CN117310601A - 基带信号处理电路、接收机及基带信号处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了基带信号处理电路、接收机及基带信号处理方法，所述电路包括：数据获取模块、基带处理模块以及数据处理模块；数据获取模块，用于获取导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带数据；基带处理模块，用于确定主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，并基于主基带处理模块产生的同步信号，控制从基带处理模块与主基带处理模块同步处理基带数据；数据处理模块，用于获取基带处理模块处理后的基带数据，并对处理后的基带数据进行相应功能的数据处理操作。通过基于同步信号实现多个基带处理模块并行处理的方式，实现同时对系统中各个导航卫星频点的基带信号的处理，且还可以通过减少系统电路设计中连线的复杂度，提高系统可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及星载掩星接收机技术领域，特别是涉及一种基带信号处理电路、相应的一种接收机，以及相应的一种基带信号处理方法。
背景技术
随着全球导航卫星系统的不断发展，GNSS(GlobalNavigation SatelliteSystem)掩星探测技术应运而生。GNSS掩星探测技术，主要是利用GNSS导航信号穿过地球大气层时传播特性发生变化，低轨卫星接收机通过测量穿过地球中性大气层后的GNSS信号幅度与附加相位延迟，可以反演得到中性大气温湿压、电离层电子密度等物理参数剖面，获得信号传输路径的大气温湿廓线和电离层电子密度廓线。
相关的掩星基带信号处理电路中，通常需要由实现定位信号处理和掩星信号处理这两大功能的组件组成，即一般是由定位部组件、多个掩星部组件组成，其系统较为复杂，导致这种掩星基带信号处理电路的可靠性较低。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基带信号处理电路、相应的一种接收机，以及相应的一种基带信号处理方法。
本发明实施例公开了一种基带信号处理电路，所述电路包括：数据获取模块、基带处理模块以及数据处理模块；
所述数据获取模块，用于获取导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带数据；
所述基带处理模块，用于确定主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，并基于所述主基带处理模块产生的同步信号，控制所述从基带处理模块与所述主基带处理模块同步处理所述基带数据；
所述数据处理模块，用于获取所述基带处理模块处理后的基带数据，并对所述处理后的基带数据进行相应功能的数据处理操作。
可选地，所述数据获取模块包括模数转换模块，所述基带数据包括数字化基带数据；
所述模数转换模块，用于获取导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带信号，并对所述基带信号进行模拟数字转换处理，得到针对各个导航卫星频点的数字化基带数据。
可选地，所述模数转换模块包括分别对应不同导航卫星频点的至少一个模数转换芯片，
所述模数转换芯片，用于确定相应导航卫星频点的至少一个基带信号通道，并基于各个基带信号通道采集对应的基带信号，对所述基带信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点中各个基带信号的数字化基带数据。
可选地，所述基带信号通道包括定位信号通道和掩星信号通道，所述模数转换芯片包括定位信号转换芯片和掩星信号转换芯片，
所述定位信号转换芯片，用于从所述定位信号通道获取相应导航卫星频点的定位信号，对所述定位信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点的数字化定位数据；
所述掩星信号转换芯片，用于从所述掩星信号通道获取相应导航卫星频点的掩星信号，对所述掩星信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点的数字化掩星数据。
可选地，所述基带数据包括数字化基带数据，所述基带处理模块的模块数量基于各个导航卫星频点的数字化基带数据与所述基带处理模块的资源大小确定，所述基带处理模块基于所述模块数量确定作为主端的主基带处理模块，以及作为从端的至少一个从基带处理模块。
可选地，所述主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，在同一时钟信号下分别处理不同导航卫星频点的数字化基带数据，
其中，所述主基带处理模块用于在对相应导航卫星频点的数字化基带数据进行处理的同时，产生同步信号，并将所述同步信号传输至所述至少一个从基带处理模块；
所述至少一个从基带处理模块用于响应所述同步信号，对相应导航卫星频点的数字化基带数据进行处理。
可选地，所述主基带处理模块包括中断信号接口，所述数据处理模块包括外部中断管脚，所述中断信号接口与所述外部中断管脚连接；
所述主基带处理模块用于产生中断信号，所述中断信号接口用于获取所述主基带处理模块产生的中断信号，并向所述外部中断管脚连接传输所述中断信号。
可选地，所述基带处理模块中的主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，通过外部存储器接口与所述数据处理模块同时连接；
所述数据处理模块用于响应所述中断信号，通过所述外部存储器接口获取数字化基带数据，并对所述数字化基带数据进行相应功能的数据处理操作；其中，所述数据处理操作包括针对接收机的位置、速度和时间解算操作、掩星事件预报操作、掩星通道控制操作的至少一项或多项。
