[發明專利]一種基于通用圖形處理器的衛星導航系統比特壓縮跟蹤方法

無效

• 申請號: 201010623914.5
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102176033A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 金天;劉楊;秦紅磊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/24
• 分類號: G01S19/24
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 李新華

技術領域

本發明涉及軟件衛星導航接收機跟蹤方法，尤其是涉及一種在通用圖形處理器上實現的衛星導航系統信號跟蹤的方法。

背景技術

衛星導航技術的飛速發展已逐漸取代了無線電導航、天文導航等傳統導航技術，而成為一種普遍采用的導航定位技術，并在精度、實時性、全天候等方面取得了長足進步。目前，世界上多個國家和地區已經建立或者正在建設全球衛星定位導航系統，具體包括美國建立的GPS系統、俄羅斯建立的GLONASS(格魯納斯)系統、歐盟正在建設的“伽利略”系統和中國正在建設的北斗二代系統。因而，衛星導航系統的接收設備可能需要完成對不同衛星導航系統信號的接收和處理。

在衛星導航接收機中，信號跟蹤方法是衛星導航接收機最核心的算法之一。利用通用處理器，采用軟件方法實現的衛星導航接收機被稱為軟件接收機。傳統的衛星導航軟件接收機通常使用CPU、DSP和ARM作為其核心處理器。其跟蹤方法如圖1所示，(1)獲取上次記錄的載波頻率和碼相位信息；(2)讀取對應載波頻率和載波相位的載波；(3)讀取碼相位對應的擴頻碼；(4)采用相關積分方法，計算不同延遲擴頻碼的I、Q支路的相關累加數值；(5)使用上述數值進行環路濾波，計算新的載波頻率、載波相位和碼相位，并記錄相關運算結果用于導航電文解算和偽距測量；(6)運行其它任務調度(如衛星捕獲和定位解算)；(7)等待下一個數據塊的到達。

由于衛星導航系統信號跟蹤過程中的相關累加運算的計算量較大，因此很多研究提出了一些方法來對相關運算進行加速。針對基于中央處理器的軟件接收機通常使用比特壓縮算法(參見B.M.Ledvina，S.P.Powell，P.M.Kintner?and?M.L.Psiaki，“A12-Channel?Real-Time?GPS?L1?Software?Receiver”，ION-GPS?2003和Jiangping?Deng，Ruizhi?Chen?and?Jianyu?Wang，“An?enhanced?bit-wise?parallel?algorithm?forreal-time?GPS?software?receiver”，GPS?Solution?2010?vol.14)、MMX或者SSE指令集(參見Charkhandeh?et?al.“Performance?Testing?of?a?Real-Time?Software-Based?GPS?Receiver?for?x86?Processors”，ION-GNSS?2006和Gregory?W.Heckler?and?James?L.Garrison，“SIMD?correlator?library?for?GNSS?software?receivers”，GPS?Solution?2004?vol.10)、或者通用圖形處理器(參見Thomas?Hobiger?et?al，“A?GPU?based?real-time?GPS?software?receiver”，GPS?Solution?2010，vol.14和Cailun?Wu?et?al，“The?Optimized?Method?and?Algorithms?in?the?PC-Based?GNSS?Software?Receiver?Design”，ION-GNSS?2009)來進行跟蹤過程中信號相關運行的加速。

根據文獻Riedl，Bernhard，“Efficient?GNSS?Signal?Acquisition?with?Massive?Parallel?Algorithms?using?OpenCL?on?GPUs”，ION-GNSS?2010，目前上述算法能夠在目前高端的CPU處理器(Intel?Core?i7處理器)上實現20個通道的20MHz采樣信號的跟蹤運算，但仍然不足采用軟件接收機的方法實現多衛星導航系統的多通道同時跟蹤。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提出一種基于圖形處理器的衛星導航系統比特壓縮跟蹤方法，該方法在圖形處理器上使用比特壓縮技術，能夠將比特壓縮算法的優點和圖形處理器的并行計算性能進行結合，提高衛星導航系統跟蹤算法的性能。

本發明的技術解決方案：一種基于圖形處理器的衛星導航系統比特壓縮跟蹤方法，包括以下步驟：

(1)由接收機處理器負責生成或者讀取載波相位查找表、擴頻碼查找表，并將傳遞到通用圖形處理器中；

(2)接收機處理器讀取需要進行跟蹤的衛星導航系統中頻信號，并將其傳遞到通用圖形處理器的全局內存中；