CN109633705A - 一种基于北斗基带处理二维复用电路的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于北斗基带处理二维复用电路的控制方法。包括步骤：S1、系统启动，初始化过程会依据非易失性存储信息或默认启动模式，来初始化基带处理的配置信息。S2、配置通道工作模式参数以及通道信息特征参数，进行运算处理。S3、配置多通道工作模式参数以及通道信息特征参数，进行多卫星的搜索和跟踪的运算处理。支持在独立通道支持时间维度和频率维度的并行提速和时分复用的工作模式，可通过不同配置参数，实现不同精度粒度的处理精度，从而适配不同工作阶段或场景下对性能与效率需求的平衡。本发明通过有限的硬件资源，通过适配于不同应用场景的配置，实现对基带信号处理的多需求兼容。

Description

一种基于北斗基带处理二维复用电路的控制方法

技术领域

本发明涉及卫星导航技术，尤其涉及一种基于北斗二代导航系统的基带处理二维复用电路的控制方法。

背景技术

北斗导航系统为空间多星座轨道运行系统，北斗卫星信号为CDMA直接序列扩频的广播信号，其接收机需基于空间多卫星星座的信号进行实时跟踪和测量，获得准确的通道特征参数和测量量，才能进行无源定位、定速、定时的计算和应用。因此，北斗接收机的核心功能是一个CDMA的多通道实时捕获和跟踪的信号处理器。又由于系统中，卫星和接收机存在空间运动和相对论效应，在接收机开机启动阶段，需要对对卫星信号进行较大范围内的码序列、时间维度和频率维度的三维捕获；并在成功捕获后，对信号进行更高精度的特征参数和测量量的实时跟踪，才能获得较好的性能。

中国北斗卫星导航系统随着自身的发展和民用频段信号的逐渐开放，也越来越广泛地被应用到民用基础建设、经济、车载、个人穿戴、安全等民生领域，并同时衍生进入大数据智慧城市、物联网、车联网等“互联网+”城市部署应用中。随着北斗系统应用的普及，不同行业会对系统开发尤其是基带信号处理提出更多应用、更灵活的配置、更快速的开发等来适配不同的应用需求。如侧重信号接收与跟踪处理的实时性处理的需求，需要保证信号持续连续的跟踪。如侧重低功耗需求，通道数、运算量、精度要求、实时性要求都会影响低功耗的表现。如精度需求，不同的应用，对精度的需求不同，如定点应用不需要考虑速度精度。实际应用中，或侧重一方面需求，或侧重几方面组合的需求，甚至在不同的场景下，对处理的侧重都会出现一些变动。当无法平衡时，可能就需要多个设计来满足，会极大浪费设计资源。如何来平衡这些需求，是本发明需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中在现有的北斗基带处理场景中的如下问题：如果侧重信号接收与跟踪处理的实时性处理的需求，需要保证信号持续连续的跟踪；如侧重低功耗需求，通道数、运算量、精度要求、实时性要求都会影响低功耗的表现；如精度需求，不同的应用，对精度的需求不同，如定点应用不需要考虑速度精度；实际应用中，或侧重一方面需求，或侧重几方面组合的需求，甚至在不同的场景下，对处理的侧重都会出现一些变动；当无法平衡时，可能就需要多个设计来满足，会极大浪费设计资源。为此，本发明提供了一种北斗基带处理二维复用电路的控制方法，可实现单通道、多通道可配置；单、多通道配置可实时切换；多通道配置可扩展；通道输出精度可配置；信号处理的时间维度和频率维度复用模式可配置，通过对电路的不同配置可平衡和适配实时性、功耗、精度的不同需求。