本发明实施例还公开了一种接收机，包括：定位天线、掩星接收天线，以及任一项所述基带信号处理电路。
本发明实施例还公开了一种基带信号处理方法，应用于基带信号处理电路，所述基带信号处理电路包括数据获取模块、基带处理模块以及数据处理模块，所述方法包括：
通过所述数据获取模块获取导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带数据；
从所述基带处理模块确定主基带处理模块和至少一个从基带处理模块；
获取所述主基带处理模块产生的同步信号，基于所述同步信号控制所述从基带处理模块与所述主基带处理模块同步处理所述基带数据；
通过数据处理模块获取所述基带处理模块处理后的基带数据，并对所述处理后的基带数据进行相应功能的数据处理操作。
可选地，所述数据获取模块包括模数转换模块，所述模数转换模块包括分别对应不同导航卫星频点的至少一个模数转换芯片；
所述基带数据包括数字化基带数据，通过所述数据获取模块获取导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带数据，包括：
通过所述模数转换芯片确定相应导航卫星频点的至少一个基带信号通道，并基于各个基带信号通道采集对应的基带信号，对所述基带信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点中各个基带信号的数字化基带数据。
可选地，所述基带信号通道包括定位信号通道和掩星信号通道，所述模数转换芯片包括定位信号转换芯片和掩星信号转换芯片；
基于各个基带信号通道采集对应的基带信号，对所述基带信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点中各个基带信号的数字化基带数据，包括：
通过所述定位信号转换芯片从所述定位信号通道获取相应导航卫星频点的定位信号，对所述定位信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点的数字化定位数据；
和/或，通过所述掩星信号转换芯片从所述掩星信号通道获取相应导航卫星频点的掩星信号，对所述掩星信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点的数字化掩星数据。
可选地，所述基带数据包括数字化基带数据，所述从所述基带处理模块确定主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，包括：
获取所述基带处理模块的资源大小；
基于各个导航卫星频点的数字化基带数据与所述基带处理模块的资源大小，确定所述基带处理模块的模块数量；
基于所述模块数量从所述基带处理模块中确定作为主端的主基带处理模块，以及作为从端的至少一个从基带处理模块。
可选地，所述主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，在同一时钟信号下分别处理不同导航卫星频点的数字化基带数据。
可选地，基于所述同步信号控制所述从基带处理模块与所述主基带处理模块同步处理所述基带数据，包括：
通过所述主基带处理模块在对相应导航卫星频点的数字化基带数据进行处理的同时，产生同步信号，并将所述同步信号传输至所述至少一个从基带处理模块；
通过所述至少一个从基带处理模块响应所述同步信号，对相应导航卫星频点的数字化基带数据进行处理。
可选地，所述主基带处理模块包括中断信号接口，所述数据处理模块包括外部中断管脚，所述中断信号接口与所述外部中断管脚连接。
可选地，所述方法还包括：
通过主基带处理模块产生中断信号，并通过所述中断信号接口向所述外部中断管脚连接传输所述中断信号。
可选地，所述基带处理模块中的主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，通过外部存储器接口与所述数据处理模块同时连接。
可选地，对所述基带数据进行相应功能的数据处理操作，包括：
通过所述数据处理模块响应所述中断信号，通过所述外部存储器接口获取数字化基带数据，并对所述数字化基带数据进行相应功能的数据处理操作。
可选地，所述数据处理操作包括针对接收机的位置、速度和时间解算操作、掩星事件预报操作、掩星通道控制操作的至少一项或多项。
本发明实施例包括以下优点：
在本发明实施例所提供的基带信号处理电路中，能够基于主基带处理模块产生的同步信号，控制多个从基带处理模块与主基带处理模块同步处理导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带数据，以便数据处理模块对处理后的基带数据进行相应功能的数据处理操作。通过主基带处理模块对从基带处理模块的同步控制，实现基于同步信号控制多个基带处理模块并行处理的方式，不仅可以达到同时对导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带信号处理的目的，还可以减少系统电路设计中连线的复杂度，提高系统可靠性。
附图说明
图1是本发明的一种基带信号处理电路实施例的框架示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基带信号处理电路的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的基带信号处理电路的电路示意图；
图4是本发明实施例提供的AD1～10采集GPS中频信号的原理示意图；
图5是本发明实施例提供的AD11～16采集北斗中频信号的原理示意图；
图6是本发明实施例提供的FPGA之间实现同步并行处理的接口原理示意图；
图7是本发明实施例提供的DSP与FPGA的接口原理示意图；
图8是本发明实施例提供的一种接收机的框架结构示意图；
图9是本发明的一种基带信号处理方法实施例的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
