

同样地，卫星选择模块506根据需要产生伪码的卫星分别将该卫星的不同初始相位分配给初始相位5031、初始相位5042和初始相位5033。

根据卫星导航系统选择模块507的选择，门控时钟模块508根据需要产生处理时钟，例如当卫星导航系统选择模块507的选择了GLONASS模式，门控时钟模块508只需要将处理时钟送给发生器A 5011，而不需要对发生器B 5012和发生器C 5013送出处理时钟信号，当卫星导航系统选择模块507的选择了GPS L5频点模式，门控时钟模块508需要将处理时钟分别送给发生器A 5011、发生器B 5012和发生器C 5013。

根据卫星导航系统选择模块507的选择，门控复位模块509可以控制发生器A 5011、发生器B 5012和发生器C 5013产生序列的周期。

该系统可以选择输出1路的GPS L1频点或GLONASS的卫星伪码A 5111，也可以选择同时输出IQ两路的GPS L5频点卫星的伪码A 5111和伪码B 5112。该方案比图5更进一步的地方是通过改变不同卫星的初始相位值，发生器可以都选择在移位寄存器的第13位输出，如输出接口5051、输出接口5052和输出接口5053.，这样可以节省组合逻辑操作模块510中硬件加法器（或者异或门）和选择器的个数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于多模GNSS接收机的伪随机噪声码发生单元，所述单元包括，

卫星导航系统选择模块，用于选择需要产生伪码的卫星导航系统；

卫星选择模块，根据所述卫星导航系统选择模块所选择的卫星系统，选择需要产生伪码的卫星号；

发生器模块，用于产生所需要的伪随机序列；其特征在于,所述发生器模块包括, 

移位寄存器，用于移位操作；

初始相位模块，用于根据所述卫星选择模块所选择的卫星号产生所述移位寄存器的初始值；

反馈系数选择器模块，根据所述卫星导航系统选择模块所选择的卫星导航系统，选择移位寄存器不同的位进行运算并反馈运算结果给所述移位寄存器的反馈位。

2.如权利要求1所述的伪随机噪声码发生单元，其特征在于，所述移位寄存器的长度为N1，其中N1不小于所述多模GNSS接收机所支持卫星导航系统所规定的移位寄存器长度的最大值。

3.如权利要求2所述的伪随机噪声码发生单元，其特征在于，所述发生器模块还包括输出接口，通过对初始相位进行移位操作，所述输出接口将所述移位寄存器的任意位输出。

4.如权利要求2所述的伪随机噪声码发生单元，其特征在于，所述反馈系数选择器模块由可编程的开关和乘法器来选择移位寄存器上不同的位进行模2相加运算，并反馈运算结果给所述移位寄存器的反馈位。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的伪随机噪声码发生单元，其特征在于，所述单元包括复数个所述发生器模块，所述多模GNSS接收机所支持卫星导航系统至少共用其中一个发生器模块。

6.如权利要求5所述的伪随机噪声码发生单元，其特征在于，所述单元还包括，门控时钟模块，用于产生所述发生器模块所需要的工作时钟。

7.如权利要求6所述的伪随机噪声码发生单元，其特征在于，所述单元还包括，门控复位模块，根据所述发生器模块产生序列的周期,复位所述发生器模块。

8.如权利要求7所述的伪随机噪声码发生单元，其特征在于，所述单元还包括组合逻辑操作模块,用于根据卫星导航系统来选择发生器输出结果进行组合逻辑操作并生成伪码。

9.如权利要求8所述的伪随机噪声码发生单元，其特征在于，所述组合逻辑操作模块生成复数个伪码。

10.一种用于兼容GPS L1频点和北斗二代卫星导航系统的GNSS接收机的伪随机噪声码发生单元，所述单元包括，

卫星导航系统选择模块，用于选择需要产生伪码的卫星导航系统；

卫星选择模块，根据所述卫星导航系统选择模块所选择的卫星系统，选择需要产生伪码的卫星号；其特征在于, 所述单元还包括，

发生器模块A，用于产生所需要的伪随机序列；所述发生器模块A包括, 移位寄存器A，长度为大于等于11，用于移位操作；初始相位模块A，用于根据所述卫星选择模块所选择的卫星号产生所述移位寄存器A的初始值；反馈系数选择器模块A，选择移位寄存器A不同的位进行运算并反馈运算结果给所述移位寄存器A的反馈位；

发生器模块B，用于产生所需要的伪随机序列；所述发生器模块B包括, 移位寄存器B，长度为大于等于11，用于移位操作；初始相位模块B，用于根据所述卫星选择模块所选择的卫星号产生所述移位寄存器B的初始值；反馈系数选择器模块B，选择移位寄存器B不同的位进行运算并反馈运算结果给所述移位寄存器B的反馈位。

11.一种用于兼容GPS L1频点、GPS L5频点和GLONASS卫星导航系统的GNSS接收机的伪随机噪声码发生单元，所述单元包括，

卫星导航系统选择模块，用于选择需要产生伪码的卫星导航系统；

卫星选择模块，根据所述卫星导航系统选择模块所选择的卫星系统，选择需要产生伪码的卫星号；

3个发生器模块，用于产生所需要的伪随机序列；其特征在于,所述发生器模块包括, 

移位寄存器，长度为大于等于13，用于移位操作；

初始相位模块，用于根据所述卫星选择模块所选择的卫星号产生所述移位寄存器的初始值；

反馈系数选择器模块，根据所述卫星导航系统选择模块所选择的卫星导航系统，选择移位寄存器不同的位进行运算并反馈运算结果给所述移位寄存器的反馈位。

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