CN113253315A - 一种基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置及方法。装置包括数据缓存模块，用于将多个通道基带数据实时、并行地写入到数据缓存单元中；相关峰控制模块，用于控制相关峰跟踪模块在一个调度周期内依次完成多个线程的相关峰跟踪运算，并且用于线程切换时临时变量的出栈和入栈；相关峰跟踪模块，用于执行多个线程的相关峰跟踪运算，该相关峰跟踪运算包括数据读取、载波生成、伪码生成和相干运算；线程缓存模块，用于缓存各个线程的临时变量；所述数据缓存模块、相关峰跟踪模块、相关峰控制模块和线程缓存模块依次连接。本发明能提高时钟利用率，显著减小相关峰监测所需的逻辑资源，具有配置灵活的优点。

Description

一种基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置及方法

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，更具体地说，特别涉及一种基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置及方法。

背景技术

随着各国导航系统的发展，通过地面接收机对导航信号进行实时监测能够实时分析导航信号的质量，导航信号相关峰的监测是信号质量分析中最为重要的一个指标要求。相关峰的监测需要实时跟踪多达32个伪码相位点，常规的相关峰监测装置需要配置多个并行相关器；同时随着导航信号类型的增加，接收机往往需要同时监测多个信号类型多个卫星的相关峰，这使得相关峰监测需要极大地消耗接收机逻辑资源，造成接收机成本的增加和性能的下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置及方法，以克服现有技术所存在的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置，包括：

数据缓存模块，用于将多个通道基带数据实时、并行地写入到数据缓存单元中；

相关峰控制模块，用于控制相关峰跟踪模块在一个调度周期内依次完成多个线程的相关峰跟踪运算，并且用于线程切换时临时变量的出栈和入栈；

相关峰跟踪模块，用于执行多个线程的相关峰跟踪运算，该相关峰跟踪运算包括数据读取、载波生成、伪码生成和相干运算；

线程缓存模块，用于缓存各个线程的临时变量；

所述数据缓存模块、相关峰跟踪模块、相关峰控制模块和线程缓存模块依次连接。

进一步地，所述数据缓存模块包括数据写入控制器和数据缓存单元，所述数据缓存单元的地址空间划分为设定个等长的分段，所述数据写入控制器将多个通道基带数据实时、分段、循环缓存到设定个数据段缓存单元的数据分段中，在每一个数据分段写满后发出写完成脉冲，相邻两个写完成脉冲的时间构成一调度周期，所述多个通道基带数据具有相同的采样速率，且使用同一个数据有效标志。

进一步地，所述相关峰控制模块用于在写完成脉冲的驱动下，在每一个调度周期内依次对多个线程进行调度和运算。

进一步地，所述相关峰跟踪模块包括数据读取单元、载波单元、伪码单元和相干单元，所述数据读取单元、载波单元和伪码单元均与相干单元连接，所述数据读取单元用于数据读取，所述载波单元用于载波生成，所述伪码单元用于伪码生成，所述相干单元用于相干运算。

进一步地，所述数据读取单元包括依次连接的数据读取控制器和数据选通单元，所述数据读取控制器循环读取数据缓存单元中的数据，所述数据选通单元选通所跟踪的信号进行输出。

进一步地，所述载波单元包括依次连接的载波NCO单元和载波生成单元，所述载波NCO单元实时生成载波相位，所述载波生成单元实时生成载波信号和载波周计数值。

进一步地，所述伪码单元包括伪码NCO单元、伪码生成单元和伪码选通单元，所述伪码NCO单元实时生成多个伪码相位，所述伪码生成单元实时生成多个不同信号类型的伪码码片，所述伪码选通单元选通所跟踪的伪码进行输出。

进一步地，所述相干单元包括依次连接的混频单元、相关单元和积分清零单元，所述混频单元实现数据和载波的混频并剥离载波多普勒后输出零中频基带信号，所述相关单元实现多个伪码相位的伪码剥离，所述积分清零单元完成多个伪码相位的相干积分运算并输出各个伪码相位的相关值。