为便于本领域技术人员理解本申请，下面对本发明下述各实施例中涉及的术语或名词做出解释：
SRAM：Static Random-Access Memory，静态随机存取存储器。
FPGA：FieldProgrammable GateArray，现场可编程门阵列。
DSP：Digital Signal Processing，数字信号处理。
GNOS：GNSS Occulation Sounder，GNSS掩星探测仪。
AD：Analog Digital，模拟数字；AD芯片指的是采用模拟数字处理方式进行转换的转换芯片。
EMIF接口：ExternalMemory Interrface，外部存储器接口。
PVT解算：包括PositionVelocity Time，指的是对用户接收机的位置、速度和时间的解算。
掩星事件预报：指的是利用接收机自身的位置、GNSS卫星的位置，再根据几何关系确定将会产生掩星事件的GNSS卫星。
CLK：Clock信号，指的是时钟信号。
CS：Chip Select，片选信号，其作用是使能或者不使能设备的操作。
WE：写信号，用于把数据存储到SRAM中。
RD：读信号，用于从SRAM中读出数据。
随着全球导航卫星系统的不断发展，GNSS(GlobalNavigation SatelliteSystem)掩星探测技术应运而生。GNSS掩星探测技术，主要是利用GNSS导航信号穿过地球大气层时传播特性发生变化，低轨卫星接收机通过测量穿过地球中性大气层后的GNSS信号幅度与附加相位延迟，可以反演得到中性大气温湿压、电离层电子密度等物理参数剖面，获得信号传输路径的大气温湿廓线和电离层电子密度廓线。
本发明实施例的核心思想在于基于主基带处理模块产生的同步信号，控制多个从基带处理模块与主基带处理模块同步处理导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带数据，以便数据处理模块对处理后的基带数据进行相应功能的数据处理操作，通过基于同步信号实现多个基带处理模块并行处理的方式，同时实现导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带信号的处理，且基于同步信号实现多个基带处理模块之间的连接，大大减少电路设计中用于连接多个基带处理模块的线路数量，简化系统电路设计的复杂度，并基于连线数量的减少，降低由于任意一根连线出现故障而导致的工作异常的出错概率，提高系统的可靠性。
参照图1，示出了本发明的一种基带信号处理电路实施例的框架示意图，基带信号处理电路可以包括数据获取模块110、基带处理模块210以及数据处理模块310。
其中，数据获取模块110，主要可以用于获取导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带数据；基带处理模块210，主要可以用于确定主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，并基于主基带处理模块产生的同步信号，控制从基带处理模块与主基带处理模块同步处理基带数据；数据处理模块310，主要可以用于获取基带处理模块处理后的基带数据，并对基带数据进行相应功能的数据处理操作。
在本发明的一种实施例中，可以基于主基带处理模块产生的同步信号，控制多个从基带处理模块与主基带处理模块同步处理导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带数据，以便数据处理模块对处理后的基带数据进行相应功能的数据处理操作，基于同步信号实现多个基带处理模块并行处理的方式。
需要说明的是，导航卫星系统中所包含的各个导航卫星频点，可以包括例如GPSL1、GPS L2、北斗B1、北斗B2等多个频点，各个频点可以具有多个用于传输不同基带信号的不同基带信号通道，例如包括定位信号通道和掩星信号通道等，这些基带信号通道用于传输或者接收相应的基带信号。其中，定位信号通道主要是针对基于定位天线探测并接收GNSS卫星发射的来自天顶的GNSS信号的传输通道，而掩星信号通道还可以分为大气掩星信号通道以及电离掩星信号通道，通常可以分别是针对基于探测并接收GNSS卫星发射的穿过大气和电离层的GNSS信号的传输通道。
所获取的基带数据可以为数字化基带数据，具体地，如图2所示，数据获取模块110可以包括模数转换模块11，其主要可以用于获取导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带信号，并对基带信号进行模拟数字转换处理，得到针对各个导航卫星频点的数字化基带数据。
在具体实现中，模数转换模块可以表现为AD转换器，其主要可以表现为对各个导航卫星频点的基带信号进行模拟数字转换处理，以输出数字量数据，通常为4bit有效数据。其中，模数转换模块所进行处理的基带信号通常为中频信号，而初始的GNSS信号通常为射频信号，那么模数转换模块获得的基带信号可能还预先经过混频器将射频信号下变频至中频信号，并通过中频滤波器将该中频信号进行滤波处理，然后基于AGC放大器将滤波后的中频信号进行放大处理后输出的处理过程，实现将射频信号下变频至中频信号，即模数转换模块获得的基带信号为经过处理后得到的基带中频信号。
在实际应用中，模数转换模块在进行相应基带信号的采集时，主要可以通过相应导航卫星频点的基带信号通道实现相应基带信号的采集。
模数转换模块11可以包括分别对应不同导航卫星频点的至少一个模数转换芯片，其主要可以用于确定相应导航卫星频点的至少一个基带信号通道，并基于各个基带信号通道采集对应的基带信号，对基带信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点中各个基带信号的数字化基带数据。
