CN110376619B - 全球导航卫星系统中信号处理装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种全球导航卫星系统中信号处理装置。所述装置包括:数据缓存器,用于在得到至少两个种类的GNSS系统的卫星信号后,按照预先设置的卫星信号的数据存储大小,存储所述信号的数据;匹配滤波器,用于按照所述卫星信号的信号类型,计算所述卫星信号的码位相关性,得到相关性结果;相干积分计算器,用于根据所述卫星信号的相关性结果,计算所述卫星信号的时间和频率的相干积分结果;非相干积分计算器,用于根据预先设置的非相关积分长度,对所述卫星信号的相干积分结果进行计算,得到所述卫星信号的非相干积分结果;峰值搜索器,用于根据所述卫星信号的非相干积分结果,进行峰值搜索,得到完整的信号。

Description

全球导航卫星系统中信号处理装置
技术领域
本申请涉及信息处理领域,尤指一种全球导航卫星系统中信号处理装置。
背景技术
全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)是一个具有多颗卫星的人造卫星系统,它可以向地面接收机发射包含时空信息的信号。接收机可使用这些信息来实现定位。
图1为相关技术中GNSS接收机的结构示意图。如图1所示,GNSS接收机中捕获引擎的任务是检测是否存在来自某个GNSS卫星的信号。在GNSS接收机中,信号的捕获时是基带信号处理的第一个步骤,后面还有信号跟踪,bit同步以及PVT的计算。
目前,主要的GNSS系统包括欧盟的Galileo系统,美国的GPS系统,俄罗斯的GLONSS系统以及中国的北斗系统。不同的系统会发射不同的信号类型。由于GNSS系统包括多个系统,GNSS信号接收机在捕获不同GNSS系统的卫星时,所花费的时间较大。
发明内容
为了解决上述技术问题,本申请实施例提供了一种全球导航卫星系统中信号处理装置,能够处理不同GNSS系统的信号。
为了达到本申请目的,本申请实施例提供了一种全球导航卫星系统GNSS中信号处理装置,包括:
数据缓存器,用于在得到至少两个种类的GNSS系统的卫星信号后,按照预先设置的卫星信号的数据存储大小,存储所述信号的数据,其中所述数据存储大小满足能够完成所述卫星信号的最大相干积分长度所需的数据;
匹配滤波器,用于按照所述卫星信号的信号类型,计算所述卫星信号的码位相关性,得到相关性结果;
相干积分计算器,用于根据所述卫星信号的相关性结果,计算所述卫星信号的时间和频率的相干积分结果;
非相干积分计算器,用于根据预先设置的非相关积分长度,对所述卫星信号的相干积分结果进行计算,得到所述卫星信号的非相干积分结果;
峰值搜索器,用于根据所述卫星信号的非相干积分结果,进行峰值搜索,得到完整的信号。
在一个示例性的实施例中,所述装置还包括:
冲裁器,用于生成信号的选择结果,并发送给所述匹配滤波器。
在一个示例性的实施例中,所述匹配滤波器是通过如下方式处理卫星信号的,包括:
在接收到信号的数据块后,按照所述缓存空间的大小,缓存所述信号的数据块,在处理完第一个数据块之后,把第二块中的数据移动到第一块,然后将新数据写入第二块,以此类推;其中所述每个数据块均使用相同的随机噪声码PRN;
其中,所述匹配滤波器的数据存储空间包括两个缓存空间,其中,每个缓存空间的数据大小为a个样本,其中,a为正整数,表示所述匹配滤波器每次能够处理的数据长度。
在一个示例性的实施例中,所述匹配滤波器对不同信号类型计算的轮数和每轮的段数为Ns/Nc的向上取整的结果;
其中,Nc表示所述匹配滤波器一次结算输出的码相位个数,Ns表示不同的信号类型需要输出的码相位个数。
在一个示例性的实施例中,所述相干积分计算器是通过如下方式进行计算的,包括:
当接收到数据序列x[n]时,以相位基数对相位旋转M次,得到M个频点;其中相位基数=2π*n/N;其中,n为数据序列的序号,N为确定频点间隔的参数,其中,n、M和N均为整数;
利用如下计算表达式M个频点的相干积分结果,包括:
Figure BDA0002086477810000031
其中,bin为整数,取值的间隔为所述频点间隔的一半。
在一个示例性的实施例中,所述相干积分计算器是通过如下方式处理信号的,包括:
如果所述信号的相干积分时间长度不超过所述最大相干积分时间的长度,则所述将所述信号的相干积分结果中的部分存储在相干积分存储器内,其中存储的数据大小为b*c,其中,b为信号的码相位维度中的输出数,c为信号相位旋转后得到的多普勒频率个数。
在一个示例性的实施例中,所述相干积分存储器内存储的数据用于每个多普勒搜索单元重复共享使用。
在一个示例性的实施例中,所述相干积分计算器是通过如下方式处理信号的,包括:
如果所述信号的相干时间长度大于所述最大相干积分长度,存储每个多普勒单元中的相干积分的中间结果,并根据缓存的中间结果,得到所述信号完整的相干积分结果。
在一个示例性的实施例中,所述相干积分计算器在信号的相干时间长度大于预设的时间长度后,还执行如下至少一个操作,包括:
记录信号的比特边界信息;
去除信号的二级码;
去除信号中的导航比特。
在一个示例性的实施例中,所述非相干积分计算器,用于在得到信号在码相位和频率维度上每轮的相干积分结果,对相干积分结果中的每个幅度值累加,生成非相干积分结果。
本申请实施例提供的装置,按照预先设置的卫星信号的数据存储大小,存储所述信号的数据,并按照所述卫星信号的信号类型,计算所述卫星信号的码位相关性,根据所述卫星信号的相关性结果,计算所述卫星信号的时间和频率的相干积分结果,在对所述卫星信号的相干积分结果进行计算,得到所述卫星信号的非相干积分结果,最后,根据所述卫星信号的非相干积分结果,进行峰值搜索,得到完整的信号,实现处理不同信号类型的信号的目的,降低设备开发成本。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案,并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为相关技术中GNSS接收机的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的GNSS中信号处理装置的结构图;
图3本申请实施例提供的GNSS信号捕获系统的示意图;
图4为图3所示系统中匹配滤波器的工作示意图;
图5为图4所示匹配滤波器处理数据的工作应用场景的示意图;
图6为图4所示匹配滤波器处理数据的工作应用场景的另一示意图
图7为图4所示匹配滤波器多轮处理数据的工作应用场景的示意图;
图8为图4所示匹配滤波器多轮处理数据的工作应用场景的示意图;
图9为本申请实施例提供的匹配滤波器处理信号的示意图;
图10为本申请实施例提供的匹配滤波器处理信号的另一示意图;
图11为本申请实施例提供的非相干积分处理器的数据处理的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图2为本申请实施例提供的GNSS中信号处理装置的结构图。图2所示结构,包括:
数据缓存器,用于在得到至少两个种类的GNSS系统的卫星信号后,按照预先设置的卫星信号的数据存储大小,存储所述信号的数据,其中所述数据存储大小满足能够完成所述卫星信号的最大相干积分长度所需的数据;
匹配滤波器,用于按照所述卫星信号的信号类型,计算所述卫星信号的码位相关性,得到相关性结果;
相干积分计算器,用于根据所述卫星信号的相关性结果,计算所述卫星信号的时间和频率的相干积分结果;
非相干积分计算器,用于根据预先设置的非相关积分长度,对所述卫星信号的相干积分结果进行计算,得到所述卫星信号的非相干积分结果;
峰值搜索器,用于根据所述卫星信号的非相干积分结果,进行峰值搜索,得到完整的信号。
本申请实施例提供的装置,按照预先设置的卫星信号的数据存储大小,存储所述信号的数据,并按照所述卫星信号的信号类型,计算所述卫星信号的码位相关性,根据所述卫星信号的相关性结果,计算所述卫星信号的时间和频率的相干积分结果,在对所述卫星信号的相干积分结果进行计算,得到所述卫星信号的非相干积分结果,最后,根据所述卫星信号的非相干积分结果,进行峰值搜索,得到完整的信号,实现处理不同信号类型的信号的目的,降低设备开发成本。
下面对本申请实施例提供的方法作进一步说明:
为了缩短首次定位时间长度,需要GNSS信号接收机能同时捕获不同卫星的强弱信号。另一方面,为了节省功耗和硬件开销,只需要一套捕获引擎硬件来处理不同GNSS系统卫星的信号。本申请提出一种基于混合相干和非相干积分的捕获引擎,可支持同时捕获不同GNSS系统的,多颗卫星的不同强度的信号。
