CN105301611B - 用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构，包括FPGA模块、处理器模块、存储器模块和电源模块，所述FPGA模块上设有射频数据输入接口，所述FPGA模块包括：载波模块，用于实现载波的生成和变频功能；伪码模块，用于完成信号的产生和码生成及变频并产生积分清零标志；相关器组，用于提供对本地伪码的延迟线功能及提供若干组相关器功能；观测量记录，用于记录由载波模块和伪码模块提供的数据信息；快捕模块，用于完成快速P码直捕的功能以及对P码之外的频点伪码的捕获。本发明提供的用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构，能同时接收处理GPS、GLONASS和BD的共八个频点的卫星信号。

Description

用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构

技术领域

本发明涉及卫星信号处理领域，尤其涉及用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构。

背景技术

目前卫星导航接收机有多种多样的类别，分为民用与军用、单频与多频、授时与测量、手持、车载、机载、弹载等不同的类型。虽然卫星导航接收机类别众多，但是其主要功能，还是用来获得接收机精确的位置、速度与时间信息。

由于接收的卫星信号的频点信号类型越多，对于每一个频点可以获得提供原始观测量(伪距、伪距率，载波相位，多普勒等)的卫星个数也越多，进而可以提供给信息解算部分与差分解算部分的原始观测量也越多，获得定位的结果越稳定可靠。

但是目前大多数具有卫星导航接收机基带部分只能接收处理BD2的B1、GPS的L1与GLONASS的L1中一个或者几个频点信号的组合，很少能同时接收处理GPS L1/L2/L5、GLONASS L1/L2和BD B1C/B2C/B3C八个频点的卫星信号，导致可用频点个数较少，对于差分定位等需要较多频点的原始观测量类型的场合，差分解算至少需要一个系统的两个或者两个以上频点类型信号的原始观测量，这种情况显然已经不能适用于现在的发展。

发明内容

鉴于目前卫星信号处理领域存在的上述不足，本发明提供用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构，能同时接收处理GPS L1/L2/L5、GLONASS L1/L2和BD B1C/B2C/B3C八个频点的卫星信号。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构，所述用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构包括FPGA模块、处理器模块、存储器模块和电源模块，所述FPGA模块上设有射频数据输入接口，所述处理器模块分别与所述FPGA模块和存储器模块相连，所述FPGA模块包括载波模块、伪码模块、相关器组、观测量记录和快捕模块，所述载波模块用于实现本地载波的生成和变频功能，所述伪码模块用于完成多模多系统信号的产生和码生成及变频并产生积分清零标志，所述相关器组用于提供对本地伪码的延迟线功能及提供若干组相关器功能，所述观测量记录用于记录由载波模块和伪码模块提供的数据信息，所述快捕模块用于完成快速P码直捕的功能以及对P码之外的频点伪码的捕获。

依照本发明的一个方面，所述快捕模块包括数据处理模块、检测模块、匹配滤波器、FFT模块、非相干累积模块、时序控制器和检测判决器，所述数据处理模块通过检测模块、匹配滤波器、FFT模块和非相干累积模块与所述检测判决器相连，所述时序控制器分别与所述检测模块、匹配滤波器和FFT模块相连。

依照本发明的一个方面，所述载波模块包括载波频率控制字寄存器和载波相位累加字寄存器。

依照本发明的一个方面，所述伪码模块包括码NCO、伪码发生器和伪码相位记录，所述码NCO包括码频率控制字寄存器和码相位累加字寄存器，所述伪码发生器包括GA/GB以及伪码产生逻辑寄存器，所述伪码相位记录包括伪码周期相位计数器。

依照本发明的一个方面，所述相关器组包括累加寄存器和数据缓存寄存器。

依照本发明的一个方面，所述观测量记录包括位同步计数器和帧同步计数器，主要记录的是形成载波相位的各计数器数值和形成伪距的各计数器值。

依照本发明的一个方面，所述快捕模块还包括验证模块、验证加法器、频率乘法器、非相干累积模块和验证判决器，所述数据处理模块通过验证模块、验证加法器、频率乘法器和非相干累积模块与所述验证判决器相连。