具体地，基带信号通道可以包括定位信号通道和掩星信号通道，模数转换芯片包括定位信号转换芯片和掩星信号转换芯片。此时定位信号转换芯片，可以用于从定位信号通道获取相应导航卫星频点的定位信号，对定位信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点的数字化定位数据；而掩星信号转换芯片，可以用于从掩星信号通道获取相应导航卫星频点的掩星信号，对掩星信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点的数字化掩星数据。
示例性地，对于导航卫星频点GPS-L1的定位信号通道，可以是GPS-L1定位中频信号这一基带信号的传输通道，此时可以通过定位信号转换芯片对GPS-L1定位中频信号进行处理，转换为数字量数据，以输出至后续的数据处理模块；对于导航卫星频点GPS-L1的掩星信号通道，可以是GPS-L1前向大气掩星中频信号、GPS-L1后向大气掩星中频信号、前向电离掩星中频信号以及GPS-L1后向电离掩星中频信号等的传输通道，此时可以通过掩星信号转换芯片对前述掩星中频信号进行处理，同样转换为数字量数据，以输出至后续的数据处理模块。
在本发明一种优选的实施例中，多个基带处理模块并行处理的方式，涉及多个基带处理模块，如图2所示，基带处理模块210可以包括作为主端的主基带处理模块21，以及作为从端的至少一个从基带处理模块22，即通常而言，仅存在一个主基带处理模块21，以基于主基带处理模块21产生的同步信号对其余的从基带处理模块22进行控制，大大减少电路设计中用于连接多个基带处理模块的线路数量，简化系统电路设计的复杂度，并基于连线数量的减少，降低由于任意一根连线出现故障而导致的工作异常的出错概率，提高系统的可靠性。
具体地，基带处理模块的模块数量，可以基于各个导航卫星频点的数字化基带数据与基带处理模块的资源大小确定。在实际应用中，基带处理模块可以表现为FPGA，此时可以基于FPGA的资源大小确定能够满足所处理的数字化基带数据的大小的模块数量，以及可以基于此模块数量在确定作为主端的主基带处理模块以外，将满足处理数字化基带数据大小的其余基带处理模块均作为从基带处理模块。
不同的基带处理模块可以分别处理不同和/或相同的基带数据，基带处理模块所处理的数据对象，通常可以基于将用于采集各个基带数据的模数转换芯片进行分配实现，即当将某个模数转换芯片分配至某个基带处理模块时，表示该基带处理模块对该模数转换芯片采集的数字化基带数据进行处理。需要说明的是，对于分配策略，可以表现为FPGA的资源不够时可以对FPGA的数量进行增加，本发明实施例对此不加以限制。
在实际应用中，主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，可以在同一时钟信号(即CLK)下分别处理不同导航卫星频点的数字化基带数据。即多个模数转换芯片所采集的数字化基带数据(为中频数据)可以在时钟CLK同步下同时进入至少一个基带处理模块(包括主基带处理模块和至少一个从基带处理模块)进行处理。
其中，主基带处理模块主要可以用于在对相应导航卫星频点的数字化基带数据进行处理的同时，产生同步信号，并将同步信号传输至少一个从基带处理模块，而至少一个从基带处理模块可以响应同步信号，对相应导航卫星频点的数字化基带数据进行处理，实现FPGA之间同步并行处理基带数据。
需要说明的是，基带处理模块对数字化基带数据所进行的处理，包括但不限于GNSS基带信号捕获、跟踪、测量等信号处理，本发明实施例对此不加以限制。
在本发明一种优选的实施例中，主基带处理模块21可以包括中断信号接口，数据处理模块310可以包括外部中断管脚，基于中断信号接口与外部中断管脚的连接，实现主基带处理模块21与数据处理模块310的连接。其中，基带处理模块用于产生中断信号，中断信号接口用于获取主基带处理模块产生的中断信号，并向外部中断管脚连接传输中断信号。
在实际应用中，数据处理模块可以表现为DSP，数据处理模块DSP可以响应中断实时处理数字化基带数据。
在具体实现中，基带处理模块中的主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，可以通过外部存储器接口EMIF接口与数据处理模块同时连接，数据处理模块可以响应中断信号，通过外部存储器接口获取基带数据，并对基带数据进行相应功能的数据处理操作。其中，数据处理操作可以包括针对接收机的位置、速度和时间解算操作(即PVT解算)、掩星事件预报操作、掩星通道控制操作的至少一项或多项，但不限于仅包括前述数据处理操作。对此，本发明实施例不加以限制。
为了便于本领域技术人员进一步了解本发明实施例所提出的基带信号处理电路，结合相关示例进行如下说明：
参照图3，示出了本发明实施例提供的基带信号处理电路的电路示意图。
如图3所示，基带信号处理电路可以包括数据获取模块110、基带处理模块210以及数据处理模块310。示例性地，数据获取模块110可以包括16个AD模数转换芯片，例如AD1～AD16；基带处理模块210可以包括多个基带处理FPGA，例如FPGA1～FPGA3，即假设如图3所示的星载掩星接收机的基带信号处理电路，可以由16个AD模数转换芯片、多个基带处理模块FPGA、数据处理模块DSP等组成。
其中，导航卫星系统中各个导航卫星频点以GPS以及北斗这两个导航卫星频点为例；基带处理模块FPGA1作为主端(即主基带处理模块)，基带处理FPGA2、FPGA3作为从端(即从基带处理模块)；AD转换芯片有16只，所有AD输出给FPGA的数字量数据都为4bit有效数据；数据处理模块DSP可以通过EMIF接口与FPGA1、FPGA2、FPGA3进行数据交互，完成PVT解算、掩星事件预报、掩星通道控制等功能。
参照图4，示出了本发明实施例提供的AD1～10采集GPS中频信号的原理示意图。