图3本申请实施例提供的GNSS信号捕获系统的示意图。如图3所示,所示系统支持混合相干和非相干积分,并且具有灵活可配置的相干和非相干积分的不同长度组合,可适用于多个GNSS系统。该系统设计包括输入数据缓存、匹配滤波器、相位旋转方法、相干和非相干积分计算以及积分结果缓存分配等模块。
下面对所述系统中的模块进行说明:
输入数据缓存
作为捕获引擎的第一个执行步骤,对应于图2所示的数据缓存器;
输入数据缓存用于存储等待处理的采样数据。把输入数据缓存的大小定义为它可以存储的数据的最大时间长度。输入采集数据缓存可存储多毫秒的数据长度,其中所需输入缓存的数量取决于支持哪些GNSS系统和相应的中频频点的设置。
其中,输入数据缓存的时间长度由三个部分组成,分别是最大短相干积分长度、数据预加载时间和计算消耗时间。其中:
最大短相干积分时间是指可以只使用输入数据缓存中当前数据能完成的最大相干积分长度,而无需进一步等待到达缓存的新采样数据。
预加载时间是指匹配滤波器开始工作时需要预加载的数据时间长度,匹配滤波器使用采样数据移动,码固定的模式。
计算消耗时间是指预留的缓存大小,用于满足硬件计算所消耗的时间,防止新数据覆盖用于计算的原有数据。
例如,输入数据缓存是11毫秒,其中支持的最长相干积分长度是9毫秒,预加载数据时间长度是1毫秒,计算消耗时间是1毫秒。
冲裁器
在一个示例性实施例中,所述装置还包括:
冲裁器,用于生成信号的选择结果,并发送给所述匹配滤波器。
该仲裁器用以确定使用哪个输入数据缓存,用来捕获哪种信号类型。
在一个示例性实施例中,所述系统可以同时配置N组通道供硬件搜索计算,其中每个组对应于一个被搜索的卫星。每组可配置多个多普勒搜索单元。多普勒搜索单元个数是一个通道里配置的多普勒单元总数,即搜索一颗卫星所配置的多普勒范围。并行多普勒单元个数是根据硬件计算资源和搜索能力可以在一个通道里配置的并行搜索的多普勒单元个数。考虑到硬件能力,所有通道的总多普勒单元个数是有限的。
其中,每个捕获通道对应搜索一颗卫星,各个通道是独立的。每个捕获通道中存在仲裁器以确定使用哪个输入数据缓存,用来捕获哪种信号类型;冲裁器的判断依据是通过可配置的GNSS类型选择寄存器和频率ID寄存器来决定。仲裁器基于这两个寄存器进行工作。
匹配滤波器
在一个示例性实施例中,所述匹配滤波器是通过如下方式处理卫星信号的,包括:
在接收到信号的数据块后,按照所述缓存空间的大小,缓存所述信号的数据块,在处理完第一个数据块之后,把第二块中的数据移动到第一块,然后将新数据写入第二块,以此类推;其中所述每个数据块均使用相同的随机噪声码PRN;
其中,所述匹配滤波器的数据存储空间包括两个缓存空间,其中,每个缓存空间的数据大小为a个样本,其中,a为正整数,表示所述匹配滤波器每次能够处理的数据长度。
在本示例性实施例中,匹配滤波器使用数据移位、PRN码固定的方式对数据进行处理。
在一个示例性实施例中,PRN(pseudo random noise code,随机噪声码)生成器根据GNSS信号的类型以及哪个卫星被配置生成PRN码,本地生成的PRN码用于匹配滤波器中以进行相关性计算。
匹配滤波器用于计算相干积分。匹配滤波器执行计算的频率是基于匹配滤波器输入数据缓存的大小,而不是每1毫秒。因此,匹配过滤器根据输入数据的采样率,可处理不同的数据时间长度。
图4为图3所示系统中匹配滤波器的工作示意图。如图4所示,匹配滤波器使用数据移位、PRN码固定的方案。匹配滤波器输入数据缓存采用乒乓模式。在数据移位、码固定方案中,PRN码是固定的并且始终从第一个PRN码字开始。当匹配滤波器完成以当前数据采样点开始的相关计算时,起始的采样点会转移到下一个。
匹配滤波器输入数据缓存分两块,总大小是存储2*n个样本,n是匹配滤波器每次可以处理的数据长度。在处理第一个数据块之后,把第二块中的数据移动到第一块,然后将新数据写入第二块。
所述匹配滤波器对不同信号类型计算的轮数和每轮的段数为Ns/Nc的向上取整的结果;
其中,Nc表示所述匹配滤波器一次结算输出的码相位个数,Ns表示不同的信号类型需要输出的码相位个数。
