專利名稱：一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的相關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，涉及一種信號(hào)處理裝置，具體涉及一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反 射信號(hào)的相關(guān)裝置。
技術(shù)背景隨著GNSS (全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))的迅速發(fā)展，目前，針對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的研究 正日益興起，歐美各國(guó)正大力開發(fā)機(jī)載或星載的反射信號(hào)接收裝置，探索反射信號(hào)的應(yīng)用 領(lǐng)域，在理論研究和軍民應(yīng)用方面已取得多項(xiàng)成果。反射信號(hào)的研究應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在 海面測(cè)髙、海面風(fēng)場(chǎng)、陸地濕度、大地鹽度、森林覆蓋率、空間飛行器及相關(guān)的海面或陸 地移動(dòng)目標(biāo)探測(cè)等。導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的應(yīng)用，其關(guān)鍵技術(shù)在于如何實(shí)現(xiàn)反射信號(hào)的接收、 數(shù)據(jù)處理和實(shí)際目標(biāo)的物理狀態(tài)反演。美國(guó)NASA把該項(xiàng)研究計(jì)劃列入最有發(fā)展前途的新 技術(shù)項(xiàng)目之一。我國(guó)海洋、氣象、航空、航天和軍事部門也十分重視該項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)展，并 正列入相關(guān)的科技計(jì)劃和工程應(yīng)用中。反射信號(hào)的接收處理裝置不同于一般直射信號(hào)接收機(jī)，國(guó)內(nèi)對(duì)反射信號(hào)的研究主要集 中在機(jī)理研究，目標(biāo)反演模型及方法方面，對(duì)反射信號(hào)接收處理裝置的核心技術(shù)硬件相關(guān) 器還未有深入研究。由北航研制的12通道機(jī)載串行延遲映射接收機(jī)，專利號(hào) ZL200420050636.9，其核心芯片——硬件相關(guān)器采用國(guó)夕卜Zarlink公司的GP2021 ， 而且存在單模式的缺點(diǎn)。目前國(guó)外研制成功的反射信號(hào)接收裝置主要分為串行延遲映射 接收機(jī)、并行延遲映射接收機(jī)以及多普勒延遲映射接收機(jī)。其核心部件硬件相關(guān)器盡管已 經(jīng)有了成熟的ASIC產(chǎn)品，然而其靈活性同時(shí)受到了限制， 一般不支持多射頻方案以及多 模式處理。而且一旦產(chǎn)品定型，再增加或修改接口以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的能力有限，不具有可升 級(jí)性。發(fā)明 內(nèi) 容本發(fā)明一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的相關(guān)裝置，以并行多通道相關(guān)模塊為核 心，根據(jù)CPU配置信息，對(duì)反射信號(hào)給出在不同碼片/多普勒延遲時(shí)刻的相關(guān)功率輸出。 保證了在設(shè)計(jì)的早期進(jìn)行軟件開發(fā)、建模、系統(tǒng)級(jí)仿真、IP核集成和聯(lián)合驗(yàn)證，并適應(yīng)不 同的接收機(jī)體制和結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)需要。在DSP控制下輸出不同延遲時(shí)刻的相關(guān)功率，為 反射信號(hào)的研究應(yīng)用提供數(shù)據(jù)源。