[發明專利]一種應用于全球導航衛星系統接收機的差分相關器

無效

• 申請號: 200810207688.5
• 申請日: 2008-12-24
• 公開（公告）號: CN101762803A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發明（設計）人: 趙晉;張建秋
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01S1/04
• 分類號: G01S1/04;G01S5/14
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 包兆宜

技術領域

本發明屬于全球導航衛星系統(GNSS)硬件接收機技術領域，具體涉及一種 并行差分相關器算法及結構。

技術背景

全球導航衛星系統(GNSS)是一種全天候、全空域的導航系統，自從上個世紀 八十年代美國的全球導航系統(GPS)投入使用以來，人們利用衛星導航資源，為 國民經濟各部門提供了精確的位置和時間信息。

衛星導航系統采用直接序列擴頻(DSSS)技術，每顆衛星將要發送的資料比特 流與一個粗捕獲(C/A)碼進行擴頻編碼(每個衛星的粗捕獲碼各不相同)并采用 BPSK方式調制為符號，最終通到射頻模塊發射出去。其中C/A碼的本質是一個 周期性的偽隨機噪聲(PRN)序列，具有偽隨機噪聲序列的自相關和互相關特性。

地面上的用戶接收設備接收導航衛星發射的信號，根據偽距和衛星的位置確 定自身位置、速度和時間信息。由于接收機和衛星的相對運動，會造成射頻信號 頻率的偏移，稱之為多普勒頻偏，同時接收到C/A碼的相位對于接收機來說也是 未知的，因此接收機接收到的信號，具有碼相位(Code?Phase)和多普勒頻偏雙重 的不確定性，接收機基帶信號處理部分的首要任務是對齊衛星信號的碼相位及確 定多普勒頻偏，這一階段稱為捕獲。

關于GNSS接收機的捕獲算法，人們已經進行了大量的研究，其基本思想是 將接收到的信號和本地產生的復現碼進行相關運算，通過搜索相關結果的峰值來 確定碼相位和多普勒頻偏。目前廣泛使用的相關捕獲算法大致可以分為兩類。

第一類在時域完成相關運算，采用匹配濾波器或傳統相關器的結構。這類算 法基于滑動相關的原理，輸入數據依次“滑過”相關器，每“滑動”一步，復現 碼就與一定長度的輸入數據進行一次相關，最后再比較各個相關值的大小從而確 定碼相位。由于復現碼中只存在+1和-1兩種元素，因此在相關時并不需要進行 乘法運算，只需要加法運算。設復現碼的長度為N，則每次相關運算所需要的運 算量為(N-1)次加法。近年來，人們對時域相關算法進行了各種改進：(1)提出 了一種基于差分編碼相關算法，可以將加法次數降低為(N/2-1)次，代價是多增 加了一個寄存器和一次移位操作；(2)對以上方法進行改進，進一步降低了運算 量，但以犧牲性能或大量增加寄存器及控制復雜度為代價；(3)提出了一種基于 匹配濾波器結構的快速相關算法，在不存在過采樣的情況下，可以把加法次數降 低到N/5，但如果用戶接收機中存在過采樣的情況，直接應用該算法，運算復雜 度并不具有優勢。時域相關算法的運算量一般比較大，但實現起來結構較為簡單， 適合于硬件實現，被廣泛的應用于基于硬件實現的GNSS接收機中。

第二種類型的相關捕獲算法利用快速傅立葉變換(FFT)，在頻域并行計算出 輸入數據與復現碼所有碼相位的相關值，從而實現快速相關，減少了運算量。該 算法的另一個好處是可以實現多普勒頻偏和碼相位的聯合估計。這類算法雖然有 效的降低了相關運算的運算量，但FFT運算實現起來結構較為復雜，并且包含有 復數的乘法和加法運算，性能還會受到參數有限字長效應的影響，目前多用在基 于軟件實現的GNSS接收機中。

在民用GNSS接收機中，對接收衛星信號的量化一般不會超過4比特，為了 得到更好的接收機性能，通常的做法是對接收信號進行過采樣來提高相關增益。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于硬件實現，在時域對GNSS信號進行并行差 分相關捕獲的算法和硬件結構，實現對多個衛星信號的同時捕獲，同時相比于傳 統的相關算法和兩種改進型的時域相關算法，以及基于FFT的頻域相關算法，在 運算復雜度上具有優勢。

本發明的目的通過下述方法和步驟實現：

GNSS接收機接收到的信號是空中所有可見導航衛星發射信號的迭加，為了 提取出各個衛星的信息并確定C/A碼的相位，需要用已知的各個衛星的C/A碼， 即不同的復現碼與接收信號進行相關。