图5为图4所示匹配滤波器处理数据的工作应用场景的示意图。如图5所示,以PRN码片速率1.023M/s和半码分辨率处理GPS L1C/A信号为例,,输入数据缓存的大小为2*2046,第一个数据块存储1毫秒数据长度,第二个数据块存储接下来的1毫秒数据。因此,在这种情况下,匹配滤波器每次处理一毫秒数据。
图6为图4所示匹配滤波器处理数据的工作应用场景的另一示意图。如图6所示,以PRN码片速率0.511M/s和半码分辨率处理GLO G1信号为例,在该示例中,第一个数据块存储前两毫秒数据,第二个数据块存储接下来的两毫秒数据。因此,在这种情况下,匹配过滤器每次处理两毫秒的数据。
图7为图4所示匹配滤波器多轮处理数据的工作应用场景的示意图。如图7所示,以PRN码片速率2.046M/s和半码片分辨率处理BD B1I信号为例,匹配滤波器输入缓存的每个数据块存储半毫秒数据,每轮匹配滤波器处理半毫秒的数据。为了获得一毫秒数据的相关结果,需要匹配滤波器的两轮计算。因为BD B1I每毫秒的PRN码片数量是2046个,是GPSL1C/A码片数量的一倍。再将每一轮计算细分为两段。每段实现半个码周期的相关计算结果,即每段实现2046个相关结果。因此,对于BD B1I,使用相同的匹配滤波器方案,采用多轮多段方法,每次处理半毫秒数据。
对于具有BOC(1,1)调制方式的信号,例如GAL E1,BD B1C等,相当于实际码片速率是原PRN码速率的一倍。当生成用于匹配滤波器计算所使用的本地PRN码时,根据BOC(1,1)的调制规则把原始卫星的PRN码进行扩展。这样新的PRN码率与原始码相比会加倍。
图8为图4所示匹配滤波器多轮处理数据的工作应用场景的示意图。如图8所示,以GAL E1为例,本地生成的PRN码片速率为2*1.023M/s。匹配滤波器输入数据缓存中的采样率为4*1.023M,对应的相关结果分辨率是1/4码片。由于GAL E1PRN码周期为4毫秒,因此总共有2*1023*4个码片。对应一个整周期,匹配过滤器需要计算得出2046*8个码相位的相关结果。相同的匹配滤波器结构,其计算被分成8轮,每轮又被分成8段。对于每一轮,PRN码始终从第一个码字开始并在达到最后一个,即完成一个周期后,重新从第一个码字开始。不同的轮在GAL输入数据缓存中具有不同的读取数据的开始地址。第1轮,第2轮,第3轮,第4轮,第5轮,第6轮,第7轮和第8轮分别从0ms,0.5ms,1ms,1.5ms,2ms,2.5ms,3ms和3.5ms处开始读取数据。
图9为本申请实施例提供的匹配滤波器处理信号的示意图。如图9所示,以BD B1C信号为例,考虑到BOC(1,1)的影响,生成的PRN码片速率为2*1.023M/s。匹配滤波器输入数据缓存中的数据采样率为4*1.023M/s。搜索需要2046*20个码相位结果,这是因为码周期为10ms,PRN码片数量为10230*2。使用相同的匹配滤波器,为了计算出所有码相位,需要分成20轮,每轮包含20个段。图9仅显示前两轮计算,计算其他轮结果时,数据依次移动0.5ms并且每轮PRN码保持固定。
图10为本申请实施例提供的匹配滤波器处理信号的另一示意图。如图10所示,以GPS L5,GAL E5和BD B2信号为例,生成的PRN码片速率为10.23M/s。匹配滤波器输入数据缓存中的数据采样率为2*10.23M/s。搜索需要得到2046*10个码相位,这是因为代码周期为1ms,PRN码片个数为10230。图10仅显示第一轮计算,计算其他轮结果时,样本依次移位0.1ms,并且每轮的PRN码保持固定。
相干积分计算器
在一个示例性实施例中,所述相干积分计算器是通过如下方式进行计算的,包括:
当接收到数据序列x[n]时,以相位基数对相位旋转M次,得到M个频点;其中相位基数=2π*n/N;其中,n为数据序列的序号,N为确定频点间隔的参数,其中,n、M和N均为整数;
利用如下计算表达式M个频点的相干积分结果,包括:
Figure BDA0002086477810000101
其中,bin为整数,取值的间隔为所述频点间隔的一半。
在一个示例性实施例中,相干积分计算器是通过相位旋转模块完成相干积分计算的。
在每次匹配滤波器计算相关结果后,相位旋转模块将单一时间维度的相关性结果扩展至时间和频率两个维度,并进一步得到这两个维度的相干积分。其中,DFT的计算表达式如下:
Figure BDA0002086477810000102
其中,2π代表了输入数据的采样率,
Figure BDA0002086477810000103
也就是匹配滤波器结果的输出速率。如果匹配滤波一次能处理的相关结果时间长度是Tm,那么
Figure BDA0002086477810000104
等于1/Tm
以GPS L1C/A信号为例,匹配滤波器的结果输出每隔一毫秒产生一次。因此,采样率
Figure BDA0002086477810000105
是1000Hz。以BDS B1I信号为例,匹配滤波器的输出每半毫秒产生一次。因此,采样率
Figure BDA0002086477810000106
是2000Hz.相位旋转后的相邻频率点的间隔是
Figure BDA0002086477810000107
通常此频率间隔被定义为1/2(*相干积分时长).因此,根据以下计算表达式计算数字N的取值,包括:.
Figure BDA0002086477810000111
以9ms的相干时间长度为例,频率间隔被推导出是55Hz。然后得出N=18。
由于只有来自匹配滤波器的9个输出结果,所以后面的9个数据被附加为0,即x[9],...,x[17]=0。在上述情况下,可以得到如下表达式:
Figure BDA0002086477810000112
如果将频率搜索范围设置为500Hz,则需要计算的多普勒频点个数是500Hz/55Hz=8。那么只需要k=0...7的结果。
从上面的等式可以看出,当新数据x[n]到来时,相位旋转结果可以通过以相位基数
Figure BDA0002086477810000113
对相位旋转8次得到。在进行求和之后,通过该相位旋转方法得到8个相位旋转结果对应8个频点。
在实现时,在频率维度,需要围绕中心频率的8个频率点的结果。
为了简化计算,可以采用如下计算方式,包括:
Figure BDA0002086477810000114
其中,bin=±1,±3,±5,±7。
为了简化计算,这里bin的间隔被设置为原来频点间隔的一半,需要的频点对应bin索引号±1,±3,±5,±7,所以这些索引号bin之间的间隔与原始频点的间隔相同。所以,这种情况下只需要4次旋转得到结果对应bin索引号1,3,5,7。以中心频点为中心的另外一边的频点可以根据对称性得到。相位旋转机制可适用于不同的相干积分长度。相干积分的结果存在积分结果缓存中。该缓存可以存储相干和非相干积分结果。
在一个示例性实施例中,所述相干积分计算器是通过如下方式处理信号的,包括:
如果所述信号的相干积分时间长度不超过所述最大相干积分时间的长度,则所述将所述信号的相干积分结果中的部分存储在相干积分存储器内,其中存储的数据大小为b*c,其中,b为信号的码相位维度中的输出数,c为信号相位旋转后得到的多普勒频率个数。
在一个示例性实施例中,所述相干积分存储器内存储的数据用于每个多普勒搜索单元重复共享使用。
在上述示例性实施例中,如果配置的相干积分时间长度不超过输入数据缓存所约束的最大相干时间,则将这种类型的相干积分为短相干积分。在短积分中,整个积分结果缓存被分割出一部分存储相干积分结果,该部分大小由匹配滤波器输出相位的个数和多普勒频率个数所决定。对于每次匹配滤波器结果,假设码相位维度中的输出数是N,相位旋转后的多普勒频率个数是M,则存储在积分结果缓存中的数据数量是N*M。在短相干积分中,这部分积分缓存被于每个多普勒搜索单元重复共享使用,这是因为输入数据缓存足够长能支持完成相干长度计算所需要的数据长度,不需要存储相干积分的中间结果。
在一个示例性实施例中,所述相干积分计算器是通过如下方式处理信号的,包括:
如果所述信号的相干时间长度大于所述最大相干积分长度,存储每个多普勒单元中的相干积分的中间结果,并根据缓存的中间结果,得到所述信号完整的相干积分结果。