如图4所示，AD1实现GPS-L1定位中频信号的采样，AD2实现GPS-L2定位中频信号的采样，AD3实现GPS-L1前向大气掩星中频信号的采样，AD4实现GPS-L2前向大气掩星中频信号的采样，AD5实现GPS-L1后向大气掩星中频信号的采样，AD6实现GPS-L2后向大气掩星中频信号的采样，AD7实现GPS-L1前向电离掩星中频信号的采样，AD8实现GPS-L2前向电离掩星中频信号的采样；AD9实现GPS-L1后向电离掩星中频信号的采样，AD10实现GPS-L2后向电离掩星中频信号的采样。
AD1～AD10采集的针对GPS这一导航卫星频点的中频数据(即数字化基带数据)，可以在时钟CLK同步下同时进入基带处理模块FPGA1与基带处理模块FPGA2。
需要说明的是，不同的基带处理模块可以分别处理不同和/或相同的数字化基带数据，基带处理模块所处理的数据对象，通常可以基于将用于采集各个数字化基带数据的模数转换芯片进行分配实现，即当将某个模数转换芯片分配至某个基带处理模块时，表示该基带处理模块对该模数转换芯片采集的数字化基带数据进行处理。需要说明的是，对于分配策略，可以表现为FPGA的资源不够时可以对FPGA的数量进行增加，本发明实施例对此不加以限制。即如图4所示的AD1～AD10采集的中频数据，主要是由于一个FPGA的资源大小不够所以分配给两个FPGA处理，且不仅可以分配给两个FPGA，还可以基于实际需要分配给多于两个FPGA处理，对此，本发明实施例不加以限制。
参照图5，示出了本发明实施例提供的AD11～16采集北斗中频信号的原理示意图。
如图5所示，AD11实现北斗B1定位中频信号的采样，AD12实现北斗B2定位中频信号的采样，AD13实现北斗B1前向大气掩星中频信号的采样，AD14实现北斗B2前向大气掩星中频信号的采样，AD15实现北斗B1后向大气掩星中频信号的采样，AD16实现北斗B2后向大气掩星中频信号的采样。
其中，AD11～AD16采集的针对北斗这一导航卫星频点的中频数据(即数字化基带数据)，可以在时钟CLK同步下进入基带处理模块FPGA3。
在如图3所示的基带信号处理电路中，基带处理模块FPGA可以包括三个FPGA，基带处理模块FPGA1可以与基带处理模块FPGA2共同实现GPS定位与掩星基带信号的捕获、跟踪与测量等处理，基带处理模块FPGA3可以实现北斗定位与掩星基带信号的捕获、跟踪与测量等处理。
需要说明的是，基带处理模块的模块数量，可以基于各个导航卫星频点的数字化基带数据与基带处理模块的资源大小确定。在实际应用中，基带处理模块可以表现为FPGA，此时可以基于FPGA的资源大小确定能够满足所处理的数字化基带数据的大小的模块数量，以及可以基于此模块数量在确定作为主端的主基带处理模块以外，将满足处理数字化基带数据大小的其余基带处理模块均作为从基带处理模块。
示例性地，GPS需要处理前向大气、后向大气、前向电离、后向电离的数字化掩星数据，一个FPGA的资源大小不能满足所处理的数字化基带数据的大小，此时可以增加至两个，即FPGA1与FPGA2；而北斗BD只需要处理前向大气、后向大气的数字化掩星数据，一个FPGA的资源大小能够满足所处理的数字化基带数据的大小，此时采用FPGA3用于处理即可。
在实际应用中，为了避免不同步工作而带来的由于接收机钟差的误差，所导致的后期反演的数字化掩星数据产品精度降低的问题，如图6所示，FPGA1、FPGA2、FPGA3在同一时钟CLK下同步工作，具体地，基带处理模块FPGA1可以作为主端，产生两个同步信号同时提供给FPGA2与FPGA3，实现FPGA之间同步并行处理数字化基带数据。以及，基带处理模块FPGA1可以产生中断提供给数据处理DSP。
参照图7，示出了本发明实施例提供的DSP与FPGA的接口原理示意图，数据处理模块DSP可以通过EMIF接口与基带处理FPGA1、基带处理FPGA2、基带处理FPGA3进行数据交互。
具体地，数据处理模块DSP可以响应基带处理FPGA1的中断实时处理GPS与北斗的数字化基带数据，完成PVT解算、掩星事件预报、掩星通道控制等。当数据处理模块DSP与各个基带处理模块进行连接时，如图7所示，具体DSP的片选CS、写信号WE、读信号RD、地址线EA[21:2]与数据线ED[31:0]可以同时与三只FPGA连接，FPGA1产生的中断信号INT可以连接至DSP的外部中断管脚EXTINT4。
需要说明的是，数据处理模块DSP如果要完成PVT解算、掩星事件预报、掩星通道控制等相应功能的操作，不需要同时采用多种导航卫星频点的数字化基带数据，采用所要完成的相应功能针对的相应导航卫星频点的数字化基带数据即可。示例性地，对于GPS和北斗这两种不同导航卫星频点的数字化基带数据，若需要完成GPS的PVT解算、掩星事件预报、通道控制，则采用到的是GPS的数字化基带数据，若需要完成北斗的PVT解算、掩星事件预报、通道控制，则采用北斗的数字化基带数据即可。对此，本发明实施例不加以限制。
在上述基带信号处理电路结构实施例的基础上，参照图8，本申请实施例还提供了一种接收机，此接收机可以是星载掩星接收机，具体可以表现为GNSS掩星探测仪，可以包括上述实施例提及的任一基带信号处理电路。
在实际应用中，如图8所示，掩星探测仪不仅可以包括基带信号处理电路所具有的数据获取模块110、基带处理模块210以及数据处理模块310，还可以包括用于接收基带信号的定位天线410、掩星接收天线510。
其中，定位天线410可以用于探测并接收GNSS卫星发射的来自天顶的GNSS信号，掩星接收天线510可以包括大气掩星天线和电离层掩星天线，其中，大气掩星天线和电离层掩星天线可以分别用于探测并接收GNSS卫星发射的穿过大气和电离层的GNSS信号。此时可以将定位天线410、掩星接收天线510所接收的初始基带信号输入至基带信号处理电路。
基带信号处理电路中的数据获取模块110所获取的基带数据，通常为基带处理模块210所处理的基带信号，而基带处理模块210所包含的模数转换模块通常对中频信号进行处理。