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于北斗基带处理二维复用电路的控制方法。包括：S1、系统启动，初始化过程会依据非易失性存储信息或默认启动模式，来初始化基带处理的配置信息。S2、配置通道工作模式参数以及通道信息特征参数，进行运算处理。S3、配置多通道工作模式参数以及通道信息特征参数，进行多卫星的搜索和跟踪的运算处理。S4、对各通道卫星持续上报的搜索结果进行维护和判决，当通道卫星的上报信息波动稳定在阈值范围且质量评估的信噪比高则收敛，可采用更高精度的通道信号特征参数精度粒度参数进行配置，使得信号跟踪的性能进一步提高；否则进入下一步骤S5；S5、对各通道卫星持续上报的搜索结果进行维护和判决，当通道卫星的上报信息波动持续大于阈值范围且质量评估的信噪比低则认为趋于发散，可采用精度下降的通道信号特征参数精度粒度参数进行配置，使得信号跟踪的范围进一步加大，避免信号丢失；当通道卫星的上报信息波动持续小于阈值范围，则认为信号不再发散，可切回步骤S4，否则认为信号仍然发散切回步骤S3；S6、对各通道卫星持续上报的搜索结果进行维护和判决，当所有通道卫星收敛，则不再对通道工作模式参数进行更新，而仅对各通道的特征参数进行更新，来维护系统的持续稳定的信号处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：支持在独立通道支持时间维度和频率维度的并行提速和时分复用的工作模式，可通过不同配置参数，实现不同精度粒度的处理精度，从而适配不同工作阶段或场景下对性能与效率需求的平衡。支持多通道扩展，并在多通道工作模式下，进一步支持时间维度和频率维度的并行提速和时分复用的工作模式配置，实现多通道的灵活配置，使得通道数加时频二维扩展复用得到更广泛灵活的扩展。由此做到，通过有限的硬件资源，通过适配于不同应用场景的配置，实现对基带信号处理的多需求兼容。

附图说明

图1是本发明具体实施例提供的一种基于北斗基带处理二维复用电路的结构示意图。

图2是本发明实施例控制方法一种推荐的具体实施流程示意图。

具体实施方式

具体实施方式1

本发明提供的控制方法的具体实施基于一种基于北斗基带处理二维复用电路，如图1所示，主要包括参数配置单元10、存储单元20、匹配码匹配载波产生单元30、相关运算单元40。

所述参数配置单元，用于对系统工作模式、通道工作参数、通道信息特征值等参数进行读取与解析，并通过解析后的参数进行运算控制，使匹配码匹配载波产生单元、相关运算单元按配置控制协同工作；包括以下子单元：

参数解析子单元，用于相关工作模式的控制参数的解析配置。配置支持多种工作模式：单通道串行工作模式，单通道时间维度并行处理工作模式，单通道频率维度并行处理工作模式；支持最高48通道的多通道扩展复用控制。其中当存在多通道扩展复用时，时间维度和频率维度的并行处理的二维复用扩展会受到一定约束，但仍可支持最大24通道的扩展复用。

参数合法性检测和限定子单元，用于规避参数非法值配置导致的系统时序和处理流程的混乱。

参数配置地址管理子单元，用于与存储模块中参数存储分区的地址索引，每次处理单通道或多通道时，能将目标参数的读取地址进行正确配置。

所述存储单元，用于存储系统参数、通道工作模式配置参数、通道信息特征值参数；包括：系统参数存储分区，用于存储系统通用特征参数。如系统时钟频率、系统时钟钟漂、输入为中频或零频、量化计算参数等。

通道参数存储分区，用于存储通道的工作模式配置参数和信息特征值参数。工作模式配置参数如复用模式，并行处理的窗口设置、频率维度复用时的窗口和分辨率、单次运算的处理资源分配的处理时间参数等；信息特征参数如信号的载波频率、载波频率的变化量、匹配相位初始值等。当配置多通道时，按每通道参数组为集合进行扩展或时分复用下的擦写更新。

多通道首地址索引管理子单元，当为多通道复用下，每组通道参数集合的存储首地址的映射逻辑管理。

所述匹配码匹配载波产生单元，用于复制出与配置参数对应的本地匹配信号；包括：匹配码产生子单元，用于复制出与配置参数对应的本地码，仅需产生标准码速率下的码片序列。当时间维度配置为并行处理时，配合相关计算的处理流程，对应流水产生匹配码；其余配置下可提前产生。