一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的相關(guān)裝置，包括通道配置模塊、時(shí)基發(fā)生器、復(fù)位控制邏輯、重采樣譯碼模塊、UART接口、并行多通道相關(guān)模塊、USB接口和DSP接 口。并行多通道相關(guān)模塊根據(jù)CPU配置信息實(shí)現(xiàn)直射信號(hào)的快速捕獲、精細(xì)跟蹤、數(shù)據(jù) 傳輸和反射信號(hào)的相關(guān)功率輸出；在復(fù)位控制邏輯產(chǎn)生的控制信號(hào)和時(shí)基發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí) 鐘信號(hào)作用下，A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字中頻信號(hào)經(jīng)重釆樣譯碼模塊鎖存，輸出3位數(shù)字中 頻信號(hào)至USB接口 ； USB接口將經(jīng)重采樣譯碼模塊鎖存后的3位數(shù)字中頻信號(hào)送到PC 機(jī)硬盤上作為原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；同時(shí)通道配置模塊接收DSP的控制命令，配置不同工作模 式下正反射通道數(shù)目；在通道配置模塊的選通控制下經(jīng)重采樣譯碼模塊鎖存后的3位數(shù)字 中頻信號(hào)進(jìn)入并行多通道相關(guān)模塊作相關(guān)處理，相關(guān)后的相關(guān)功率經(jīng)由DSP接口送給 DSP;然后DSP將估計(jì)的反射信號(hào)碼延遲和多普勒頻偏經(jīng)由DSP接口配置給并行多通道相關(guān)模塊；并行多通道相關(guān)模塊根據(jù)這些控制信息配置本地碼和載波，然后滑動(dòng)本地信號(hào) 的碼延遲及多普勒偏移以計(jì)算不同碼片和多普勒偏移下的反射信號(hào)相關(guān)功率，相關(guān)功率經(jīng) 由UART接口送至應(yīng)用處理程序，直至相關(guān)過程結(jié)束。所述并行多通道相關(guān)+莫塊的每個(gè)單通道由復(fù)數(shù)乘法器、載波NCO、碼NCO、 CA碼 發(fā)生器、解碼單元、積分清除器、秒內(nèi)計(jì)數(shù)器組成。數(shù)字中頻信號(hào)同時(shí)進(jìn)入并行多通道相 關(guān)模塊中各通道，載波NCO在來自DSP的載波NCO頻率控制字的控制下產(chǎn)生的本地載 波與鎖存后的通道數(shù)據(jù)在復(fù)數(shù)乘法器中相乘，以剝離載波；碼NCO接受來自DSP的碼 NCO頻率控制字，產(chǎn)生當(dāng)前支路的本地碼輸出到CA碼發(fā)生器，CA碼發(fā)生器根據(jù)來自 DSP的相關(guān)間距控制信息實(shí)施相關(guān)間隔控制，產(chǎn)生當(dāng)前、滯后、超前三路偽隨機(jī)碼，并與 經(jīng)載波剝離后的正交、同相支路信號(hào)一起輸入到解碼單元分別相乘，得到六路結(jié)果并送入 積分清除器進(jìn)行相干累加得到相關(guān)功率，直至相關(guān)過程結(jié)束。所述并行多通道相關(guān)模塊的每個(gè)單通道中，復(fù)數(shù)乘法器剝離載波，載波NCO在頻率 控制字作用下，實(shí)現(xiàn)載波混頻；碼NCO模塊用來驅(qū)動(dòng)CA碼發(fā)生器；CA碼發(fā)生器產(chǎn)生三 路信號(hào)，并控制信號(hào)之間的碼延遲，從而影響最終的相關(guān)功率精度；積分清除器中進(jìn)行信 號(hào)的自相關(guān)運(yùn)算，進(jìn)入該模塊的序列在一個(gè)本地偽碼周期結(jié)束時(shí)刻得到最大輸出能量；秒 內(nèi)計(jì)數(shù)器進(jìn)行秒內(nèi)計(jì)數(shù)，由DSP程序來組合和分配內(nèi)容。所述秒內(nèi)計(jì)數(shù)器模塊中20ms歷元計(jì)數(shù)器、lms歷元計(jì)數(shù)器、碼相位計(jì)數(shù)器，碼NCO 相位計(jì)數(shù)器共同組成了偽距觀測(cè)量寄存器組，進(jìn)行秒內(nèi)計(jì)數(shù)。