那么，在定位天线410、掩星接收天线510将所采集的初始GNSS信号输入至基带处理模块210之前，可以预先经过混频器将射频信号下变频至中频信号，并通过中频滤波器将该中频信号进行滤波处理，然后基于AGC放大器将滤波后的中频信号进行放大处理后输出，即可以将经过处理后得到的基带中频信号输入基带信号处理电路进行处理。
在具体实现中，模数转换模块可以表现为AD转换器，基带处理模块可以表现为FPGA，数据处理模块可以表现为DSP，FPGA芯片可以实现对下变频和AD采样后的GNSS信号进行捕获和跟踪，DSP可以对捕获跟踪后的GNSS信号进行伪距、载波相位观测量的高精度测量，对伪距观测量可进行实时的定位以及对载波相位进行测量，以用于后续精密定轨和提取掩星信号附加相位信息。
在实际应用中，数据处理模块DSP可以通过EMIF接口与FPGA1、FPGA2、FPGA3进行数据交互，通过DSP芯片控制FPGA芯片对GPS和BDS系统卫星进行捕获，将捕获成功的卫星放入跟踪通道进行跟踪，完成PVT解算、掩星事件预报、掩星通道控制等功能。
在本发明实施例中，基于主基带处理模块产生的同步信号，控制多个从基带处理模块与主基带处理模块同步处理导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带数据，以便数据处理模块对处理后的基带数据进行相应功能的数据处理操作，通过基于同步信号实现多个基带处理模块并行处理的方式，同时实现导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带信号的处理，且基于同步信号实现多个基带处理模块之间的连接，大大减少电路设计中用于连接多个基带处理模块的线路数量，简化系统电路设计的复杂度，并基于连线数量的减少，降低由于任意一根连线出现故障而导致的工作异常的出错概率，提高系统的可靠性。
参照图9，示出了本发明的一种基带信号处理方法实施例的步骤流程图，应用于基带信号处理电路，基带信号处理电路包括数据获取模块、基带处理模块以及数据处理模块，具体可以包括如下步骤：
步骤901，获取导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带数据；
主要可以通过数据获取模块获取导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带数据，所获取的基带数据可以为数字化基带数据。
其中，数据获取模块可以包括模数转换模块，模数转换模块可以包括分别对应不同导航卫星频点的至少一个模数转换芯片，在通过数据获取模块获取导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带数据时，可以通过模数转换芯片确定相应导航卫星频点的至少一个基带信号通道，并基于各个基带信号通道采集对应的基带信号，对基带信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点中各个基带信号的数字化基带数据。
具体地，基带信号通道可以包括定位信号通道和掩星信号通道，模数转换芯片可以包括定位信号转换芯片和掩星信号转换芯片。
在本发明的一种实施例中，可以通过定位信号转换芯片从定位信号通道获取相应导航卫星频点的定位信号，对定位信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点的数字化定位数据；和/或，通过掩星信号转换芯片从掩星信号通道获取相应导航卫星频点的掩星信号，对掩星信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点的数字化掩星数据。
步骤902，从基带处理模块确定主基带处理模块和至少一个从基带处理模块；
具体地，可以获取基带处理模块的资源大小，基于各个导航卫星频点的数字化基带数据与基带处理模块的资源大小，确定基带处理模块的模块数量；然后基于模块数量从基带处理模块中确定作为主端的主基带处理模块，以及作为从端的至少一个从基带处理模块。
步骤903，获取主基带处理模块产生的同步信号，基于同步信号控制从基带处理模块与主基带处理模块同步处理基带数据；
在本发明的一种实施例中，主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，在同一时钟信号下分别处理不同导航卫星频点的数字化基带数据。
在基于同步信号控制从基带处理模块与主基带处理模块同步处理数字化基带数据时，可以通过主基带处理模块在对相应导航卫星频点的数字化基带数据进行处理的同时，产生同步信号，并将同步信号传输到至少一个从基带处理模块中；然后通过至少一个从基带处理模块响应同步信号，对相应导航卫星频点的数字化基带数据进行处理。
步骤904，获取基带处理模块处理后的基带数据，并对处理后的基带数据进行相应功能的数据处理操作。
主要可以通过数据处理模块获取基带处理模块处理后的数字化基带数据，并对数字化基带数据进行相应功能的数据处理操作。
其中，主基带处理模块包括中断信号接口，数据处理模块包括外部中断管脚，中断信号接口与外部中断管脚连接，此时可以通过主基带处理模块产生中断信号，并通过中断信号接口向外部中断管脚连接传输中断信号。
基带处理模块中的主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，通过外部存储器接口与数据处理模块同时连接。那么，在对数字化基带数据进行相应功能的数据处理操作时，具体表现为通过数据处理模块响应中断信号，通过外部存储器接口获取数字化基带数据，并对数字化基带数据进行相应功能的数据处理操作。
需要说明的是，数据处理操作可以包括针对接收机的位置、速度和时间解算操作、掩星事件预报操作、掩星通道控制操作的至少一项或多项，但不限于仅包括前述数据处理操作。对此，本发明实施例不加以限制。