匹配载波产生子单元，用于复制出与配置参数对应的载波信号，仅需产生相关长度运算所需长度的载波信号。当频率维度并行处理时，可支持以窗口参数配置为步长粒度进行查表地址的快速映射。

所述相关运算单元，用于对当前接收缓存的数据与本地匹配信号进行相关计算。可配置支持时间维度或频率维度的一个维度并行，另一维度配置流水处理时分复用，从而实现对资源的二维复用。包括以下子单元：

工作特征参数配置解译控制子单元，用于多通道二维复用扩展时，或单通道二维复用扩展时，对工作特征参数配置进行解译，对资源分配和控制逻辑进行配置，实现相关与参数配置单元、匹配码匹配载波产生单元之间的联动工作。资源分配和控制子单元，用于多通道二维复用扩展时，或单通道二维复用扩展时，对互相关运算高速处理子单元、FFT运算子单元的占用时序进行分配。

互相关运算高速处理子单元，用于接收的ADC输入采样信号与本地复制信号的互相关运算高速处理。此子单元有两个，支持单个子单元独立运算或两个子单元组合运算。由于民用接收机所用ADC一般为2bit，基于此特征，互相关运算高速处理子单元做了特殊设计来优化加速。两个子单元均支持通道内或多通道的组合配置，可配置支持对相同通道的并行运算提速；也可支持子单元独立配置通道，进行各单元多通道的扩展。

FFT运算子单元，用于时间维度或频率维度的并行处理，可通过设置相关长度的分组来实现不同分辨率和窗口参数对应步长粒度的配置和实现。

控制方法基于以上电路，通过不同的配置和控制方法来适配灵活多样的应用需求。由于不同配置下，控制的方法流程基本一致。在此，为说明控制配置的关系，给出了一种无任何历史参考信息下的控制流程的说明。需要指出的是北斗卫星系统中，各卫星信号均为广播信号，且为码分多址调制，在此将每颗卫星的信号对应为基带中的一个通道。描述中提到的单通道或多通道，分别对应了单通道单颗卫星或多通道多颗卫星。由图2所示的一种方法实施的流程如下：

S1、系统启动，初始化过程依据非易失性存储信息或默认启动模式，来初始化基带处理的配置信息。不同的启动模式，一般建议配置不同的基带工作模式。无任何参考信息下启动，初始设置工作模式为单通道，频率维度和时间维度并行处理提速。

S2、配置单通道工作模式参数为频率维度和时间维度并行处理的模式，以及通道信息特征参数，进行运算处理。包含以下子步骤：

S2-1、通过参数配置单元对通道工作模式参数的解析，进行资源的分配，并配置匹配码匹配载波产生单元中的通道信息特征参数。按推荐配置，则将参数配置单元依据单通道工作模式参数，对通道信息特征参数中搜索范围的时间维度切分为两组，将使得基带处理时在时间维度上可以并行处理，同时，通过频率维度设置粗粒度系数减少运算处理量，进一步提速处理；

S2-2、通过参数配置单元对通道工作模式参数的解析，获得通道处理的控制参数，启动匹配码匹配载波产生单元与相关运算单元的相关运算。在本实施方法中，配置为单通道按时间维度切分为两组分别控制在两个互相关运算高速处理子单元中并行运算；通过相关运算单元中的FFT运算子单元，实现频率维度的并行搜索，同时粗粒度的参数配置，扩展了并行搜索窗口，可一次性完成对信号频率范围的搜索运算处理，并将搜索结果上报；

S2-3、对上报的搜索结果进行判决，若判决成功捕获卫星则依据当前卫星信息，预估其他可见卫星，进行多通道工作模式的配置；若未成功，则配置下一颗卫星的搜索运算处理，直到成功搜索到一颗卫星；