四個(gè)計(jì)數(shù)器之間是完全的進(jìn) 位關(guān)系。碼NCO計(jì)數(shù)器每溢出一次，碼相位計(jì)數(shù)器加一，lms歷元計(jì)數(shù)器和20ms歷元 計(jì)數(shù)器依次類推。所述并行多通道相關(guān)模塊含有24個(gè)單通道，3位數(shù)字中頻信號(hào)同時(shí)分別進(jìn)入各單通 道，進(jìn)行相關(guān)處理。所述通道配置模塊通過多路選擇，將直射信號(hào)和反射信號(hào)配置輸入到各單通道中，從而實(shí)現(xiàn)不同工作模式對(duì)應(yīng)的通道配置。本發(fā)明一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的相關(guān)裝置的優(yōu)點(diǎn)在于(1) 本發(fā)明采用了并行相關(guān)多通道模塊進(jìn)行相關(guān)處理，與DSP配合處理反射信號(hào)， 為多導(dǎo)航系統(tǒng)兼容、多星座組合的GNSS反射信號(hào)應(yīng)用提供了核心技術(shù)儲(chǔ)備。(2) 本發(fā)明作為用于GNSS反射信號(hào)接收處理的相關(guān)裝置，為適應(yīng)不同精度的反射 信號(hào)相關(guān)功率要求，相關(guān)碼延遲靈活可調(diào)，可設(shè)置為1/2， 1/4或1/8碼片。多普勒頻 移也可根據(jù)需要設(shè)置，可搜索所有頻移區(qū)間或指定區(qū)間。(3) 本發(fā)明不同模式下的通道配置和輸出信號(hào)的參數(shù)要求均不同。如海面測(cè)高，可 輸出獲取髙程信息的反射信號(hào)和直射信號(hào)時(shí)間延遲；對(duì)于海面風(fēng)場(chǎng)反演，則可輸出反射衛(wèi) 星信號(hào)不同時(shí)間延遲的相關(guān)功率數(shù)據(jù)；對(duì)于其他目標(biāo)探測(cè)，可輸出目標(biāo)不同時(shí)間延遲和多 普勒頻移的二維相關(guān)功率。(4) 本發(fā)明以并行多通道相關(guān)模塊為核心，外圍擴(kuò)展了UART接口、 USB接口，附帶數(shù)據(jù)傳輸、采集等功能，并適應(yīng)不同的接收機(jī)體制和結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)需要。(5) 本發(fā)明基于FPGA芯片開發(fā)，保證了在設(shè)計(jì)的早期進(jìn)行軟件開發(fā)、建模、系統(tǒng) 級(jí)仿真、IP核集成和聯(lián)合驗(yàn)證。FPGA的靈活性和可靠性實(shí)現(xiàn)了以往ASIC的功能，使得 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加面向用戶，控制更加靈活。


圖1是本發(fā)明一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的相關(guān)裝置的總體組成結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的相關(guān)裝置的工作流程圖；圖3是本發(fā)明一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的相關(guān)裝置的并行多通道相關(guān)模塊中單通道的組成結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的相關(guān)裝置的并行多通道相關(guān)模塊的工作流程圖；圖5是本發(fā)明一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的相關(guān)裝置的相關(guān)信號(hào)為一反射信號(hào) 的歸一化功率與碼延遲、多普勒頻偏之間的三維仿真圖。圖中1.相關(guān)裝置 IOI.通道配置模塊102.重釆樣譯碼模塊 103.USB接口104. 