示例性地，基于如图3所示的基带信号处理电路进行如图9所示的基带信号处理方法的过程中，实现掩星基带信号处理的过程可以表现为：
AD1～AD10将GPS中频信号进行AD模数转换，得到数字数据后同时提供给FPGA1与FPGA2，FPGA1利用AD转换所得的GPS中频数字信号，在DSP的控制下完成1个通道GPS L1C/A码的捕获，完成6个通道GPS L1C/A码、6个通道L2P码跟踪及测量。FPGA2完成8个通道L1C/A码、8个通道L2P码、6个通道L2C码的跟踪及测量等信号处理任务。
AD11～AD16将北斗中频信号进行AD模数转换，得到数字数据后提供给FPGA3，FPGA3利用AD转换所得的北斗中频数字信号，在DSP的控制下完成1个通道北斗B1码的捕获，完成10个通道B1码、10个通道B2码的跟踪及测量等信号处理任务。
FPGA1、FPGA2与FPGA3在同一时钟CLK下工作，FPGA1产生两个同步信号提供给FPGA2与FPGA3，实现FPGA之间同步并行处理数字化基带数据。
FPGA1产生中断信号给DSP，DSP响应中断实时处理数字化基带数据。
FPGA1、FPGA2与FPGA3通过EMIF接口与DSP通信，由DSP完成PVT解算、掩星事件预报、掩星通道控制等。
在本发明实施例中，可以通过采用多个FPGA并行处理方式，同时实现GPS L1、GPSL2、北斗B1、北斗B2等多个频点共54个通道GNSS基带信号处理；以及，基于多个FPGA之间仅需要2个同步信号，其中一个FPGA作为主端，其它FPGA作为从端，主端将2个同步信号同时发送给所有从端，即可实现多个FPGA同步并行处理，大大简化系统电路设计的复杂度，提高系统可靠性。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：
包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述基带信号处理方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述基带信号处理方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种基带信号处理电路、相应的一种接收机，以及相应的一种基带信号处理方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (20)
1.一种基带信号处理电路，其特征在于，所述电路包括：数据获取模块、基带处理模块以及数据处理模块；
所述数据获取模块，用于获取导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带数据；
所述基带处理模块，用于确定主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，并基于所述主基带处理模块产生的同步信号，控制所述从基带处理模块与所述主基带处理模块同步处理所述基带数据；
所述数据处理模块，用于获取所述基带处理模块处理后的基带数据，并对所述处理后的基带数据进行相应功能的数据处理操作。
2.根据权利要求1所述的基带信号处理电路，其特征在于，所述数据获取模块包括模数转换模块，所述基带数据包括数字化基带数据；
所述模数转换模块，用于获取导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带信号，并对所述基带信号进行模拟数字转换处理，得到针对各个导航卫星频点的数字化基带数据。
3.根据权利要求2所述的基带信号处理电路，其特征在于，所述模数转换模块包括分别对应不同导航卫星频点的至少一个模数转换芯片；
所述模数转换芯片，用于确定相应导航卫星频点的至少一个基带信号通道，并基于各个基带信号通道采集对应的基带信号，对所述基带信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点中各个基带信号的数字化基带数据。
4.根据权利要求3所述的基带信号处理电路，其特征在于，所述基带信号通道包括定位信号通道和掩星信号通道，所述模数转换芯片包括定位信号转换芯片和掩星信号转换芯片；
所述定位信号转换芯片，用于从所述定位信号通道获取相应导航卫星频点的定位信号，对所述定位信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点的数字化定位数据；
所述掩星信号转换芯片，用于从所述掩星信号通道获取相应导航卫星频点的掩星信号，对所述掩星信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点的数字化掩星数据。
5.根据权利要求1所述的基带信号处理电路，其特征在于，所述基带数据包括数字化基带数据；所述基带处理模块的模块数量基于各个导航卫星频点的数字化基带数据与所述基带处理模块的资源大小确定，所述基带处理模块基于所述模块数量确定作为主端的主基带处理模块，以及作为从端的至少一个从基带处理模块。
6.根据权利要求5所述的基带信号处理电路，其特征在于，所述主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，在同一时钟信号下分别处理不同导航卫星频点的数字化基带数据；
其中，所述主基带处理模块用于在对相应导航卫星频点的基带数据进行处理的同时，产生同步信号，并将所述同步信号传输至所述至少一个从基带处理模块；
所述至少一个从基带处理模块用于响应所述同步信号，对相应导航卫星频点的数字化基带数据进行处理。
7.根据权利要求5所述的基带信号处理电路，其特征在于，所述主基带处理模块包括中断信号接口，所述数据处理模块包括外部中断管脚，所述中断信号接口与所述外部中断管脚连接；
所述主基带处理模块用于产生中断信号，所述中断信号接口用于获取所述主基带处理模块产生的中断信号，并向所述外部中断管脚连接传输所述中断信号。
