CN103675862A

CN103675862A - 一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成方法

Info

Publication number: CN103675862A
Application number: CN201310629711.0A
Authority: CN
Inventors: 郝云霞; 王烁; 淳于瀚中; 王猛; 李兴国; 赵文亮; 刘宪阳; 岳富占; 陆华; 蒋勇
Original assignee: Space Star Technology Co Ltd
Current assignee: Space Star Technology Co Ltd
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-11-29
Also published as: CN103675862B

Abstract

一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成方法，由码同步信号产生模块、自适应间距伪码产生模块、ZV计数模块三部分组成，其核心为自适应伪码发生器模块。在不同的外部输入参数设置下可产生GPS L1CA/L5I/L5Q、BD B1/B2/B3、Galileo E5a/E5b、Glonass L1f/L2f共10种伪码，每种伪码包括超前（E）、及时（P）、滞后（L）三路码值相同、相位不同的码片，E-P-L支路的相关间距可通过外部输入参数进行配置，且在码周结束时刻可实时进行码相位、码片调整，从而完成不同卫星导航系统导航信号与信息的解扩处理。

Description

一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成方法

技术领域

本发明涉及一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成方法，可用于GPS L1CA/L5I/L5Q、BD B1/B2/B3、Galileo E5a/E5b、Glonass L1f/L2f等多种导航信号与信息的解扩处理，属于卫星应用技术领域。

背景技术

随着人类活动探索范围的扩大和科技水平的提高，全球卫星导航系统凭借其全球、全天候、连续和高精度的特点，在国防、国家安全、经济安全和社会生活中发挥着重要的作用。目前，世界主要航天大国不惜巨资发展卫星导航系统，其中已经建成的系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、以及我国的北斗一号（BD-1）区域卫星导航系统；正在实施开发建设的系统包括欧盟的Galileo（伽利略）系统，以及我国的北斗二号（BD-2）卫星导航系统等。

卫星导航系统已成为信息体系的重要基础设施，成为直接关系到国计民生的关键性技术支撑系统。目前世界上应用最广泛的是GPS接收机，但未来的GNSS接收机及其相关技术将向着多功能、高性能、集成化、软件化、多星座兼容等方向发展。由GPS单系统向多元化空间资源环境、多星座民用信号兼容以及多系统组合导航方向发展，多极化制式已在国际上得到了普遍认同。

GNSS接收机的设计融合了卫星导航、无线通信、嵌入式系统、空间信息技术等多个专业领域的知识，其技术门槛相对较高，需要大量长期的投入。新一代多系统兼容的高性能接收机不断显现出复杂程度加深和开发周期紧迫两大特点，要在更短的时限内将更多的功能、更高的性能、丰富的技术含量集成于所开发的产品之中，必须依赖于先进的设计开发及测试验证方法、平台和工具。在此背景下，GNSS软件接收机平台技术全面兴起。

目前已经公开的基于星载导航接收机基带信号处理的伪码发生器，要么只支持一种或两种导航星座的伪码，要么是通过集成多个星座的伪码产生模块来实现通用，无论哪种方式都有其不足之处，通用性差或资源占用量大，具有一定的局限性。

发明内容

本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成方法，在不同的外部输入参数设置下，仅用一种逻辑结构便可产生10种伪码：GPS L1CA/L5I/L5Q、BD B1/B2/B3、Galileo E5a/E5b、Glonass L1f/L2f，同时相关间距可配置，且在每次P支路伪码信号产生周期的末尾时刻可实时进行伪码相位、码片调整，支持四大导航星座的导航信号与信息的解扩处理，可用于设计针对多个导航星座的导航接收机。

本发明的技术解决方案是：：

一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成方法包括步骤如下:

（1）针对不同导航星座调制的伪码，输入相应的码频率控制字、码相位控制字、码片控制字和码相关间距控制字，并对其进行码NCO累加操作得到码NCO累加量，进而产生E（超前码同步信号）、P（即时码同步信号）和L（滞后码同步信号）三路的本地伪码同步信号组①，三路信号的相关间距通过码相关间距控制字进行配置；

（2）对移位寄存器组G1、G2和G1G2总状态数寄存器进行初始化，针对不同导航星座调制的伪码，不同卫星号将预先计算好的G1初相、G1抽头、G1状态数初值、G2初相、G2抽头和G1G2总状态数初值写入相应的寄存器；