并行多通道相關(guān)模塊 104a,復(fù)數(shù)乘法器 104b.載波NCO 104c.解碼單元 104d.CA碼發(fā)生器 104e.積分清除器104f.秒內(nèi)計(jì)數(shù)器 104g.碼NCO105. 復(fù)位控制邏輯106. DSP接口 107.UART接口 108.時(shí)基發(fā)生器2.DSP具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明由并行多通道相關(guān)模塊104、通道配置模塊101、時(shí)基發(fā)生器108、重采樣譯碼*莫塊102、復(fù)位控制邏輯105、 UART接口 107、 USB接口 103和 DSP接口 106組成。其中并行多通道相關(guān)模塊104為系統(tǒng)核心，外圍擴(kuò)展了 UART接口 107、 USB接口 103和DSP接口 106。時(shí)基發(fā)生器108對(duì)外輸出1PPS、觀測(cè)量中斷、 積分中斷時(shí)鐘信號(hào)的同時(shí)，如圖2所示，在其產(chǎn)生的采樣時(shí)鐘信號(hào)作用下，A/D轉(zhuǎn)換器輸 出的8位數(shù)字中頻信號(hào)首先經(jīng)重采樣譯碼模塊102鎖存，輸出3位數(shù)字中頻信號(hào)至USB 接口 103; USB接口 103提供了UART接口 107所不具有的高速數(shù)據(jù)傳輸功能，將經(jīng) 重采樣譯碼模塊102鎖存后的3位中頻信號(hào)送到PC機(jī)硬盤上作為原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，為軟件 接收機(jī)提供數(shù)據(jù)源；重采樣譯碼模塊102另輸出3位數(shù)字中頻信號(hào)在通道配置模塊101 的選通控制下通道數(shù)據(jù)進(jìn)入并行多通道相關(guān)模塊104中的直射通道或者反射通道作相關(guān) 處理，最終相關(guān)功率經(jīng)由DSP接口 106送給DSP2。對(duì)于直射信號(hào)的相關(guān)結(jié)果，DSP2 按照普通GPS接收機(jī)處理模式完成衛(wèi)星信號(hào)的快速捕獲和跟蹤，利用直射信號(hào)提供的相 關(guān)功率進(jìn)行導(dǎo)航定位求解，得到導(dǎo)航定位的數(shù)據(jù)信息經(jīng)由DSP接口 106送回UART接口 107,發(fā)送到應(yīng)用處理程序；反射信號(hào)不同于直射信號(hào)的閉環(huán)處理，是一個(gè)開環(huán)過程，即 不需要DSP2進(jìn)行捕獲跟蹤。DSP2根據(jù)導(dǎo)航定位信號(hào)得出的接收機(jī)位置和衛(wèi)星位置，分 別計(jì)算所有衛(wèi)星反射點(diǎn)延遲和多普勒頻偏，估計(jì)反射信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間區(qū)間和多普勒頻移，然 后將估計(jì)的反射信號(hào)碼延遲和多普勒頻偏經(jīng)由DSP接口 106配置給并行多通道相關(guān)模塊 104,并行多通道相關(guān)模塊104根據(jù)來自DSP接口 106的控制信息配置本地碼和載波， 然后滑動(dòng)本地信號(hào)的碼延遲及多普勒偏移以計(jì)算不同碼片/多普勒偏移下的反射信號(hào)相關(guān) 功率。反射信號(hào)相關(guān)功率的數(shù)據(jù)信息不需送給DSP2以進(jìn)行捕獲跟蹤，直接經(jīng)由UART 接口 107輸出至PC機(jī)的應(yīng)用處理程序。應(yīng)用處理程序?qū)SP2和相關(guān)裝置1的配置信 息也經(jīng)UART接口 107發(fā)送到相關(guān)裝置1;即將數(shù)據(jù)發(fā)送、信息交互的任務(wù)量集中于FPGA 的UART處理。這樣做的好處是減輕了由于串口發(fā)送的阻塞特性對(duì)于DSP2造成的驟增 任務(wù)量。