进一步地，所述线程缓存模块内的缓存地址空间划分为多个等长的地址空间，每个地址空间存储对应线程的临时变量，每个线程的临时变量保存在不同的缓存区域内。

本发明提供一种根据上述的基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置的监测方法，包括以下步骤：

S1、等待状态，相关峰控制模块设置当前的线程编号为1并等待数据缓存模块发出写完成脉冲信号；

S2、出栈状态，相关峰控制模块对当前线程的临时变量进行出栈，将临时变量从线程缓存模块加载到相关峰跟踪模块的各个功能单元的寄存器中；

S3、跟踪状态，相关峰控制模块判断当前线程是否处于跟踪状态，若处于跟踪状态，则控制相关峰跟踪模块执行固定长度的相干运算，若处于空闲状态，则直接返回；

S4、入栈状态，相关峰控制模块对当前线程的临时变量进行入栈，将相关峰跟踪模块中各个功能单元的临时变量保存到线程缓存模块；

S5、判断状态，相关峰控制模块判断是否所有线程均已执行完成，若是则返回步骤S1等待下一个调度周期，否则将当前线程编号自增1，返回步骤S2进行下一个线程的跟踪。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明能够通过提高时钟利用率，显著减小相关峰监测所需的逻辑资源，并且具有配置灵活的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置的原理框架图。

图2是本发明一种实施例中数据缓存模块数据写入控制器的流程图。

图3为本发明一种实施例中相关峰控制模块的控制流程图。

图4为本发明一种实施例中某一个线程的相关峰跟踪和监测结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1所示，本实施例公开了一种基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置，包括：数据缓存模块1，用于将多个通道基带（低速率）数据实时、并行地写入到数据缓存单元11中；相关峰控制模块2，用于控制相关峰跟踪模块3在一个调度周期内依次完成多个线程的相关峰跟踪运算，并且用于线程切换时临时变量的出栈和入栈；相关峰跟踪模块3，用于执行多个线程的相关峰跟踪运算，该相关峰跟踪运算包括数据读取、载波生成、伪码生成和相干运算；线程缓存模块4，用于缓存各个线程的临时变量；所述的数据缓存模块1、相关峰跟踪模块3、相关峰控制模块2和线程缓存模块4依次连接。

本实施例中，所述的数据缓存模块1包括数据写入控制器10和数据缓存单元11，所述数据缓存单元11的地址空间划分为设定个（本实施例选择4个）等长的分段，数据写入控制器10将多个通道基带数据实时、分段、循环缓存到设定个数据段缓存单元11的数据分段中，在每一个数据分段写满后发出写完成脉冲，相邻两个写完成脉冲的时间构成一调度周期，多个通道基带数据具有相同的采样速率，且使用同一个数据有效标志。

其中，多个通道基带数据包括B1C通道、B1I通道、G1通道、G2通道和L2C通道，B1C通道数据包括了B1C、L1C、L1CA、E1，所有通道的数据位宽均设置为4bit，采样率设置为10Msps，所有通道的数据使用同一个有效脉冲；数据缓存单元11的总长度设置为8192点，化为分4个等长的blk，每个blk长度设置为2048点，每个点的位宽设置为16bit。

本实施例中，所述的相关峰控制模块2用于在写完成脉冲的驱动下，在每一个调度周期内依次对多个线程进行调度和运算，同时负责线程切换时临时变量的出栈和入栈，线程的个数设置为16，也就是同一个相关峰跟踪模块3可以同时跟踪16个信号的相关峰，并且每个线程可以配置为跟踪任意低码率信号类型、任意卫星编号的信号。

本实施例中，所述的相关峰跟踪模块3包括数据读取单元30、载波单元31、伪码单元32和相干单元33，数据读取单元30、载波单元31和伪码单元32均与相干单元33连接，其中，数据读取单元30用于数据读取，载波单元31用于载波生成，伪码单元32用于伪码生成，相干单元33用于相干运算。