依照本发明的一个方面，所述处理器模块包括通道模块、跟踪模块、解调模块和观测量处理模块，所述通道模块用于相关值读取，所述跟踪模块用于采用载波环路结构和码环结构进行跟踪操作，所述解调模块用于在获得相关值后进行解调、位同步、帧同步和组帧校验操作处理，所述观测量处理模块用于读取硬件观测量，并向顶层发送观测量和任务消息。

本发明实施的优点：本发明所述的用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构，在FPGA模块上设有射频数据输入接口，所述FPGA模块还包括载波模块、伪码模块、相关器组、观测量记录和快捕模块，所述载波模块用于实现本地载波的生成和变频功能，所述伪码模块用于完成多模多系统信号的产生和码生成及变频并产生积分清零标志，所述相关器组用于提供对本地伪码的延迟线功能及提供若干组相关器功能，所述观测量记录用于记录由载波模块和伪码模块提供的数据信息，所述快捕模块用于完成快速P码直捕的功能以及对P码之外的频点伪码的捕获接收来自射频部分的，通过接收自射频部分的GPS L1/L2/L5、GLONASS L1/L2和BD B1C/B2C/B3C八个频点的卫星信号，根据不同卫星系统的不同频点类型，根据相应参数配置来捕获跟踪相应基带导航信号，获得八个频点的原始伪距与载波相位观测量。可以输出现有三个导航系统的八个频点的原始观测量，可用的导航系统的类型多，频点个数多，原始观测量的总类多，可以满足高精度差分定位与RTK的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构示意图；

图2为本发明所述的用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构的快捕模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构，所述用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构包括FPGA模块1、处理器模块2、存储器模块3和电源模块4，所述FPGA模块1上设有射频数据输入接口11，所述处理器模块2分别与所述FPGA模块1和存储器模块3相连，所述FPGA模块1包括载波模块12、伪码模块13、相关器组14、观测量记录15和快捕模块16，所述载波模块12用于实现本地载波的生成和变频功能，所述伪码模块13用于完成多模多系统信号的产生和码生成及变频并产生积分清零标志，所述相关器组14用于提供对本地伪码的延迟线功能及提供若干组相关器功能，所述观测量记录15用于记录由载波模块和伪码模块提供的数据信息，所述快捕模块16用于完成快速P码直捕的功能以及对P码之外的频点伪码的捕获。通过接收自射频部分的GPS L1/L2/L5、GLONASS L1/L2和BD B1C/B2C/B3C八个频点的卫星信号，根据不同卫星系统的不同频点类型，根据相应参数配置来捕获跟踪相应基带导航信号，获得八个频点的原始伪距与载波相位观测量。可以输出现有三个导航系统的八个频点的原始观测量，可用的导航系统的类型多，频点个数多，原始观测量的总类多，可以满足高精度差分定位与RTK的应用。

在实际应用中，所述快捕模块可包括数据处理模块161、检测模块162、匹配滤波器163、FFT模块164、非相干累积模块165、时序控制器166和检测判决器167，所述数据处理模块161通过检测模块162、匹配滤波器163、FFT模块164和非相干累积模块165与所述检测判决器167相连，所述时序控制器166分别与所述检测模块162、匹配滤波器163和FFT模块164相连。

在实际应用中，所述快捕模块还可包括验证模块168、验证加法器169、频率乘法器160、非相干累积模块165和验证判决器1601，所述数据处理模块通过验证模块168、验证加法器169、频率乘法器160和非相干累积165与所述验证判决器1601相连。

在实际应用中，所述数据处理模块完成将输入变频滤波后的数据进行降采样抽取和存储读取功能。所述检测模块从数据处理模块中读取并行数据，并将其按位延迟后送入匹配滤波器模块。所述匹配滤波器模块完成输入数据和本地伪码的相关以及多路并行累积。在进行数据截取后存入RAM中，同时通过读时序将数据读入到FFT模块中。