对于步骤S2，配置单通道工作模式时，可进一步地，将需要搜索和运算处理的时间维度范围切分为两组，来进行时间维度的并行；每组运算会占用相关运算单元中的一个互相关运算高速处理子单元。再进一步地，时间维度范围的切分方式可分为时间维度的前后两段，也可采用奇偶分组的方式进行，后者也可看成是粒度精度的下降。

S3、配置多通道工作模式参数以及通道信息特征参数，进行多卫星的搜索和跟踪的运算处理。在本具体实施方法中，配置多通道工作模式为频率维度并行+时间维度时分复用的处理的模式。包含以下子步骤：

S3-1、参数配置单元对通道工作模式参数进行解析，进行资源的分配，并配置匹配码匹配载波产生单元中的通道信息特征参数。按推荐配置，配置多通道工作模式为频率维度并行+时间维度时分复用的处理的模式，并对多通道信息特征参数的搜索范围在频率维度按各通道的精度粒度进行配置，将各通道的时间维度按流水处理，则可进行多通道时分复用的运算处理；

S3-2、参数配置单元依据解析的所述控制参数，启动匹配码匹配载波产生单元与相关运算单元的两个互相关运算高速处理子单元，其中，具体实施时要求每个子单元内配置的精度粒度配置一致，实现相同精度粒度下，同一段处理数据中，单通道按流水处理，多通道时分复用的方式进行相关运算；两个互相关运算高速处理子单元可配置不同的精度粒度；通过相关运算单元中的FFT运算子单元，实现频率维度的并行搜索，可一次性完成目标搜索范围的运算，将搜索结果上报；进一步地，两个互相关运算高速处理子单元，可灵活处理不同精度粒度下的通道信息特征参数的配置切换，以支持信号收敛程度不同对精度配置不同的切换；

S3-3、对上报的搜索结果进行判决，若上报的搜索结果对应的通道卫星为捕获模式且捕获成功，则依据成功卫星信息，进一步预估其他可见卫星，进行下一周期的多通道配置，并将成功的通道卫星更新为跟踪状态，否则，将失败的通道卫星关闭，替换其他待搜索的通道卫星；若上报的搜索结果对应的通道卫星为跟踪状态，则保持当前的通道卫星配置，进入下一步骤S4；

对于步骤S3，其具体实施中对多通道工作模式配置为频率维度并行和时间维度时分复用的通道工作模式。频率维度的并行进一步地，可通过搜索窗口分组配置相关运算单元中的互相关运算高速处理子单元来并行处理，也可通过 FFT运算子单元对频率维度的搜索范围进一步地并行起来，通过通道信息特征参数中的精度粒度参数进行对应长度的信号采样与本地复制信号互相关的运算，并通过FFT运算子单元运算可提取出信息搜索结果。时间维度的时分复用具体是指，对单个通道内，不同时刻的码位置的搜索通过流水处理的小时隙进行复用；对多个通道之间，则以单个通道码位置完整搜索流水处理的小时隙加和成的大时隙进行复用。

S4、对各通道卫星持续上报的搜索结果进行维护和判决，当通道卫星的上报信息波动稳定在阈值范围且质量评估的信噪比高则收敛，可采用更高精度的通道信号特征参数精度粒度参数进行配置，使得信号跟踪的性能进一步提高；否则进入下一步骤S5；

S5、对各通道卫星持续上报的搜索结果进行维护和判决，当通道卫星的上报信息波动持续大于阈值范围且质量评估的信噪比低则认为趋于发散，可采用精度下降的通道信号特征参数精度粒度参数进行配置，使得信号跟踪的范围进一步加大，避免信号丢失；当通道卫星的上报信息波动持续小于阈值范围，则认为信号不再发散，可切回步骤S4，否则认为信号仍然发散切回步骤S3；

