CN112596087B - 用于卫星导航的fir数字滤波方法、导航芯片及接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于卫星导航的FIR数字滤波方法，包括设定FIR滤波器的参数；对输入数据进行延时和缓存；采用时分复用对数据进行处理；将缓存数据首尾相加得到累加数据；将累加数据FIR滤波器的参数相乘得到滤波数据；将滤波数据进行流水累加处理得到一路输出数据；根据当前处理周期所输入的数据种类对输出数据进行延时得到最终的输出数据。本发明还公开了一种包括所述用于卫星导航的FIR数字滤波方法的导航芯片。本发明还公开了一种包括所述用于卫星导航的FIR数字滤波方法和导航芯片的接收机。本发明方法占用硬件资源较少、可靠性高、适用性广且简单方便。

Description

用于卫星导航的FIR数字滤波方法、导航芯片及接收机
技术领域
本发明属于信号处理领域，具体涉及一种用于卫星导航的FIR数字滤波方法、导航芯片及接收机。
背景技术
随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，导航技术已经广泛应用于人们的生产和生活当中，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。
目前，进入卫星导航接收机的数字采样信号，经过数字下变频后，都需要进行数字滤波处理，以降低高频信号的影响。数字滤波的基本结构为大量的乘累加运算，按照实现结构划分，有IIR滤波和FIR滤波两种类型。FIR数字滤波，具有线性相位、配置灵活、结构简单和易于实现等优点，应用范围较广。
但是，目前主流的FIR数字滤波技术，在实现方面普遍具有硬件资源开销大的问题。在资源有限的硬件中，目前的FIR数字滤波技术直接影响了系统的整体性能，从而限制了系统性能的进一步提升。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种占用硬件资源较少、可靠性高、适用性广且简单方便的用于卫星导航的FIR数字滤波方法。
本发明的目的之二在于提供一种包括了所述用于卫星导航的FIR数字滤波方法的导航芯片。
本发明的目的之三在于提供一种包括了所述用于卫星导航的FIR数字滤波方法和导航芯片的接收机。
本发明提供的这种用于卫星导航的FIR数字滤波方法，包括如下步骤：
S1. 设定FIR滤波器的参数；
S2. 对输入的IQ两路数据中的一路进行延时，并对另一路不进行延时；同时采用寄存器进行缓存，共缓存N个数据，N=2m，m为自然数；
S3. 通过时分复用技术，对步骤S2缓存的数据进行后续处理；
S4. 将输入的N个缓存数据进行首尾相加，累加得到N/2路累加数据；
S5. 将步骤S4得到的N/2路累加数据与步骤S1设定的FIR滤波器的参数相乘，从而得到N/2路滤波数据；
S6. 将步骤S5得到的N/2路滤波数据进行m-1级流水累加处理，从而得到一路输出数据；
S7. 根据当前处理周期所输入的数据种类，对步骤S6得到的输出数据进行延时处理，从而得到最终的经过FIR数字滤波后的IQ数据。
步骤S1所述的FIR滤波器的参数，具体为采用对称FIR滤波器，FIR滤波器的总阶数为N个，设定N/2个滤波器的参数。
步骤S2所述的对输入的IQ两路数据中的一路进行延时，并对另一路不进行延时；同时采用寄存器进行缓存，具体为针对输入的IQ两路数据，对I路数据不进行延时，并在I路输入标志有效时，采用第一组寄存器对I路数据进行缓存；对Q路数据延时1个处理时钟，并在Q路输入标志有效时，采用第二组寄存器对延时后的Q路数据进行缓存；同时I路输入标志和Q路输入标志不同时有效。