（3）利用步骤（1）中的本地伪码同步信号组①驱动移位寄存器组G1和G2进行移位操作，得到E、P和L三路伪码信号组②，同时产生清零信号③；

（4）在每次P支路伪码信号产生周期的末尾时刻，通过输入的码相位和码片控制字，使伪码信号组②向前或向后实时调整若干个伪码码片或若干个伪码半码片，使其与导航星座调制的伪码迅速对准；

（5）获得伪码信息：在P支路的本地伪码同步信号的驱动下进行码相位、码片和码周计数得到码相位计数④，并通过外部调整得到码片计数⑤，同时在清零信号③和码片计数⑤的驱动下通过外部调整得到1ms码周计数⑥和1.5s码周计数⑦。

所述步骤（1）中通过设置不同输入码频率控制字、码相位控制字、码片控制字和码相关间距控制字，可以实现四大导航星座GPS、BD、Galileo和Glonass的10不同伪码输出，所述的10种伪码包括L1CA、L5I、L5Q、B1、B2、B3、E5a、E5b、L1f、L2f。

所述步骤（1）的本地伪码同步信号产生方式如下：

（1）对码NCO累加量进行求取“负-正”跳变沿操作，生成P路伪码同步信号；

（2）将“码NCO累加量+码相关间距控制字”进行求取“负-正”跳变沿，生成E路伪码同步信号；

（3）对“码NCO累加量－码相关间距控制字”进行求取“负-正”跳变沿，生成L路伪码同步信号。

所述的求取“负-正”跳变沿生成P路码同步信号的过程中：在每次P支路伪码信号产生周期的末尾时刻，将码相位控制字和码片控制字加入码NCO累加量中进行码相位、码片实时调整，同时判别码相位控制字是否为负值，当其为负值时，并且加入码相位控制字的时刻造成码NCO累加量的溢出位跳变，则不产生即时码同步信号。

所述的移位寄存器组为两组线性反馈移位寄存器，其长度为四大导航星座GPS、BD、Galileo、Glonass的伪码生成所需的移位寄存器组的最大位数。

所述的超前、即时和滞后码同步信号的相关间距可以通过外部处理器置入不同的码间距控制字，配置为1/2码片、1/4码片或1/8码片，从而将伪码的E-P-L相关间距相应的置为1/2码片、1/4码片或1/8码片，三路码片码值相同，相位不同。

所述步骤（4）中的若干个伪码码片或若干个伪码半码片的具体数量小于1个伪码周期的码片数量。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

（1）本发明在不同的外部输入参数设置下，仅采用一种逻辑结构即可对GPS、BD、Galileo、Glonass四大导航星座的导航信号进行解扩处理，具有很强的兼容性和实用性。

（2）本发明构成的导航信息处理相关器组可同时利用多个导航星座进行导航定位，同时可根据实际捕获码片的特性将超前、及时、滞后三路伪码的相关间距配置为1/2码片、1/4码片或1/8码片，操作灵活，捕获精度高。

（3）本发明产生的伪码，在每一次码周结束时，可进行码相位突跳、码片突跳调整，使码相位快速对准，搜索速度快。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图；

图2为本发明码同步信号产生原理示意图；

图3为本发明自适应间距伪码产生原理示意图；

图4为本发明ZV计数器原理示意图；

图5为本发明产生不同类型伪码仿真结果；

图6为本发明码相位突跳仿真结果；

图7为本发明码间距调整仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明提供的一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成方法，可用于设计利用多个导航星座进行导航信号解扩处理的导航接收机。本发明利用两组线性反馈移位寄存器，通过置入针对不同导航星座、不同卫星号的初相、抽头、状态数初值以及码频率、码相位、码片调整等控制量，可支持针对GPSL1CA/L5I/L5Q、BD B1/B2/B3、Galileo E5a/E5b、Glonass L1f/L2f等10种伪码的解扩处理。一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成器包括码同步信号产生模块、自适应间距伪码产生模块和ZV计数模块。

如图1所示，一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成方法包括步骤如下:

（1）针对不同导航星座调制的伪码，输入相应的码频率控制字、码相位控制字、码片控制字和码相关间距控制字，并对其进行码NCO（数控振荡器）累加操作得到码NCO累加量，进而产生E（超前码同步信号）、P（即时码同步信号）和L（滞后码同步信号）三路的本地伪码同步信号组①，三路信号的相关间距通过码相关间距控制字进行配置；

通过设置不同输入码频率控制字、码相位控制字、码片控制字和码相关间距控制字，可以实现四大导航星座GPS、BD、Galileo和Glonass的10不同伪码输出，所述的10种伪码包括L1CA、L5I、L5Q、B1、B2、B3、E5a、E5b、L1f、L2f；

本地伪码同步信号产生方式如下：

（a）对码NCO累加量进行求取“负-正”跳变沿操作，生成P路伪码同步信号；

（b）将“码NCO累加量+码相关间距控制字”进行求取“负-正”跳变沿，生成E路伪码同步信号；

（c）对“码NCO累加量－码相关间距控制字”进行求取“负-正”跳变沿，生成L路伪码同步信号。

求取“负-正”跳变沿生成P路码同步信号的过程中：在每次P支路伪码信号产生周期的末尾时刻，将码相位控制字和码片控制字加入码NCO累加量中进行码相位、码片实时调整，同时判别码相位控制字是否为负值，当其为负值时，并且加入码相位控制字的时刻造成码NCO累加量的溢出位跳变，则不产生即时码同步信号。

超前、即时和滞后码同步信号的相关间距可以通过外部处理器置入不同的码间距控制字，配置为1/2码片、1/4码片或1/8码片，从而将伪码的E-P-L相关间距相应的置为1/2码片、1/4码片或1/8码片，三路码片码值相同，相位不同。

（2）对移位寄存器组G1、G2和G1G2总状态数寄存器进行初始化，针对不同导航星座调制的伪码，不同卫星号将预先计算好的G1初相、G1抽头、G1状态数初值、G2初相、G2抽头和G1G2总状态数初值写入相应的寄存器；所述的移位寄存器组为两组线性反馈移位寄存器，其长度为四大导航星座GPS、BD、Galileo、Glonass的伪码生成所需的移位寄存器组的最大位数。

（3）利用步骤（1）中的本地伪码同步信号组①驱动（例如：在高脉冲来临时进行移位操作）移位寄存器组G1和G2进行移位操作，得到E、P和L三路伪码信号组②，同时产生清零信号③；

（4）在每次P支路伪码信号产生周期的末尾时刻，通过输入的码相位和码片控制字，使伪码信号组②向前或向后实时调整若干个伪码码片或若干个伪码半码片，使其与导航星座调制的伪码迅速对准；若干个伪码码片或若干个伪码半码片的具体数量小于1个伪码周期的码片数量。

（5）获得伪码信息：在P支路的本地伪码同步信号的驱动下进行码相位、码片和码周（1个伪码周期）计数得到码相位计数④，并通过外部调整得到码片计数⑤，同时在清零信号③和码片计数⑤的驱动下通过外部调整得到1ms码周计数⑥和1.5s码周计数⑦（外部调整是指通过外部输入的码周调整量进行校正，例如：本地伪码周计数为4，但是实际电文中计数为5，可通过外部输入1的调整量对其校正）。

如图2所示，码同步信号产生模块生成超前、即时、滞后三路码同步信号，其相关间距可配置，码相位、码片可调整，码同步信号驱动线性反馈移位寄存器进行移位操作，生成超前、即时、滞后码，同时生成Z计数、码周cycle计数等测量。

如图3所示，自适应间距伪码产生原理及内部结构。

（1）针对不同星座、不同卫星号将预先计算好的“G1初相”、“G1抽头”、“G1状态数初值”、“G2初相”、“G2抽头”、“G1G2总状态数初值”等量写入相应的寄存器，完成移位寄存器的初始化；

（2）在“码同步信号”的驱动下进行计数，当计数值达到预先置入的“G1状态数初值”时，计数器清零，并复位G1；

（3）在“码同步信号”的驱动下进行计数，当计数值达到预先置入的“G1G2状态数初值”时，计数器清零，并复位G1和G2，产生清零信号；

（4）在“码同步信号”的驱动下进行移位操作，并可以被（2）和（3）复位；

（5）在“码相关间距控制字”的驱动下，调节“超前、即时、滞后码同步信号”的相关间距，三路同步信号分别驱动G1和G2的移出位通过异或相加运算生成“超前、即时、滞后伪码信号”。