所述的数据读取单元30包括依次连接的数据读取控制器和数据选通单元，所述数据读取控制器循环读取数据缓存单元11中的数据，所述数据选通单元选通所跟踪的信号进行输出。

所述的载波单元31包括依次连接的载波NCO单元和载波生成单元，所述载波NCO单元实时生成载波相位，所述载波生成单元实时生成载波信号和载波周计数值。

所述的伪码单元包括伪码NCO单元、伪码生成单元和伪码选通单元，所述伪码NCO单元实时生成多个伪码相位，伪码生成单元实时生成多个不同信号类型的伪码码片，伪码选通单元选通所跟踪的伪码进行输出；在应用时，伪码NCO单元实时生成32个伪码相位，相位间距设置为1/16码片，伪码生成单元包括多个不同类型的伪码生成，包括B1I、B1C、L1C、L1CA、E1、G1、G2、L2C信号，可以实时生成多个不同信号类型的32个伪码相位对应的伪码码片，伪码选通单元选通所跟踪的伪码进行输出。

所述的相干单元33包括依次连接的混频单元、相关单元和积分清零单元，混频单元实现数据和载波的混频并剥离载波多普勒后输出零中频基带信号，相关单元实现多个（本实施例为32个）伪码相位的伪码剥离，积分清零单元完成多个（本实施例为32个）伪码相位的相干积分运算并输出各个伪码相位的相关值，某一个线程的相关峰监测结果如图4所示。

所述的线程缓存模块4内的缓存地址空间划分为多个（本实施例选用16个）等长的地址空间，每个线程地址空间大小设置为32点，每个点32bit宽度，每个地址空间存储对应线程的临时变量，每个线程的临时变量保存在不同的缓存区域内，临时变量包括数据读取地址、载波周计数、载波相位、伪码ms计数，伪码码片计数、伪码相位、累加器初始值等。

本实施例中，同一个相关峰跟踪通道同时跟踪16个信号的处理实时性分析，设高速处理时钟为200MHz，数据采样率为10MHz，一个调度周期为2048个数据样点，调度周期时长为1/10MHz*2048=0.2048ms，一个调度周期内高速处理时钟的周期数为0.2048ms*200MHz=40960ms，每个调度周期相关运算周期为2048ms，出入栈所需周期为300ms，总的所需时钟周期数为16*(2048+300)=37568ms<40960ms，因此满足处理实时性要求，显然地，当采用更高速的处理时钟，可以得到更大的时分复用效率，例如当处理时钟运行在400MHz时，相关峰跟踪模块足以同时跟踪多达32个不同类型低码率信号的相关峰。

本发明还提供一种基于时分复用技术的导航信号相关峰监测方法，包括以下步骤：

数据缓存模块1的运行流程如图2所示：

初始状态：上电后参数初始化，然后进入等待状态；

等待状态：等待50pps脉冲信号，然后进入写状态；

写状态：当数据有效时，将数据写入当前blk，写满blk后，发出写完成脉冲，然后进入移位状态；

移位状态：将当前blk指针循环指向下一个blk，然后返回写状态。

相关峰控制模块2的运行流程如图3所示：

初始状态：上电后参数初始化，然后进入等待状态；

等待状态：设置当前线程编号为1，等待数据缓存模块1的写完成脉冲，然后进入出栈状态；

出栈状态：对当前线程的临时变量进行出栈，将临时变量从线程缓存模块加载到相关峰跟踪模块的各个寄存器中，然后进入跟踪状态；

跟踪状态：判断当前线程是否处于跟踪状态，如果处于跟踪状态，则控制相关峰跟踪模块执行2048点的相干运算，然后进入入栈状态；如果处于空闲状态，则直接进入入栈状态；

入栈状态：对当前线程的临时变量进行入栈，将相关峰跟踪模块中各个功能单元的临时变量从寄存器保存到线程缓存模块，然后进入判断状态；

判断状态：判断是否所有线程均已经执行完成，如果是则返回等待状态，开始下一个调度周期，否则将当前线程编号自增1，返回出栈状态进行下一个线程的跟踪。

采用本发明所设计的导航信号相关峰监测装置及方法具有资源利用率高的优势，一个相关峰模块能够同时监测多达16个通道的1M码率导航信号或多达4个通道的10M码率导航信号，极大地节省了硬件资源；同时该装置具有配置灵活的特点，能够同时监测多个导航系统不同信号类型、不同卫星编号的导航信号。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置，其特征在于，包括：