步骤S3所述的通过时分复用技术，对步骤S2缓存的数据进行后续处理，具体为当I路输入标志有效时，对缓存的I路数据进行后续处理；当Q路输入标志有效时，对缓存的Q路数据进行后续处理；同时保证在同一个处理时钟期间，I路输入标志和Q路输入标志仅有一个有效。
步骤S4所述的将输入的N个缓存数据进行首尾相加，累加得到N/2路数据，具体为将输入的N个缓存数据，采用如下规则进行相加，从而得到累加得到N/2路数据：
第0位数据与第N-1位数据相加，从而得到第0路累加数据；
第1位数据与第N-2位数据相加，从而得到第1路累加数据；
……
第(N/2)-1位数据与第N/2位数据相加，从而得到第(N/2)-1路累加数据。
步骤S6所述的将步骤S5得到的N/2路滤波数据进行m-1级流水累加处理，从而得到一路输出数据，具体为采用如下步骤进行得到一路输出数据：
A. 在第j级流水累加中，将j-1级累加滤波数据中的第i路滤波数据与第i+1路滤波数据相加并得到对应的第j级累加滤波数据；j为自然数且j=1,2,...,m-1；i为整数且i=2*q，q=0,1,...,2m-1-j-1；规定第0级累加滤波数据为步骤S5得到的N/2路滤波数据；
重复步骤A，直至得到第m-1级累加滤波数据；此时得到的第m-1级累加滤波数据为最终输出的一路输出数据。
步骤S7所述的根据当前处理周期所输入的数据种类，对步骤S6得到的输出数据进行延时处理，从而得到最终的经过FIR数字滤波后的IQ数据，具体为若当前处理时钟所对应的I路输入标志有效，则将当前的输出数据延时一个处理时钟后再作为I通道的输出数据；若当前处理时钟所对应的Q路输入标志有效，则将当前的输出数据直接作为Q通道的输出数据。
本发明还提供了一种导航芯片，该导航芯片包括了所述的用于卫星导航的FIR数字滤波方法。
本发明还提供了一种接收机，该接收机包括了所述的用于卫星导航的FIR数字滤波方法和所述的导航芯片。
本发明提供的这种用于卫星导航的FIR数字滤波方法、导航芯片及接收机，利用了分时复用、并行和流水处理等设计思想，采用了“整体时分复用+内部并行相乘和流水累加”的方式，实现了分时复用IQ两路数据，以及并行相乘和流水累加；因此本发明方法占用硬件资源较少、可靠性高、适用性广且简单方便。
附图说明
图1为本发明方法的方法流程示意图。
图2为本发明方法的一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种用于卫星导航的FIR数字滤波方法，包括如下步骤：
S1. 设定FIR滤波器的参数；具体为采用对称FIR滤波器，FIR滤波器的总阶数为N个，设定N/2个滤波器的参数；在具体实施时，可以通过仿真或者实际实验来确定滤波器的参数；
S2. 对输入的IQ两路数据中的一路进行延时，并对另一路不进行延时；同时采用寄存器进行缓存，共缓存N个数据，N=2m，m为自然数；具体为针对输入的IQ两路数据，对I路数据不进行延时，并在I路输入标志有效时，采用第一组寄存器对I路数据进行缓存；对Q路数据延时1个处理时钟，并在Q路输入标志有效时，采用第二组寄存器对延时后的Q路数据进行缓存；同时I路输入标志和Q路输入标志不同时有效；
S3. 通过时分复用技术，对步骤S2缓存的数据进行后续处理；具体为当I路输入标志有效时，对缓存的I路数据进行后续处理；当Q路输入标志有效时，对缓存的Q路数据进行后续处理；同时保证在同一个处理时钟期间，I路输入标志和Q路输入标志仅有一个有效；
S4. 将输入的N个缓存数据进行首尾相加，累加得到N/2路累加数据；具体为将输入的N个缓存数据，采用如下规则进行相加，从而得到累加得到N/2路数据：
第0位数据与第N-1位数据相加，从而得到第0路累加数据；
第1位数据与第N-2位数据相加，从而得到第1路累加数据；
……
第(N/2)-1位数据与第N/2位数据相加，从而得到第(N/2)-1路累加数据；