S6、对各通道卫星持续上报的搜索结果进行维护和判决，当所有通道卫星收敛，则不再对通道工作模式参数进行更新，而仅对各通道的特征参数进行更新，来维护系统的持续稳定的信号处理。

进一步地，当侧重实时性处理需求时，可配置通道数限定，时间维度和频率维度的并行，通道时分复用的配置模式来进行处理效率的平衡；当侧重低功耗处理需求时，可进一步配置通道数限定，时间维度或频率维度仅一维并行，通道时分复用的配置模式来降低实时运算量，从而降低功耗；进一步地，在特殊场景下，如定点接收，可进行周期性断电和热启动，来实现功耗的进一步降低；当侧重精度需求时，可使用本发明技术方案推荐的配置方法，逐级收敛并更新精度参数的配置进行精度性能的提升。

本发明具体实施方式提供的上述基带处理二维复用结构，通过实际上板测试，在同等通道数配置下，可通过参数配置不同精度粒度实现快速信号捕获和快速牵引，辅助预估捕获策略替换盲捕策略可进一步提速信号捕获阶段。在信号成功捕获后，切换多通道工作模式，并通过时频二维的参数配置提升跟踪精度，实现所有目标信号跟踪的性能，保证整个接收机的稳定定位及性能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于北斗基带处理二维复用电路的控制方法，包括如下步骤：

S1，系统启动，初始化过程依据非易失性存储信息或默认启动模式，来初始化基带处理的配置信息，系统启动，初始化过程依据非易失性存储信息或默认启动模式，来初始化基带处理的配置信息；

S2、配置单通道工作模式，配置单通道工作模式参数为频率维度和时间维度并行处理的模式，以及通道信息特征参数，进行运算处理；

S3、配置多通道工作模式参数以及通道信息特征参数，配置多通道工作模式参数以及通道信息特征参数，进行多卫星的搜索和跟踪的运算处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于北斗基带处理二维复用电路的控制方法，其特征在于，还包括步骤：

S4、对各通道卫星持续上报的搜索结果进行维护和判决，判决收敛程度进行配置切换，对各通道卫星持续上报的搜索结果进行维护和判决，当通道卫星的上报信息波动稳定在阈值范围且质量评估的信噪比高则收敛，采用更高精度的通道信号特征参数精度粒度参数进行配置，使得信号跟踪的性能进一步提高。

3.根据权利要求1所述的一种基于北斗基带处理二维复用电路的控制方法，其特征在于，当“通道卫星的上报信息波动稳定在阈值范围且质量评估的信噪比高则收敛”为否，则进入如下步骤S5：

S5、对各通道卫星持续上报的搜索结果进行维护和判决，对收敛和发散的通道卫星进行处理步骤的切换，对各通道卫星持续上报的搜索结果进行维护和判决，当通道卫星的上报信息波动持续大于阈值范围且质量评估的信噪比低则认为趋于发散，采用精度下降的通道信号特征参数精度粒度参数进行配置，使得信号跟踪的范围进一步加大；当通道卫星的上报信息波动持续小于阈值范围，则认为信号不再发散，切回步骤S4，否则认为信号仍然发散切回步骤S3。

4.根据权利要求1所述的一种基于北斗基带处理二维复用电路的控制方法，其特征在于，还包括步骤：

S6、对所有通道进入收敛状态后，仅对通道特征参数配置更新来保持系统稳定工作，对各通道卫星持续上报的搜索结果进行维护和判决，当所有通道卫星收敛，则不再对通道工作模式参数进行更新，而仅对各通道的特征参数进行更新，来维护系统的持续稳定的信号处理。

5.根据权利要求1所述的一种基于北斗基带处理二维复用电路的控制方法，其特征在于，步骤S2包括：

S2-1、参数配置单元的参数解析，通过参数配置单元对通道工作模式参数的解析，进行资源的分配，并配置匹配码匹配载波产生单元中的通道信息特征参数；将参数配置单元依据单通道工作模式参数，对通道信息特征参数中搜索范围的时间维度切分为两组，将使得基带处理时在时间维度上可以并行处理；