数据缓存模块，用于将多个通道基带数据实时、并行地写入到数据缓存单元中；

相关峰控制模块，用于控制相关峰跟踪模块在一个调度周期内依次完成多个线程的相关峰跟踪运算，并且用于线程切换时临时变量的出栈和入栈；

相关峰跟踪模块，用于执行多个线程的相关峰跟踪运算，该相关峰跟踪运算包括数据读取、载波生成、伪码生成和相干运算；

线程缓存模块，用于缓存各个线程的临时变量；

所述数据缓存模块、相关峰跟踪模块、相关峰控制模块和线程缓存模块依次连接。

2.根据权利要求1所述的基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置，其特征在于，所述数据缓存模块包括数据写入控制器和数据缓存单元，所述数据缓存单元的地址空间划分为设定个等长的分段，所述数据写入控制器将多个通道基带数据实时、分段、循环缓存到设定个数据段缓存单元的数据分段中，在每一个数据分段写满后发出写完成脉冲，相邻两个写完成脉冲的时间构成一调度周期，所述多个通道基带数据具有相同的采样速率，且使用同一个数据有效标志。

3.根据权利要求2所述的基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置，其特征在于，所述相关峰控制模块用于在写完成脉冲的驱动下，在每一个调度周期内依次对多个线程进行调度和运算。

4.根据权利要求1所述的基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置，其特征在于，所述相关峰跟踪模块包括数据读取单元、载波单元、伪码单元和相干单元，所述数据读取单元、载波单元和伪码单元均与相干单元连接，所述数据读取单元用于数据读取，所述载波单元用于载波生成，所述伪码单元用于伪码生成，所述相干单元用于相干运算。

5.根据权利要求4所述的基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置，其特征在于，所述数据读取单元包括依次连接的数据读取控制器和数据选通单元，所述数据读取控制器循环读取数据缓存单元中的数据，所述数据选通单元选通所跟踪的信号进行输出。

6.根据权利要求4所述的基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置，其特征在于，所述载波单元包括依次连接的载波NCO单元和载波生成单元，所述载波NCO单元实时生成载波相位，所述载波生成单元实时生成载波信号和载波周计数值。

7.根据权利要求4所述的基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置，其特征在于，所述伪码单元包括伪码NCO单元、伪码生成单元和伪码选通单元，所述伪码NCO单元实时生成多个伪码相位，所述伪码生成单元实时生成多个不同信号类型的伪码码片，所述伪码选通单元选通所跟踪的伪码进行输出。

8.根据权利要求4所述的基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置，其特征在于，所述相干单元包括依次连接的混频单元、相关单元和积分清零单元，所述混频单元实现数据和载波的混频并剥离载波多普勒后输出零中频基带信号，所述相关单元实现多个伪码相位的伪码剥离，所述积分清零单元完成多个伪码相位的相干积分运算并输出各个伪码相位的相关值。

9.根据权利要求1所述的基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置，其特征在于，所述线程缓存模块内的缓存地址空间划分为多个等长的地址空间，每个地址空间存储对应线程的临时变量，每个线程的临时变量保存在不同的缓存区域内。

10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的基于时分复用技术的导航信号相关峰监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、等待状态，相关峰控制模块设置当前的线程编号为1并等待数据缓存模块发出写完成脉冲信号；

S2、出栈状态，相关峰控制模块对当前线程的临时变量进行出栈，将临时变量从线程缓存模块加载到相关峰跟踪模块的各个功能单元的寄存器中；

S3、跟踪状态，相关峰控制模块判断当前线程是否处于跟踪状态，若处于跟踪状态，则控制相关峰跟踪模块执行固定长度的相干运算，若处于空闲状态，则直接返回；

S4、入栈状态，相关峰控制模块对当前线程的临时变量进行入栈，将相关峰跟踪模块3中各个功能单元的临时变量保存到线程缓存模块；

S5、判断状态，相关峰控制模块判断是否所有线程均已执行完成，若是则返回步骤S1等待下一个调度周期，否则将当前线程编号自增1，返回步骤S2进行下一个线程的跟踪。

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