在实际应用中，所述匹配滤波器模块实际可为并行加法器相关器组。通过时序控制器控制快速相关器组按时间顺序分别对几个码相位进行检测和验证。每个FFT单元对应一个非相干累积模块，共4组FFT并行单元。FFT输入实现频率抽取模式，每次读入顺序固定，最后输出顺序按倒序排列方式控制。所述非相干累积模块对FFT模块输出的数据求模后进行非相干累积。每组非相干累积模块对应一个判决器模块，共4组并行的判决模块。4组判决模块再每2组进行比较最终比较出2个最大值。检验判决器模块每次获得非相干累积数据后，先比较频率最大值，再比较几个点的相位最大值。检验判决器模块检测当前多个相位的最大值，并将最大值结果送入验正模块进行校验。

在实际应用中，所述判决器模块的处理方式可为：

(1)对某几个相位值的多个频点数据求最大值；

(2)将最大值的结果存储输出至验正模块进行验正。

在实际应用中，所述验证判决器模块采用多次判决(2-3次)的方式进行验证。

在实际应用中，所述验证判决器模块的处理方式可为：

(1)一次验证数据求取最大值，且可选先求若干点最大值，即在检验判决模块输出的相同相位和多普勒值再做相关比较求最大值。

(2)最大值与可选的门限进行比较。

(3)如果验证通过则再选一组数据进行二次验证。

(4)二次验证数据与门限比较,且可选先求若干点最大值，如果通过门限则认为验证判决成功。

在实际应用中，所述验证加法器模块为2个(奇数组/偶数组各1个)加法树。通过M选N选择到某一个相位。并做加法累加。

在实际应用中，所述检测部分和验证部分并行流水操作，若验证几组数据能够成功，则判定检测成功。若检测部分全部搜索完成后仍没有检测成功标志，则认为检测失败。

在实际应用中，所述载波模块可包括载波频率控制字寄存器和载波相位累加字寄存器。

在实际应用中，所述伪码模块可包括码NCO、伪码发生器和伪码相位记录，所述码NCO包括码频率控制字寄存器和码相位累加字寄存器，所述伪码发生器包括GA/GB以及伪码产生逻辑寄存器，所述伪码相位记录包括伪码周期相位计数器。

在实际应用中，所述相关器组可包括累加寄存器和数据缓存寄存器。

在实际应用中，所述观测量记录可包括位同步计数器和帧同步计数器，主要记录的是形成载波相位的各计数器数值和形成伪距的各计数器值。

在实际应用中，所述处理器模块可包括通道模块、跟踪模块、解调模块和观测量处理模块，所述通道模块用于相关值读取，所述跟踪模块用于采用载波环路结构和码环结构进行跟踪操作，所述解调模块用于在获得相关值后进行解调、位同步、帧同步和组帧校验操作处理，所述观测量处理模块用于读取硬件观测量，并向顶层发送观测量和任务消息。

在实际应用中，本实施例可为如下的工作方式：

从基带信号获取相关值后，首先采用选星算法，所谓选星算法，是依据导航接收机关机前保存的星历与接收机位置信息，计算出当前接收机开机时刻的可见卫星，选择出满足一定高度角门限的可见卫星也就是一定卫星仰角门限的可见卫星；对所选择的可用卫星采用基于匹配滤波与FFT的方式进行快速的捕获，这种方式可以同时对N个码片进行捕获，加快了捕获速度节省了硬件资源，捕获失败后，捕获下一颗满足条件的可见卫星；捕获成功后获得大范围不确定度下的码相位与多普勒信息，转入确认状态；对捕获到的某颗卫星的码相位与多普勒，采用基于精捕获的方法进行确认，以便提高捕获的检测概率并且降低虚警概率；若精捕获成功，则说明已确认捕获成功，随后采用码环与锁频环对码相位和载波频率进行动态范围牵引；在牵引成功后，采用码环与锁相环结合的方式进行更为精细的码相位与载波多普勒的估计从而来进行相位锁定和频率锁定；如果相位锁定且频率锁定，则环路进入good状态，否则环路重回捕获状态，在good状态下，采用合适带宽的码环与锁相环进行码相位与载波频率的跟踪；相位频率锁定有效的good状态下，启动比特同步，解调出电文数据比特流，对GPS卫星与北斗二GEO卫星采用直方图同步，对北斗二MEO/IGSO因有NH码，采用匹配滤波方法同步，从而转为帧同步，帧同步之后进行导航电文译码，获取星历、历书信息，从星历历书获得导航定位解算所用的卫星位置、卫星速度信息及参数。