S2-2、参数配置单元按解析参数控制运算过程，通过参数配置单元对通道工作模式参数的解析，获得通道处理的控制参数，启动匹配码匹配载波产生单元与相关运算单元的相关运算；配置为单通道按时间维度切分为两组分别控制在两个互相关运算高速处理子单元中并行运算；通过相关运算单元中的FFT运算子单元，实现频率维度的并行搜索，同时通过粗粒度的参数配置扩展并行搜索窗口，以一次性完成对信号频率范围的搜索运算处理，并将搜索结果上报；

S2-3、上报结果的判决和配置切换，对上报的搜索结果进行判决，若判决成功捕获卫星则依据当前卫星信息，预估其他可见卫星，进行多通道工作模式的配置；若未成功，则配置下一颗卫星的搜索运算处理，直到成功搜索到一颗卫星。

6.根据权利要求1所述的一种基于北斗基带处理二维复用电路的控制方法，其特征在于，步骤S3包括：

S3-1、参数配置单元对参数进行解析，参数配置单元对通道工作模式参数进行解析，进行资源的分配，并配置匹配码匹配载波产生单元中的通道信息特征参数；配置多通道工作模式为频率维度并行和时间维度时分复用的处理的模式，并对多通道信息特征参数的搜索范围在频率维度按各通道的精度粒度进行配置，将各通道的时间维度按流水处理，则进行多通道时分复用的运算处理；

S3-2、参数配置单元按参数解析进行控制多通道运算，参数配置单元依据解析的所述控制参数，启动匹配码匹配载波产生单元与相关运算单元的两个互相关运算高速处理子单元，其中，每个子单元内配置的精度粒度配置一致，实现相同精度粒度下，同一段处理数据中，单通道按流水处理，多通道时分复用的方式进行相关运算；两个互相关运算高速处理子单元配置不同的精度粒度；通过相关运算单元中的FFT运算子单元，实现频率维度的并行搜索，一次性完成目标搜索范围的运算，将搜索结果上报。

7.根据权利要求1所述的一种基于北斗基带处理二维复用电路的控制方法，其特征在于，步骤S3还包括：

S3-3、多通道上报结果的判决和配置切换，对上报的搜索结果进行判决，若上报的搜索结果对应的通道卫星为捕获模式且捕获成功，则依据成功卫星信息，进一步预估其他可见卫星，进行下一周期的多通道配置，并将成功的通道卫星更新为跟踪状态，否则，将失败的通道卫星关闭，替换其他待搜索的通道卫星；若上报的搜索结果对应的通道卫星为跟踪状态，则保持当前的通道卫星配置，进入下一步骤S4。

8.根据权利要求1所述的一种基于北斗基带处理二维复用电路的控制方法，其特征在于，步骤S2为配置单通道工作模式时，将需要搜索和运算处理的时间维度范围切分为两组，来进行时间维度的并行；每组运算会占用相关运算单元中的一个互相关运算高速处理子单元。

9.根据权利要求1所述的一种基于北斗基带处理二维复用电路的控制方法，其特征在于，步骤S3为对多通道工作模式配置为频率维度并行和时间维度时分复用的通道工作模式；频率维度的并行通过搜索窗口分组配置相关运算单元中的互相关运算高速处理子单元来并行处理，或者通过FFT子单元对频率维度的搜索范围进一步地并行起来，通过通道信息特征参数中的精度粒度参数进行对应长度的信号采样与本地复制信号互相关的运算，并通过FFT运算子单元提取出信息搜索结果；时间维度的时分复用具体是指，对单个通道内，不同时刻的码位置的搜索通过流水处理的小时隙进行复用；对多个通道之间，以单个通道码位置完整搜索流水处理的小时隙加和成的大时隙进行复用。

10.一种计算机可读存储介质，其存储有与计算设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1至5任一项所述方法。