在本示例性实施例中,如果配置的相干时间长度大于输入数据缓存所约束的最大短相干时间,则将这种类型的相干积分命名为长相干积分。在长相干积分中,由于输入数据缓存中数据长度不足以支持完成所需相干长度的计算,因此在完成部分相干积分结果后需要等待新数据,在等待时需要保存现场,即每个多普勒单元中的相干积分的中间结果。在这种情况下,用于存储相干积分结果的缓存部分不能被每个多普勒单元重复使用,因此需要更大的缓存。考虑所支持的并行多普勒单元个数与积分结果缓存大小之间的折中,提出了动态积分缓存分配方案。在长相干积分模式中,可以分配更多部分的积分结果缓存来存储每个并行多普勒单元的相干结果。动态积分结果缓存分配方案以最有效的方式利用缓存大小,并最大化的支持并行多普勒单元个数,以提高捕获速度。
在一个示例性实施例中,所述相干积分计算器在信号的相干时间长度大于预设的时间长度后,还执行如下至少一个操作,包括:
记录信号的比特边界信息;
去除信号的二级码;
去除信号中的导航比特。
在本示例性实施例中,对于GPS L1信号20毫秒以及更长长度的相干积分,需要知道比特边界信息。有相应的寄存器告知硬件比特边界的起始毫秒,以避免反相造成相关结果的值减弱而不能捕获信号。
除了比特边界信息之外,对于诸如GAL,GLO和BD的具有二级码的GNSS系统,当实现大于二级码长度的相干积分长度时,还需要去除二级码。
当BD B1I信号的相干积分时间大于1毫秒时,需要去除NH码。当GLO G1信号的相干积分时间大于10毫秒时,需要去除Meander码。当GAL E1的相干积分时间大于4毫秒时,需要去除二级码。考虑到二级码反转信号相位,去除方案是:二级码与原始卫星PRN码进行异或(XOR),以产生用于匹配滤波器中的相关计算的PRN码。
当实现大于一个导航比特长度的相干积分长度时,除了比特边界信息外,还需要知道导航比特。当导航比特从0切换到1或从1切换到0时,信号的相位也进行了翻转。导航比特去除方案是:在导航比特,二级码和原始卫星PRN码之间进行XOR操作,生成用于匹配滤波器中相关计算的PRN码。
增加相干积分长度的好处是提高采集灵敏度。但是,要使用长相干积分,需要更多的信息和计算,例如比特边界,导航比特和相应的二级码的去除操作。通常这些信息是未知的。此外,随着相干积分长度的增加,相应的多普勒频域搜索范围也减小。因此,多普勒搜索单元的数量会增加,这导致完成卫星搜索和捕获的速度变慢。相反,非相干积分不需要关于比特边界,导航比特或二级码信息及其相应的去除操作。非相干积分长度的增加不会增加多普勒搜索单元的数量。由于平方损失,非相干积分的缺点是其灵敏度相比相干积分要差。因此,本申请实施例提出了混合相干积分和非相干积分方案,以利用它们两个的好处。
在一个示例性实施例中,所述非相干积分计算器,用于在得到信号在码相位和频率维度上每轮的相干积分结果,对相干积分结果中的每个幅度值累加,生成非相干积分结果。
在本示例性实施例中,在相干积分和相位旋转之后,结果将累积到非相干积分结果。计算相干积分结果复数输出的幅度,然后累积该幅度。累积的次数由非相干积分长度定义,并且该长度是可配置的。在相干积分中,首先分别对I路和Q路求和,然后计算幅度的大小。相反,在非相干积分中,首先计算幅度,然后求和。
图11为本申请实施例提供的非相干积分处理器的数据处理的示意图。在图11中,每个矩阵表示每轮的相干积分结果,在码相位和频率维度。然后每个元素的幅度值累加生成非相干积分。
本申请实施例提供的输入数据缓存、匹配滤波器、相位旋转方案、相干积分和非相干积分以实现混合相干和非相干积分,可支持灵活可配置的相干和非相干积分不同组合,可支持不同的GNSS信号类型。
本领域普通技术人员可以理解,上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中,在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分;例如,一个物理组件可以具有多个功能,或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器,如数字信号处理器或微处理器执行的软件,或者被实施为硬件,或者被实施为集成电路,如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上,计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的,术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外,本领域普通技术人员公知的是,通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据,并且可包括任何信息递送介质。