本发明实施的优点：本发明所述的用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构，在FPGA模块上设有射频数据输入接口，所述FPGA模块还包括载波模块、伪码模块、相关器组、观测量记录和快捕模块，所述载波模块用于实现本地载波的生成和变频功能，所述伪码模块用于完成多模多系统信号的产生和码生成及变频并产生积分清零标志，所述相关器组用于提供对本地伪码的延迟线功能及提供若干组相关器功能，所述观测量记录用于记录由载波模块和伪码模块提供的数据信息，所述快捕模块用于完成快速P码直捕的功能以及对P码之外的频点伪码的捕获接收来自射频部分的，通过接收自射频部分的GPS L1/L2/L5、GLONASS L1/L2和BD B1C/B2C/B3C八个频点的卫星信号，根据不同卫星系统的不同频点类型，根据相应参数配置来捕获跟踪相应基带导航信号，获得八个频点的原始伪距与载波相位观测量。可以输出现有三个导航系统的八个频点的原始观测量，可用的导航系统的类型多，频点个数多，原始观测量的总类多，可以满足高精度差分定位与RTK的应用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构，其特征在于，所述用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构包括FPGA模块、处理器模块、存储器模块和电源模块，所述FPGA模块上设有射频数据输入接口，所述处理器模块分别与所述FPGA模块和存储器模块相连，所述FPGA模块包括载波模块、伪码模块、相关器组、观测量记录和快捕模块，所述载波模块用于实现本地载波的生成和变频功能，所述伪码模块用于完成多模多系统信号的产生和码生成及变频并产生积分清零标志，所述相关器组用于提供对本地伪码的延迟线功能及提供若干组相关器功能，所述观测量记录用于记录由载波模块和伪码模块提供的数据信息，所述快捕模块用于完成快速P码直捕的功能以及对P码之外的频点伪码的捕获，所述伪码模块包括码NCO、伪码发生器和伪码相位记录，所述码NCO包括码频率控制字寄存器和码相位累加字寄存器，所述伪码发生器包括GA/GB以及伪码产生逻辑寄存器，所述伪码相位记录包括伪码周期相位计数器。

2.根据权利要求1所述的用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构，其特征在于，所述快捕模块包括数据处理模块、检测模块、匹配滤波器、FFT模块、非相干累积模块、时序控制器和检测判决器，所述数据处理模块通过检测模块、匹配滤波器、FFT模块和非相干累积模块与所述检测判决器相连，所述时序控制器分别与所述检测模块、匹配滤波器和FFT模块相连。

3.根据权利要求1所述的用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构，其特征在于，所述载波模块包括载波频率控制字寄存器和载波相位累加字寄存器。

4.根据权利要求1所述的用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构，其特征在于，所述相关器组包括累加寄存器和数据缓存寄存器。

5.根据权利要求1所述的用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构，其特征在于，所述观测量记录包括位同步计数器和帧同步计数器，记录的是形成载波相位的各计数器数值和形成伪距的各计数器值。

6.根据权利要求2所述的用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构，其特征在于，所述快捕模块还包括验证模块、验证加法器、频率乘法器、非相干累积模块和验证判决器，所述数据处理模块通过验证模块、验证加法器、频率乘法器和非相干累积模块与所述验证判决器相连。

7.根据权利要求1至6之一所述的用于将卫星信号分八频点处理的基带部分结构，其特征在于，所述处理器模块包括通道模块、跟踪模块、解调模块和观测量处理模块，所述通道模块用于相关值读取，所述跟踪模块用于采用载波环路结构和码环结构进行跟踪操作，所述解调模块用于在获得相关值后进行解调、位同步、帧同步和组帧校验操作处理，所述观测量处理模块用于读取硬件观测量，并向顶层发送观测量和任务消息。