CN106772477A - 卫星定位系统的接收机及卫星信号处理方法 - Google Patents

Abstract

一种卫星定位系统所使用的接收机，包括至少一个具有被配置为接收卫星信号的输入级的接收信道，卫星信号具有属于一个频带或属于不同的频带的不同的星座频率。接收信道还包括频率变换级，其被连接至输入级(EE)并且包括可控制的本地振荡器设备，可控制的本地振荡器设备被配置为传送分别适用于不同的星座频率的不同的频率变换信号。接收信道的处理级被连接至频率变换级并且包括控制电路，控制电路被配置为控制本地振荡器设备，从而顺序地且循环地传送不同的频率变换信号。

Description

卫星定位系统的接收机及卫星信号处理方法

优先权声明

本申请要求2015年11月19日提交的编号为1561136的法国专利申请的优先权，其公开内容通过引用被并入。

技术领域

本发明的实施例涉及无线电频率接收机，并且更具体地涉及，例如，在卫星定位系统中使用的无线电频率接收机，本领域技术人员通常使用缩略词“GNSS”(“全球导航卫星系统”)来指代该系统。

这种系统的示例包括：美洲的“全球定位系统(GPS)”、俄罗斯的全球卫星导航系统(使用了俄文的首字母缩写的“GLONASS”)、被称作“伽利略”的欧洲定位系统、被称作“指南针”/“北斗”的中国卫星定位和导航系统、区域定位系统；例如，所述区域定位系统包括印度的区域导航卫星系统(IRNSS)、对GPS系统进行补充的区域卫星定位系统(“准天顶卫星系统(QZSS)”)、以及诸如“广域增强系统(WAAS)”的卫星增强系统(SBAS)、以及用缩略词EGNOS、MSAS、GAGAN表示的已知系统，但是并不限于这些示例。

背景技术

通常，卫星定位系统所使用的接收机都能够接收来自如上所述的一个或多个卫星定位系统的不同的多个频率的卫星信号，所述卫星定位系统必须被设计成管理具有诸如大于400MHz的大的频率间隔的多个频带。

通常而言，这种类型的接收机都包括无线电频率输入级(前端)，其中包括并行布置的多个专用的输入通道。每个专用通道都被设计成接收具有专用星座频率(constellation frequency)的卫星信号。

然而，这种多个专用输入通道的配置使设计复杂化，并且增加了接收机的总体成本。

发明内容

根据一个实施例，由此提出了提供一种低成本和低复杂度的技术解决方案，从而用于实现卫星定位系统所使用的无线电频率接收机。

根据一个方面，提出了实现卫星定位系统所使用的接收机。这种接收机包含至少一个接收信道，所述至少一个接收信道包括：被配置为接收多个卫星信号的输入级，所述多个卫星信号具有属于一个频带或属于不同的频带的不同的星座频率；频率变换(transposition)级，其被连接至输入级并且包括可控制的本地振荡器设备，所述可控制的本地振荡器设备被配置为传送分别适用于不同的星座频率或分别适用于不同的频带的不同的频率变换信号；以及，处理级，所述处理级被连接至频率变换级并且包括控制电路(means)，所述控制电路被配置为控制本地振荡器设备，采用这种方式来使其顺序地且循环地传送不同的频率变换信号。

这种类型的本地振荡器设备由此允许接收机在一个相同的接收信道中顺序地且循环地对不同的卫星信号进行变换和处理。

也就是说，虽然现有技术中的接收信道通过一个频率变换信号的变换被专用于一个星座频率或被专用于一个频带，但是根据这一方面的接收信道却被专用于多个不同的星座频率的集合，所述多个不同的星座频率通过同一个可控制的本地振荡器设备所传送的多个不同的频率变换信号的集合被顺序地分别进行变换，例如，所述可控制的本地振荡器包括分数锁相环，其中的分频值实现了对正确的变换频率的选定。

这些不同的星座频率可以属于相同的频带或属于不同的频带。在后一种情况下，每种星座频率可以属于不同的频带，或者某些频率可以属于相同的频带、而其它的频率可以属于另一个频带或属于多个其它的频带。也就是说，不同的频带的数目不一定等于不同的星座频率的数目。

当星座频率属于不同的频带时，变换信号可以适用于这些不同的频带。

根据一个实施例，处理级包括滤波模块，其被连接至频率变换级的输出并且具有可变带宽，从而在由每个变换信号进行的变换之后适用于星座频率或适用于经变换的卫星信号的频带。控制电路还被配置为根据所选择的变换信号来选择滤波模块的带宽。

例如，处理级包括被连接至滤波模块的输出的模数转换模块，以及包含所述控制电路的数字处理模块。

尽管不是必要的，但是处理级还可以有利的包括自动增益控制(AGC)模块，其被连接在滤波模块和模数转换模块之间。该自动增益控制模块显著地实现了在模数转换模块的输入端自动地维持恒定的噪声水平。