8.根据权利要求7所述的基带信号处理电路，其特征在于，所述基带处理模块中的主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，通过外部存储器接口与所述数据处理模块同时连接；
所述数据处理模块用于响应所述中断信号，通过所述外部存储器接口获取数字化基带数据，并对所述数字化基带数据进行相应功能的数据处理操作；其中，所述数据处理操作包括针对接收机的位置、速度和时间解算操作、掩星事件预报操作、掩星通道控制操作的至少一项或多项。
9.一种接收机，其特征在于，包括：定位天线、掩星接收天线，以及如权利要求1至8中任一项所述基带信号处理电路。
10.一种基带信号处理方法，其特征在于，应用于基带信号处理电路，所述基带信号处理电路包括数据获取模块、基带处理模块以及数据处理模块，所述方法包括：
通过所述数据获取模块获取导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带数据；
从所述基带处理模块确定主基带处理模块和至少一个从基带处理模块；
获取所述主基带处理模块产生的同步信号，基于所述同步信号控制所述从基带处理模块与所述主基带处理模块同步处理所述基带数据；
通过数据处理模块获取所述基带处理模块处理后的基带数据，并对所述处理后的基带数据进行相应功能的数据处理操作。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述数据获取模块包括模数转换模块，所述模数转换模块包括分别对应不同导航卫星频点的至少一个模数转换芯片，所述基带数据包括数字化基带数据；
通过所述数据获取模块获取导航卫星系统中各个导航卫星频点的基带数据，包括：
通过所述模数转换芯片确定相应导航卫星频点的至少一个基带信号通道，并基于各个基带信号通道采集对应的基带信号，对所述基带信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点中各个基带信号的数字化基带数据。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述基带信号通道包括定位信号通道和掩星信号通道，所述模数转换芯片包括定位信号转换芯片和掩星信号转换芯片；
基于各个基带信号通道采集对应的基带信号，对所述基带信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点中各个基带信号的数字化基带数据，包括：
通过所述定位信号转换芯片从所述定位信号通道获取相应导航卫星频点的定位信号，对所述定位信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点的数字化定位数据；
和/或，通过所述掩星信号转换芯片从所述掩星信号通道获取相应导航卫星频点的掩星信号，对所述掩星信号进行模拟数字转换处理，得到相应导航卫星频点的数字化掩星数据。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述基带数据包括数字化基带数据，从所述基带处理模块确定主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，包括：
获取所述基带处理模块的资源大小；
基于各个导航卫星频点的基带数据与所述基带处理模块的资源大小，确定所述基带处理模块的模块数量；
基于所述模块数量从所述基带处理模块中确定作为主端的主基带处理模块，以及作为从端的至少一个从基带处理模块。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述基带数据包括数字化基带数据，所述主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，在同一时钟信号下分别处理不同导航卫星频点的数字化基带数据。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，基于所述同步信号控制所述从基带处理模块与所述主基带处理模块同步处理所述基带数据，包括：
通过所述主基带处理模块在对相应导航卫星频点的基带数据进行处理的同时，产生同步信号，并将所述同步信号传输至所述至少一个从基带处理模块；
通过所述至少一个从基带处理模块响应所述同步信号，对相应导航卫星频点的数字化基带数据进行处理。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述主基带处理模块包括中断信号接口，所述数据处理模块包括外部中断管脚，所述中断信号接口与所述外部中断管脚连接。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过主基带处理模块产生中断信号，并通过所述中断信号接口向所述外部中断管脚连接传输所述中断信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述基带处理模块中的主基带处理模块和至少一个从基带处理模块，通过外部存储器接口与所述数据处理模块同时连接。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，对所述处理后的基带数据进行相应功能的数据处理操作，包括：
通过所述数据处理模块响应所述中断信号，通过所述外部存储器接口获取数字化基带数据，并对所述基带数据进行相应功能的数据处理操作。
20.根据权利要求10或19所述的方法，其特征在于，所述数据处理操作包括针对接收机的位置、速度和时间解算操作、掩星事件预报操作、掩星通道控制操作的至少一项或多项。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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