[發(fā)明專利]衛(wèi)星定位信號的實時處理方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810039501.5
• 申請日: 2008-06-25
• 公開（公告）號: CN101320084A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發(fā)明（設計）人: 鄧江平;張雷;王建宇;舒嶸;易炯
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01S1/02
• 分類號: G01S1/02;G01S5/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 郭英

技術領域

本發(fā)明屬于導航定位的信號接收與處理技術領域，具體指GPS(全球定位系統(tǒng))衛(wèi)星定位信號的實時處理方法。該發(fā)明方法適用于地面、臨近空間、機載/星載等定位信號的軟件接收系統(tǒng)實時處理與應用開發(fā)領域。

背景技術

衛(wèi)星定位信號使用偽隨機碼對導航電文進行擴頻調(diào)制，并將擴頻后的電文信息以BPSK方式調(diào)制到高頻載波上。為了得到有用的導航信息，用戶需要對接收到的衛(wèi)星信號進行捕獲、跟蹤和解調(diào)等一系列處理。這些處理的核心思想是用本地產(chǎn)生的載波和偽隨機碼與接收到的衛(wèi)星信號進行相關運算，以完成對衛(wèi)星信號的解擴和解調(diào)。

傳統(tǒng)的硬件接收處理系統(tǒng)，使用專用的基帶處理芯片ASIC，對衛(wèi)星信號進行解擴和解調(diào)，本地載波和偽隨機碼信號通過晶振驅(qū)動ASIC中的硬件電路產(chǎn)生。硬件接收處理系統(tǒng)由于采用專用芯片進行處理，系統(tǒng)功能一經(jīng)設定，就基本不能再進行改變，系統(tǒng)的可升級性、可修改性以及可移植性都較差。

近年來，受軟件無線電思想的影響，越來越多的衛(wèi)星定位信號接收處理系統(tǒng)采用軟件架構(gòu)實現(xiàn)。采用軟件架構(gòu)實現(xiàn)的軟件接收系統(tǒng)，僅需要一個射頻前端和一個A/D采樣器，采樣后的中頻衛(wèi)星信號使用數(shù)字信號處理的方法進行信號解擴和解調(diào)。軟件接收處理系統(tǒng)與傳統(tǒng)的硬件接收系統(tǒng)相比更具靈活性，可以在不改變硬件設計的情況下很容易開發(fā)新的算法、增加新的功能。而且由于軟件接收處理系統(tǒng)的硬件部分簡單，軟件部分可以運行于一般的通用處理器上(如計算機、DSP、ARM等)，因此軟件接收系統(tǒng)可以很方便的與其它系統(tǒng)進行整合。然而目前大部分的衛(wèi)星定位信號軟件接收處理系統(tǒng)，都使用后處理方式。因為這些系統(tǒng)需要在處理時產(chǎn)生本地載波和偽隨機碼，并將本地載波和偽隨機碼與輸入的中頻衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行逐點相乘并相加，來得到相關結(jié)果。以上操作以處理1ms的GPS中頻數(shù)據(jù)為例，若射頻前端的中頻采樣頻率是12MHz，則需要產(chǎn)生各包含12000個數(shù)據(jù)點的本地正弦載波、余弦載波、即時碼、超前碼、滯后碼，并將GPS中頻數(shù)據(jù)與本地載波和偽隨機碼進行相乘與相加，需要進行12000x6次乘加操作。為了進行實時定位，至少需要4個通道對GPS信號進行并行處理，以上運算需要重復4次，而且這些運算需要在1ms內(nèi)完成，才能保證對信號進行實時處理。如此巨大的運算量，使得軟件接收處理系統(tǒng)難以進行實時處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種衛(wèi)星定位信號的實時處理方法，它能夠用極小的運算量，完成衛(wèi)星定位信號的捕獲、跟蹤和解調(diào)處理，解決定位信號軟件接收處理系統(tǒng)難以進行實時處理的技術問題。

本發(fā)明的衛(wèi)星定位信號的實時處理方法具體步驟如下：

(1)生成一維累加表、二維正/余弦表和三維偽隨機碼表。三張表只需要產(chǎn)生一次，并存儲下來，下次進行處理時只需要讀取這三張表，而不需要再次產(chǎn)生。

二維正/余弦表的第一維對應載波頻率，第二維對應正/余弦采樣值。正/余弦表的產(chǎn)生方法是：正/余弦信號以Δf為頻率步長，以數(shù)字中頻衛(wèi)星信號的中頻IF為中心頻率點，存儲-10kHz～10kHz之間一個毫秒的正/余弦采樣值，如公式1所示：

cos[n]＝cos(2π·F_c·[n]/Fs)????(1)

sin[n]＝sin(2π·F_c·[n]/Fs)

其中：Fc＝IF±Δf×i(Hz)，i=-10kΔf,...,10kΔf]]>為本地載波頻率，F(xiàn)s為采樣頻率，

[n]＝0，1，2.....(N-1)，N為1ms的采樣點數(shù)。

三維偽隨機碼表的第一維對應偽隨機碼的類型(即時、超前、滯后三種)，第二維對應偽隨機碼的起始相位，第三維對應偽隨機碼的采樣值。偽隨機碼表的產(chǎn)生方法是：偽隨機碼以1/m個采樣點為相位步長，存儲初始相位從0～4個采樣點的即時(CA_prompt[n])、超前(CA_early)和滯后(CA_late)偽隨機碼一個毫秒的采樣值，如公式2所示：