S5. 将步骤S4得到的N/2路累加数据与步骤S1设定的FIR滤波器的参数相乘，从而得到N/2路滤波数据；
S6. 将步骤S5得到的N/2路滤波数据进行m-1级流水累加处理，从而得到一路输出数据；具体为采用如下步骤进行得到一路输出数据：
A. 在第j级流水累加中，将j-1级累加滤波数据中的第i路滤波数据与第i+1路滤波数据相加并得到对应的第j级累加滤波数据；j为自然数且j=1,2,...,m-1；i为整数且i=2*q，q=0,1,...,2m-1-j-1；规定第0级累加滤波数据为步骤S5得到的N/2路滤波数据；
重复步骤A，直至得到第m-1级累加滤波数据；此时得到的第m-1级累加滤波数据为最终输出的一路输出数据；
S7. 根据当前处理周期所输入的数据种类，对步骤S6得到的输出数据进行延时处理，从而得到最终的经过FIR数字滤波后的IQ数据；具体为若当前处理时钟所对应的I路输入标志有效，则将当前的输出数据延时一个处理时钟后再作为I通道的输出数据；若当前处理时钟所对应的Q路输入标志有效，则将当前的输出数据直接作为Q通道的输出数据。
以下，结合一个具体实施例（如图2所示），对本发明方法进行进一步说明：
S1. 设定FIR滤波器的参数；具体为采用对称FIR滤波器，32阶对称滤波器；
S2. 对输入的IQ两路数据中的一路进行延时，并对另一路不进行延时；同时采用寄存器进行缓存，共缓存32个数据（此时m=5）；具体为针对输入的IQ两路数据，对I路数据不进行延时，并在I路输入标志有效时，采用第一组寄存器对I路数据进行缓存；对Q路数据延时1个处理时钟，并在Q路输入标志有效时，采用第二组寄存器对延时后的Q路数据进行缓存；同时I路输入标志和Q路输入标志不同时有效；
S3. 通过时分复用技术，对步骤S2缓存的数据进行后续处理；具体为当I路输入标志有效时，对缓存的I路数据进行后续处理；当Q路输入标志有效时，对缓存的Q路数据进行后续处理；同时保证在同一个处理时钟期间，I路输入标志和Q路输入标志仅有一个有效；
S4. 将输入的32个缓存数据进行首尾相加，累加得到16路累加数据；具体为将输入的32个缓存数据，采用如下规则进行相加，从而得到累加得到16路数据：
第0位数据与第31位数据相加，从而得到第0路累加数据；
第1位数据与第30位数据相加，从而得到第1路累加数据；
……
第15位数据与第16位数据相加，从而得到第15路累加数据；
具体过程如图2所示的“数据降维”框中的过程；
得到的15路数据如图2中“滤波相乘”框中左侧一竖列的数据；
S5. 将步骤S4得到的16路累加数据与步骤S1设定的FIR滤波器的参数相乘，从而得到16路滤波数据；如图2中“滤波相乘”框的计算过程，得到的16路数据为“流水累加”框中左侧一竖列的数据；
S6. 将步骤S5得到的16路滤波数据进行4级流水累加处理，从而得到一路输出数据；具体为采用如下步骤进行得到一路输出数据：
对于第1级流水累加：
对于第0级累加滤波数据（定义为步骤S5得到的16路滤波数据），将第0路数据和第1路数据相加得到第1级累加滤波数据的第0位；
对于第0级累加滤波数据（定义为步骤S5得到的16路滤波数据），将第2路数据和第3路数据相加得到第1级累加滤波数据的第1位；
如此往复，得到第1级流水累加滤波数据的第0位~第7位；
对于第2级流水累加：
对于第1级累加滤波数据，将第0路数据和第1路数据相加得到第2级累加滤波数据的第0位；
对于第1级累加滤波数据，将第2路数据和第3路数据相加得到第2级累加滤波数据的第1位；
如此往复，得到第2级流水累加滤波数据的第0位~第3位；
对于第3级流水累加：
对于第2级累加滤波数据，将第0路数据和第1路数据相加得到第3级累加滤波数据的第0位；
对于第2级累加滤波数据，将第2路数据和第3路数据相加得到第3级累加滤波数据的第1位；