如图4所示，ZV计数器的原理及内部逻辑结构：

在清零信号驱动下，进行码周计数（1ms计数），计数范围为0～1499，计满1500个码周（1.5s），输出进位信号给“Z计数器”，该计数器可被外部置入的的“1ms计数调整字”调整；在1ms进位信号驱动下，进行Z计数（1.5s计数），计数范围为0～403199（1星期），该计数器可被DSP的“Z计数调整字”调整。

如图5、6、7所示，仿真环境设置及仿真结果分析：

仿真环境为Modelsim6.5e，仿真验证的内容包括四大导航星座10种伪码的码型正确性测试、码滑动测试、码相位突跳测试、码相关间距调整测试等，具有一定的典型性和代表性。

（1）如图5所示，产生不同类型伪码的部分仿真结果。

图（a）为GPS-SV1号星L1C/A码的仿真结果，GPS SV1号星L1C/A码的码型起始值为“1100100000”，码型正确；图（b）为BD2-SV1号星B3码的仿真结果，BD2SV1号星B3码的码型起始10个码片值为“0000000001”，结束10个码片值为“1100110011”，码型正确；图（c）为GLONASS卫星星L1码的仿真结果，GLONASS卫星L1码的码型起始10个码片值为“1111111000”，最后4个码片值是“0001”，码型正确。

（2）码相位突跳仿真结果如图6所示。

图6为GPS-L1CA码相调整仿真结果图，当下一码周期起始时，其第“0”个码片的码长度是正常码片长度的1.5倍，实现了码片向后滑动1/2码片。

（3）码间距调整仿真结果如图7所示。

图7为相关间距从1/2码片调整到1/4码片的仿真结果图，在相关距调整过程中，及时支路伪码信号的产生完全不受调整影响，E和L向P靠近至1/4个码片。因此，该种调整方式完全在支持跟踪状态下的实时调整。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims

1.一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成方法，其特征在于包括步骤如下:

（1）针对不同导航星座调制的伪码，输入相应的码频率控制字、码相位控制字、码片控制字和码相关间距控制字，并对其进行码NCO累加操作得到码NCO累加量，进而产生E、P和L三路的本地伪码同步信号组①，三路信号的相关间距通过码相关间距控制字进行配置；

2.根据权利要求1所述的一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成方法，其特征在于：所述步骤（1）中通过设置不同输入码频率控制字、码相位控制字、码片控制字和码相关间距控制字，可以实现四大导航星座GPS、BD、Galileo和Glonass的10不同伪码输出，所述的10种伪码包括L1CA、L5I、L5Q、B1、B2、B3、E5a、E5b、L1f、L2f。

3.根据权利要求1所述的一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成方法，其特征在于：所述步骤（1）的本地伪码同步信号产生方式如下：

4.根据权利要求2所述的一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成方法，其特征在于：所述的求取“负-正”跳变沿生成P路码同步信号的过程中：在每次P支路伪码信号产生周期的末尾时刻，将码相位控制字和码片控制字加入码NCO累加量中进行码相位、码片实时调整，同时判别码相位控制字是否为负值，当其为负值时，并且加入码相位控制字的时刻造成码NCO累加量的溢出位跳变，则不产生即时码同步信号。

5.根据权利要求1所述的一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成方法，其特征在于：所述的移位寄存器组为两组线性反馈移位寄存器，其长度为四大导航星座GPS、BD、Galileo、Glonass的伪码生成所需的移位寄存器组的最大位数。

6.根据权利要求1所述一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成方法，其特征在于：所述的超前、即时和滞后码同步信号的相关间距可以通过外部处理器置入不同的码间距控制字，配置为1/2码片、1/4码片或1/8码片，从而将伪码的E-P-L相关间距相应的置为1/2码片、1/4码片或1/8码片，三路码片码值相同，相位不同。

7.根据权利要求1所述一种相关间距可配的星载多频多模通用伪码生成方法，其特征在于：所述步骤（4）中的若干个伪码码片或若干个伪码半码片的具体数量小于1个伪码周期的码片数量。