上述模塊中，重釆樣譯碼模塊102、通道配置模塊101、并行多通道相關(guān)模塊 104、 USB接口 103均受時(shí)基發(fā)生器108的釆樣時(shí)鐘同頻同相的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，由于上述模 塊輸入的數(shù)字中頻信號(hào)均是以釆樣頻率進(jìn)入各+莫塊的，則保證了信號(hào)處理的相位關(guān)系。其 余各模塊可用外部時(shí)鐘或其分頻時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)即可。本裝置上電時(shí)，復(fù)位控制邏輯105發(fā)出復(fù) 位信號(hào)，各模塊均受復(fù)位信號(hào)控制復(fù)位，各模塊開始正常工作，直至相關(guān)過程結(jié)束。并行多通道相關(guān)模塊104是相關(guān)裝置1的核心部分所在，直射信號(hào)的解調(diào)及反射信 號(hào)的相關(guān)功率輸出等工作在其中完成。如圖3所示，并行多通道相關(guān)模塊104中每個(gè)單 通道由復(fù)數(shù)乘法器104a、載波NCO104b、碼NCO104g、 CA碼發(fā)生器l(Md、解碼單 元104c、積分清除器104e、秒內(nèi)計(jì)數(shù)器l(Mf組成。3位數(shù)字中頻信號(hào)同時(shí)進(jìn)入并行多通道相關(guān)模塊104中24個(gè)通道，每個(gè)通道中的復(fù)數(shù)乘法器104a剝離載波；載波NCO104b在頻率控制字作用下，通過查表產(chǎn)生本地同相、 正交載波，實(shí)現(xiàn)載波混頻；輸出載波整周計(jì)數(shù)和載波相位分別表示載波相位的整數(shù)部分和 小數(shù)部分?jǐn)?shù)值，在TIC信號(hào)作用下被鎖存；改變頻率控制字可控制本地載波多普勒偏移。 CA碼發(fā)生器104d產(chǎn)生偽隨機(jī)碼(PRN)，實(shí)施相關(guān)間隔控制，產(chǎn)生積分鎖存及清除信號(hào)， 換星及復(fù)位功能等等。CA碼發(fā)生器104d產(chǎn)生的當(dāng)前、超前、滯后三路信號(hào)之間的碼延 遲可為1/2、 1/4或1/8碼片，從而影響最終的相關(guān)功率精度。碼NCO104g原理與載 波NCO104b基本相同，所不同之處是其輸出只是用來驅(qū)動(dòng)CA碼發(fā)生器104d，而不必 査找幅度相位轉(zhuǎn)換表；同時(shí)碼NCO104g的計(jì)數(shù)值送入秒內(nèi)計(jì)數(shù)器104f，驅(qū)動(dòng)秒內(nèi)計(jì)數(shù) 器104f的各子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，輸出本次相關(guān)處理的秒內(nèi)計(jì)數(shù)值。積分清除器104e中進(jìn)行 信號(hào)的自相關(guān)運(yùn)算，進(jìn)入該模塊的序列在一個(gè)本地偽碼周期結(jié)束時(shí)刻得到最大輸出能量， 此時(shí)一是將相關(guān)能量值立即鎖存，以備后面的環(huán)路使用；二是由于后面的碼片將以采樣頻 率的分辨率迅速進(jìn)入積分器，故將積分器清空。程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)將間隔為一個(gè)采樣周期的時(shí)鐘分別作為鎖存和清除信號(hào)，損失一個(gè)樣點(diǎn)，這對(duì)于整個(gè)信道信噪比的損失是微不足道的。 秒內(nèi)計(jì)數(shù)器104f包括20ms歷元計(jì)數(shù)器、lms歷元計(jì)數(shù)器、碼相位計(jì)數(shù)器，它們與 碼NCO104g的相位計(jì)數(shù)器共同組成了偽距觀測(cè)量寄存器組。秒內(nèi)計(jì)數(shù)器104f進(jìn)行秒內(nèi)計(jì)數(shù)，四個(gè)計(jì)數(shù)器之間是完全的進(jìn)位關(guān)系，而偽距的測(cè)量精度取決于作為最低位計(jì)數(shù)的碼 NCO104g的相位計(jì)數(shù)器的分辨率。