该数字处理模块还可以有利地包括采集区块(block)，其被配置为对经变换的不同的卫星信号执行采集；以及，追踪区块，其被配置为对所采集的不同的卫星信号进行追踪。而且，采集区块和追踪区块有利地由控制电路进行控制。

根据不同的方面，提出了一种卫星信号的处理方法，所述方法包含：在同一个接收信道中重复多个卫星信号，所述多个卫星信号具有属于一个频带或属于不同的频带的不同的星座频率；顺序地并循环地产生不同的频率变换信号，所述不同的频率变换信号分别适用于不同的星座频率或适用于不同的频带；以及，基于适用的频率变换信号来进行卫星信号的频率变换，采用这种方式来顺序地并循环地传送经变换的卫星信号。

根据一个方面，所述方法还包括：采集经变换的不同的卫星信号，以及追踪所采集的不同的卫星信号。

附图说明

可以从通过非限制性示例的方式给出的、并且在附图中说明的各个实施例的详细描述中找到本发明的其它优点和特性，在附图中：

图1至图5示意性地图示了本发明的各个不同的方面。

具体实施方式

图1图示了卫星定位系统所使用的接收机R，其能够接收具有来自不同的卫星定位系统的不同的星座频率的卫星信号SS，例如，所述不同的卫星定位系统是如上文所述的“GPS”、“GLONASS”、“伽利略”、“指南针”或“北斗”、“IRNSS”、“QZSS”、以及“WAAS”等。

接收机R包括天线ANT来接收卫星信号SS。

在下文描述的示例实施例中，卫星信号SS属于不同的频带。

天线ANT被连接至接收信道CHR。

接收信道CHR包括输入级EE，例如，输入级EE包括，连接至所述天线ANT的低噪声放大器(LNA)。

接收信道CHR还包括频率变换级ETF，其被连接至输入级EE，并且包括可控制的本地振荡器设备DOL和混频器MF，例如，所述混频器MF具有本领域技术人员所知的镜频抑制结构。

混频器MF接收信号SS，并且使用根据控制信号SC的控制而通过本地振荡器设备DOL所传送的频率变换信号STF对其频率进行变换。

例如，本地振荡器设备DOL可以是本领域技术人员所知的分数锁相环(PLL)。

在图2中图示了这种类型的锁相环1的示例。

环路1包括相位比较器10，其接收参考信号REF，其后接环路滤波器11，环路滤波器自身后面接的是本地压控振荡器12，其传送频率变换信号STF。

振荡器12经由N分频的分频器13环回到相位比较器10，所述分频器还被连接至增量求和调制器14的输出。

控制信号SC允许对N的值进行调整。

本地振荡器设备DOL被配置为将不同的频率变换信号STF传送到混频器MF，它们分别适用于不同的频带的卫星信号SS。

在分数锁相环的情况下(图2)，参考信号REF的频率F_参考是恒定的，而输出频率F_输出，即频率变换信号STF的频率根据分频值N的调节而进行调整。

接收机R还包括处理级ET，其被连接至频率变换级ETF。处理级ET包括控制电路MC，其被配置为经由控制信号SC对本地振荡器设备DOL进行控制。

需要注意的是，每个频率变换信号对应于专用频带的卫星信号SS。

在该实施例中，接收机被参数化为接收所选择的不同的频带中的卫星信号，例如，是以下频带：

L1(1563MHz–1587MHz；中心频率接近1576MHz)；

L2(1215MHz–1239.6MHz；中心频率接近1227MHz)；以及

L5(1164MHz–1189MHz；中心频率接近1176MHz)。

接收机因此将能够接收和处理具有属于这些不同的频带的不同的星座频率的卫星信号SS，例如，位于频带L1中的GPS信号(星座频率为1575.42MHz)、位于频带L2中的GPS信号(星座频率为1227.6MHz)、以及位于频带L5中的不同的卫星信号。

