[發(fā)明專利]全球衛(wèi)星定位導航信號的相關(guān)器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010620540.1
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102540218A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設計）人: 莫鈞;邱劍寧;韓紹偉
• 申請（專利權(quán)）人: 和芯星通科技（北京）有限公司
• 主分類號: G01S19/30
• 分類號: G01S19/30;G01S19/37;G01S19/21
• 代理公司: 北京安信方達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 栗若木;王漪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及全球衛(wèi)星定位導航(GNSS)技術(shù)，尤其涉及一種GNSS信號的相關(guān)器。

背景技術(shù)

當前，衛(wèi)星導航應用已發(fā)展成為全球性的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。隨著GNSS的發(fā)展，歐洲伽利略(Galileo)系統(tǒng)、美國全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯格洛納斯(GLONASS)系統(tǒng)、中國北斗系統(tǒng)等多種全球衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)(GNSS)共存的局面在未來很有可能會出現(xiàn)。

多種系統(tǒng)共存比只使用單一系統(tǒng)更安全，地面接收設備必然從目前最常用的GPS設備向GNSS設備演變。GNSS信號體制的多樣化，也在基帶處理的模塊化、通用化、成本和功耗等方面對接收機、設備等的設計和生產(chǎn)提出了更高的要求。

相關(guān)器在關(guān)于GPS和GNSS接收機的技術(shù)中，可以被用來描述從一個最簡單的門電路到一個完整的內(nèi)置微處理器的基帶芯片，也被用于描述為接收和提取某一確定的GNSS衛(wèi)星信號產(chǎn)生所需全部相關(guān)數(shù)據(jù)的硬件或軟件，接近于通道的概念。

GPS-L1C/A是一個碼分多址(CDMA)信號。不同衛(wèi)星發(fā)送的信號各擁有一個特定的偽隨機序列，長度為1023個碼片，碼率為1.023兆赫茲(MHz)。這些碼片以二相相移鍵控(BPSK)方式進行調(diào)制，僅0度和180度兩種相位變化，分別對應于序列中的1和-1。1和-1與50比特每秒(bps)導航電文數(shù)據(jù)相乘的過程使得信號的帶寬由50赫茲(Hz)增加到約2MHz，被稱為直接序列擴頻(DS-SS)。

相關(guān)器在GNSS信號處理中的主要作用就是在接收端對擴頻信號進行解擴，去掉擴頻序列，恢復50bps的窄帶導航電文信號。這需要本地復現(xiàn)信號與接收信號時間同步或?qū)R，從而1與1相乘，-1與-1相乘，相當于電文信號被乘以了1。

相關(guān)器主要參與了以下兩個重要而相對獨立的信號處理過程：

(1)捕獲；在確定能夠接收某一信號之前，必須首先在大量可能的碼相位和多普勒頻移處進行相關(guān)積分試驗，利用相關(guān)積累的結(jié)果進行峰值搜索。

(2)跟蹤；一旦捕獲成功，接收機必須繼續(xù)解擴輸入信號以獲取導航電文和進行偽距和載波相位測量。

為此目的，一組累加器，一部分領(lǐng)先而另一部分滯后于輸入信號碼相位，在延時鎖定環(huán)(DLL)控制下，保持本地碼盡可能緊密地與接收信號同步。

簡而言之，相關(guān)器被用于探測信號并加以保持。輸入信號r(t)與本地復現(xiàn)信號s(t)間的相關(guān)積分/積累方程如表達式(1)所示：

R(τ)=∫0Tr(t)s(t+τ)dt]]>式(1)

其中，R(τ)表示輸出信號。

上述表達式包含了重要的物理意義：

首先，如果載波和擴頻碼被正確地剝離，相關(guān)輸出是信號的自相關(guān)函數(shù)。如果跟蹤環(huán)路能夠保持對輸入信號的絕對同步，即本地信號與輸入為零相差，那么就可以得到R(τ)的最大值，也即是保持在相關(guān)函數(shù)的峰值處。

在捕獲過程中，碼相位差τ在一定范圍內(nèi)變化，從而搜索出最大值。積分上限T是在計算R(τ)之前的整個觀察時間長度。該時間越長，積分后的信噪比就越高，因為信號被相參積累而噪聲則被平滑/平均。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中進行快速捕獲的串行多抽頭相關(guān)器(SequentialMulti-Tap)的結(jié)構(gòu)示意圖。判決邏輯的輸入是所有抽頭相關(guān)值的包絡，檢驗統(tǒng)計量則是串行抽頭輸出信號Y[n]、Y[n+1]、Y[n+2]、...、Y[n+R]的最大值函數(shù)。一旦檢驗統(tǒng)計量超過根據(jù)某種判決準則確定的門限，即判定信號捕獲成功，對該信號的處理移交給跟蹤環(huán)路。每次搜索在R個延時單元處同時展開，如果未找到信號(即檢驗統(tǒng)計量沒有超限)，碼相位移動R個延時單元繼續(xù)搜索。通過選擇搜索策略(如鋸齒形搜索)，減小碼多普勒效應對平均捕獲時間的影響。