Claims (9)

1.一种全球导航卫星系统GNSS中信号处理装置,其特征在于,包括:
数据缓存器,用于在得到至少两个种类的GNSS系统的卫星信号后,按照预先设置的卫星信号的数据存储大小,存储所述信号的数据,其中所述数据存储大小满足能够完成所述卫星信号的最大相干积分长度所需的数据;
匹配滤波器,用于按照所述卫星信号的信号类型,计算所述卫星信号的码位相关性,得到相关性结果;
相干积分计算器,用于根据所述卫星信号的相关性结果,计算所述卫星信号的时间和频率的相干积分结果;
非相干积分计算器,用于根据预先设置的非相关积分长度,对所述卫星信号的相干积分结果进行计算,得到所述卫星信号的非相干积分结果;
峰值搜索器,用于根据所述卫星信号的非相干积分结果,进行峰值搜索,得到完整的信号;
其中,匹配滤波器输入数据缓存分两块,总大小是存储2*n个样本,n是匹配滤波器每次能够处理的数据长度,其中在处理完第一块输入数据缓存中的数据之后,把第二块输入数据缓存中的数据移动到第一块输入数据缓存,然后将新数据写入第二块输入数据缓存;
其中,匹配滤波器所使用的随机噪声码PRN码是固定的并且始终从第一个PRN码字开始。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述装置还包括:
冲裁器,用于生成信号的选择结果,并发送给所述匹配滤波器。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述匹配滤波器对不同信号类型计算的轮数和每轮的段数为Ns/Nc的向上取整的结果;
其中,Nc表示所述匹配滤波器一次结算输出的码相位个数,Ns表示不同的信号类型需要输出的码相位个数。
4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述相干积分计算器是通过如下方式进行计算的,包括:
当接收到数据序列x[n]时,以相位基数对相位旋转M次,得到M个频点;其中相位基数=2π*n/N;其中,n为数据序列的序号,N为确定频点间隔的参数,其中,n、M和N均为整数;
利用如下计算表达式M个频点的相干积分结果,包括:
Figure FDA0002808786540000021
其中,bin为整数,取值的间隔为所述频点间隔的一半。
5.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述相干积分计算器是通过如下方式处理信号的,包括:
如果所述信号的相干积分时间长度不超过所述最大相干积分时间的长度,则所述将所述信号的相干积分结果中的部分存储在相干积分存储器内,其中存储的数据大小为b*c,其中,b为信号的码相位维度中的输出数,c为信号相位旋转后得到的多普勒频率个数。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述相干积分存储器内存储的数据用于每个多普勒搜索单元重复共享使用。
7.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述相干积分计算器是通过如下方式处理信号的,包括:
如果所述信号的相干时间长度大于所述最大相干积分长度,存储每个多普勒单元中的相干积分的中间结果,并根据缓存的中间结果,得到所述信号完整的相干积分结果。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述相干积分计算器在信号的相干时间长度大于预设的时间长度后,还执行如下至少一个操作,包括:
记录信号的比特边界信息;
去除信号的二级码;
去除信号中的导航比特。
9.根据权利要求1所述的装置,其特征在于:
所述非相干积分计算器,用于在得到信号在码相位和频率维度上每轮的相干积分结果,对相干积分结果中的每个幅度值累加,生成非相干积分结果。
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