从存储在接收机中并且适用于所选择的这些频带的频率集合中选择不同频率变换信号STF的频率(以及在诸如分数锁相环的情况下相应地选择不同的分频值N)。

具有诸如1571MHz的频率的信号STF，也将被选择为用于频带L1。

具有诸如1223MHz的频率的信号STF，也将被选择为用于频带L2，而具有诸如1172MHz的频率的信号STF，也将被选择为用于频带L5。

顺序地且循环地传送这些不同频率的变换信号STF，从而考虑与所选择的频带相对应的不同卫星定位系统的所有的频率。

本文中的顺序地传送信号STF被理解为在一个循环中彼此相继地传送信号STF，而循环传送被理解为随时间重复所述循环。

混频器MF被配置为基于适用的频率变换信号STF来执行卫星信号SS的频率变换，采用这种方式来传送经变换的卫星信号SST。

在这个示例中，频率变换或多或少地向着基带产生经变换的信号。

类似于本地振荡器设备DOL的频率变换信号STF，经变换的卫星信号SST同样顺序地且循环地进行传送。

而且，处理级EF包括滤波模块FLT，其被连接至频率变换级ETF的输出；模数转换模块CAN，其有利地经由自动增益控制模块CAG被连接至滤波模块FLT的输出；以及，包括所述控制电路MC的数字处理模块MNT。数字处理模块可以通过微处理器中的软件和/或通过专用集成电路(ASIC)中的硬件来实现。

滤波模块FLT接收由混频器MF所传送的经变换的卫星信号SST、并且执行滤波。滤波模块FLT具有适用于各个频带的经变换的卫星信号SST的可变带宽，通过这种方式来顺序地且循环地从对应频带上的不同的卫星信号获取数据、并且消除位于对应的频带之外的任何信号。

在本文中应该注意的是，控制电路MC还被配置为，在选择滤波模块FLT的带宽的同时、将这种选择与所选择的本地振荡器设备DOL的变换信号进行同步。

模数转换模块CAN随后将通过滤波模块FLT进行滤波的、经变换的卫星信号SST转换为数字信号SN，用于后续的数字处理。

现在将对图3进行参考，以示意性地说明图1中所图示出的接收机的示例操作。

采用表示性而非限制性的方式，将接收机参数化为对属于三个不同的频带的卫星信号进行处理：L5(1176MHz)、L2(1227MHz)、以及L1(1575MHz)。

在第一个时间段P1，本地振荡器设备DOL由控制电路MC进行控制，通过这种方式来传送频带L5专用的第一频率变换信号STF1，例如，该频率位于1172MHz。

在混频器MF执行频率变换之后，就获得了经变换的第一卫星信号SST1，其具有较低的频率(基带)。滤波模块MF的带宽BP1由控制电路MC进行选择，以便从L5的频带变换恢复数据。

模数转换模块CAN随后执行模数转换，以便在其输出获得对应于频带L5的数据的第一数字信号SN1。

需要注意的是，在第一时间段P1的末尾和第二时间段P2的开始之间存在转变时间段PT12。转变时间段PT12专用于本地振荡器设备DOL的频率切换，本地振荡器设备DOL将传送适用于频带L2的第二频率变换信号STF2，例如，其频率为1223MHz。

采用同样的方法，接收机R在第二时间段P2中从频带L2恢复对应于数据的第二数字信号SN2。滤波模块MF的带宽BP2不同于带宽BP1，并且其适用于从L2的频带变换恢复数据。

通过传送第三频率变换信号STF3，例如，其频率位于1571MHz，且在第三时间段P3中专用于频带L1，接收机R在模数转换模块CAN的输出位置从频带L1恢复对应于数据的第三数字信号SN3，这在发生在使用适用的带宽BP3进行滤波之后。

采用这种方法，在一个处理循环CT中，模块CAN顺序地传送分别对应于频带L5、L2和L1的卫星信号的数字信号SN1至SN3。处理循环CT的时间段可以有利地在接收机R中进行设置，例如，被设置为1秒。

根据一个实施例，数字处理模块MNT还可以包括如图4所图示的采集区块BA和追踪区块BP。这些部件的结构和操作是传统的。

采集区块BA被配置为在采集阶段期间对经变换的不同的卫星信号执行采集，以便显著地确定接收机R可见的卫星、以及所对应的卫星信号的特性，例如，GPS系统的粗/采集码(C/A码)。

接收机R在不同的时间段期间顺序地且周期性地分别扫描不同的频带，例如，所述不同的时间段是上文描述的时间段P1至P3。控制电路MC还被配置为在每个时间段中管理采集区块BA的操作。

一旦获得了卫星信号SS，那么采集阶段就完成了，而且将接收机R切换至追踪模式、并使用追踪区块BP。因为追踪区块BP还通过控制电路MC进行配置，所以其由此被设计成顺序地追踪如图5所图示出的每个时间段中所获取的卫星信号SS。

由此获得了卫星定位系统所使用的一种接收机，所述接收机能够在使用一个无线电频率的输入通道的同时接收属于不同的频带的卫星信号，所述的一个无线电频率的输入通道配备了频率可切换的本地振荡器设备。随着时间顺序地且循环地对不同的频带的各个卫星信号执行处理。这种类型的接收机不仅有利地降低了设计的复杂度，而且有利地减少了总的制造成本。