得到第3级流水累加滤波数据的第0位~第1位；
对于第4级流水累加：
对于第3级累加滤波数据，将第0路数据和第1路数据相加得到第4级累加滤波数据的第0位；
最终，得到第4级累加滤波数据；此时得到的第4级累加滤波数据为最终输出的一路输出数据；
具体过程如图2所示的“流水累加”框中的过程；
S7. 根据当前处理周期所输入的数据种类，对步骤S6得到的输出数据进行延时处理，从而得到最终的经过FIR数字滤波后的IQ数据；具体为若当前处理时钟所对应的I路输入标志有效，则将当前的输出数据延时一个处理时钟后再作为I通道的输出数据；若当前处理时钟所对应的Q路输入标志有效，则将当前的输出数据直接作为Q通道的输出数据；
具体过程如图2所示的“通道解复用”框中的过程。

Claims (4)

1.一种用于卫星导航的FIR数字滤波方法，其特征在于包括如下步骤：
S1. 设定FIR滤波器的参数；具体为采用对称FIR滤波器，FIR滤波器的总阶数为N个，设定N/2个滤波器的参数；
S2. 对输入的IQ两路数据中的一路进行延时，并对另一路不进行延时；同时采用寄存器进行缓存，共缓存N个数据，N=2 m ，m为自然数；具体为针对输入的IQ两路数据，对I路数据不进行延时，并在I路输入标志有效时，采用第一组寄存器对I路数据进行缓存；对Q路数据延时1个处理时钟，并在Q路输入标志有效时，采用第二组寄存器对延时后的Q路数据进行缓存；同时I路输入标志和Q路输入标志不同时有效；
S3. 通过时分复用技术，对步骤S2缓存的数据进行后续处理；具体为当I路输入标志有效时，对缓存的I路数据进行后续处理；当Q路输入标志有效时，对缓存的Q路数据进行后续处理；同时保证在同一个处理时钟期间，I路输入标志和Q路输入标志仅有一个有效；
S4. 将输入的N个缓存数据进行首尾相加，累加得到N/2路累加数据；
S5. 将步骤S4得到的N/2路累加数据与步骤S1设定的FIR滤波器的参数相乘，从而得到N/2路滤波数据；
S6. 将步骤S5得到的N/2路滤波数据进行m-1级流水累加处理，从而得到一路输出数据；具体为采用如下步骤进行得到一路输出数据：
A. 在第j级流水累加中，将j-1级累加滤波数据中的第i路滤波数据与第i+1路滤波数据相加并得到对应的第j级累加滤波数据；j为自然数且j=1,2,...,m-1；i为整数且i=2*q，q=0,1,...,2 m-1-j -1；规定第0级累加滤波数据为步骤S5得到的N/2路滤波数据；
重复步骤A，直至得到第m-1级累加滤波数据；此时得到的第m-1级累加滤波数据为最终输出的一路输出数据；
S7. 根据当前处理周期所输入的数据种类，对步骤S6得到的输出数据进行延时处理，从而得到最终的经过FIR数字滤波后的IQ数据；具体为若当前处理时钟所对应的I路输入标志有效，则将当前的输出数据延时一个处理时钟后再作为I通道的输出数据；若当前处理时钟所对应的Q路输入标志有效，则将当前的输出数据直接作为Q通道的输出数据。
2.根据权利要求1所述的用于卫星导航的FIR数字滤波方法，其特征在于步骤S4所述的将输入的N个缓存数据进行首尾相加，累加得到N/2路数据，具体为将输入的N个缓存数据，采用如下规则进行相加，从而得到累加得到N/2路数据：
第0位数据与第N-1位数据相加，从而得到第0路累加数据；
第1位数据与第N-2位数据相加，从而得到第1路累加数据；
……
第(N/2)-1位数据与第N/2位数据相加，从而得到第(N/2)-1路累加数据。
3.一种导航芯片，其特征在于包括了权利要求1或2所述的用于卫星导航的FIR数字滤波方法。
4.一种接收机，其特征在于包括了权利要求1或2所述的用于卫星导航的FIR数字滤波方法和权利要求3所述的导航芯片。
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