本发明不限于上文中刚刚描述的各个实施例，而是包括其中的所有变化。

因此，如果考虑许多不同的频带，那么可能就要提供分别专用于不同的频带的不同频率的不同集合的多个接收信道。

也就是说，每个接收信道都将专用于且能够实现多个不同的频带的一个集合的处理，而多个集合的接收信道彼此不同。

还有一种可能是，使多个接收信道分别专用于同一个集合中的多个频带，但是却使用了不同的频率变换信号。

更准确地说，每个通道都能够专用于频带L1、L2和L5，每个通道都将使用适用于每个频带的、该频带的频率变换信号，但是接收信道中的给定频带所使用的频率变换信号的频率与不同接收信道中的同一个给定频带所使用的频率变换信号的频率将会不同。

还有一种可能是，使用一个或多个接收信道，每个通道都被分配为处理属于相同频带的不同的星座频率。因此，给定的通道将由此使用不同的频率变换信号，所述不同的频率变换信号分别适用于所涉及的频带中的所述不同的星座频率，例如，星座频率等于GPS系统的1575.42MHz、以及星座频率等于北斗系统的1561.098MHz，它们都属于频带L1。

Claims (12)

1.一种卫星接收机的接收信道，包括：

输入级，被配置为接收具有属于不同的频带的不同的星座频率的多个卫星信号，

频率变换级，被连接至所述输入级并且包括可控制的本地振荡器设备，所述可控制的本地振荡器设备被配置为传送分别适用于所述不同的频带的不同的频率变换信号，以及

处理级，被连接至所述频率变换级并且包括控制电路，所述控制电路被配置为控制所述本地振荡器设备，从而顺序地且循环地传送所述不同的频率变换信号。

2.根据权利要求1所述的接收信道，其中所述处理级包括滤波模块，所述滤波模块被连接至所述频率变换级的输出并且具有可变带宽，所述可变带宽在由每个变换信号进行的变换之后被适用于经变换的卫星信号的所述不同的频带，所述控制电路还被配置为根据所选择的变换信号来选择所述滤波模块的所述带宽。

3.根据权利要求2所述的接收信道，其中所述处理级包括：

模数转换模块，被连接至所述滤波模块的输出，以及

包含所述控制电路的数字处理模块。

4.根据权利要求3所述的接收信道，其中所述数字处理模块还包括：

采集区块，被配置为执行不同的经变换的卫星信号的采集，以及

追踪区块，被配置为追踪不同的所采集的卫星信号，

其中所述采集区块和所述追踪区块由所述控制电路进行控制。

5.一种卫星接收机的接收信道，包括：

输入级，被配置为接收具有属于一个频带的不同的星座频率的多个卫星信号，

频率变换级，被连接至所述输入级并且包括可控制的本地振荡器设备，所述可控制的本地振荡器设备被配置为传送分别适用于所述一个频带中的所述不同的星座频率的不同的频率变换信号，以及

处理级，被连接至所述频率变换级并且包括控制电路，所述控制电路被配置为控制所述本地振荡器设备，从而顺序地且循环地传送所述不同的频率变换信号。

6.根据权利要求5所述的接收信道，其中所述处理级包括滤波模块，所述滤波模块被连接至所述频率变换级的输出并且具有可变带宽，所述可变带宽在由每个变换信号进行的变换之后被适用于经变换的卫星信号的星座频率，所述控制电路还被配置为根据所选择的变换信号来选择所述滤波模块的带宽。

7.根据权利要求6所述的接收信道，其中所述处理级包括：

模数转换模块，被连接至所述滤波模块的输出，以及

包含所述控制电路的数字处理模块。

8.根据权利要求7所述的接收信道，其中所述数字处理模块还包括：

采集区块，被配置为执行不同的经变换的卫星信号的采集，以及

追踪区块，被配置为追踪不同的所采集的卫星信号，

其中所述采集区块和所述追踪区块由所述控制电路进行控制。

9.一种卫星信号的处理方法，包括在同一个接收信道中执行的以下步骤：

接收具有属于不同的频带的不同的星座频率的多个卫星信号；

顺序地并循环地产生不同的频率变换信号，所述不同的频率变换信号分别适用于不同的频带；以及

基于适用的频率变换信号进行卫星信号的频率变换，使得顺序地并循环地传送经变换的卫星信号。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

采集不同的经变换的卫星信号，以及

追踪不同的所采集的卫星信号。

11.一种卫星信号的处理方法，包括在同一个接收信道中执行的以下步骤：

接收具有属于一个频带的不同的星座频率的多个卫星信号；

顺序地并循环地产生不同的频率变换信号，所述不同的频率变换信号分别适用于所述一个频带的所述不同的星座频率；以及

基于适用的频率变换信号进行卫星信号的频率变换，使得顺序地并循环地传送经变换的卫星信号。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

采集不同的经变换的卫星信号，以及

追踪不同的所采集的卫星信号。