此計(jì)數(shù)器模塊可以方便的由DSP程序來組合和分配它們的內(nèi)容，從而對(duì)不同解調(diào)數(shù)據(jù)速率的裝置都能適用。如圖4所示，載波NCO104b在來自DSP2的載波NCO頻率控制字的控制下產(chǎn)生的 同相、正交兩路本地載波與鎖存后的通道數(shù)據(jù)在復(fù)數(shù)乘法器104a中相乘，以剝離載波。 碼NCO104g接受來自DSP2的碼NCO頻率控制字，產(chǎn)生當(dāng)前支路的本地碼輸出到CA 碼發(fā)生器104d， CA碼發(fā)生器104d根據(jù)來自DSP2的相關(guān)間距控制信息實(shí)施相關(guān)間隔 控制，產(chǎn)生偽隨機(jī)碼(PRN)，將當(dāng)前支路的本地碼超前和延遲1/2、 1/4或1/8碼片， 產(chǎn)生超前、滯后、當(dāng)前三路本地信號(hào)，并與經(jīng)載波剝離后的正交、同相支路信號(hào)一起輸入 到解碼單元104c分別相乘，得到六路結(jié)果并送入積分清除器104e進(jìn)行相干累加，得到 相關(guān)功率；通過秒內(nèi)計(jì)數(shù)器104f的控制，輸出一個(gè)本地偽碼周期結(jié)束的最大輸出能量， 直至相關(guān)過程結(jié)束。通過改變載波NCO 104b和碼NCO 104g的頻率控制字即可改變本地載波的多普勒頻 偏和本地碼延遲，以得到不同碼延遲/多普勒頻偏下的反射信號(hào)相關(guān)功率。通道配置模塊101接收DSP2命令，控制進(jìn)入各通道的信號(hào)為直射信號(hào)或反射信號(hào)， 實(shí)現(xiàn)不同工作模式下正反射通道數(shù)目的配置。在總通道數(shù)為24的情況下，可配置為12 個(gè)直射通道，12個(gè)反射通道或者18個(gè)直射通道，6個(gè)反射通道等不同工作模式。如圖1所示，時(shí)基發(fā)生器108模塊是整個(gè)程序的基礎(chǔ)，在射頻前端提供的主時(shí)鐘信 號(hào)驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生供芯片內(nèi)部和外部功能模塊完成特定功能所需的時(shí)鐘信號(hào)。輸出時(shí)鐘信號(hào)包 括1. 提供給A/D轉(zhuǎn)換器的采樣時(shí)鐘，采樣時(shí)鐘的時(shí)鐘周期和占空比均可根據(jù)需要可調(diào)；2. 提供給各個(gè)通道的時(shí)間尺度標(biāo)準(zhǔn)TIC以及通道內(nèi)部功能模塊所使用的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘 (與采樣時(shí)鐘同頻同相)。TIC是整個(gè)接收機(jī)軟件設(shè)計(jì)當(dāng)中最重要的信號(hào)之一，通常是一個(gè)默認(rèn)周期為0.999999s的可變周期方波，用來進(jìn)行接收機(jī)本地時(shí)間計(jì)數(shù)，驅(qū)動(dòng)觀測(cè)量中 斷信號(hào)(MEASJNT)和1PPS輸出信號(hào)(TIMEMARK)，偽距及載波相位觀測(cè)量采樣鎖存 等多項(xiàng)工作，其周期可由DSP2實(shí)時(shí)修改。時(shí)基發(fā)生器108同時(shí)設(shè)置了 TIC計(jì)數(shù)器以保 證TIC計(jì)數(shù)功能的正常運(yùn)行。3. 積分中斷信號(hào)(ACCUM—INT)是一個(gè)面向DSP的通知信號(hào)，其功能是在可能有 新的積分?jǐn)?shù)據(jù)到來之后告知DSP2進(jìn)行及時(shí)處理。同時(shí)時(shí)基發(fā)生器108中包含中斷握手 機(jī)制，保證在一次響應(yīng)之后不會(huì)重復(fù)響應(yīng)同一中斷。4. 觀測(cè)量中斷(MEASJNT)是觀測(cè)量提取中斷，其驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘來源于TIC，通常默 認(rèn)周期為100ms5. TIMEMARK為1Hz脈沖信號(hào)(1PPS)，其時(shí)鐘也來源于TIC,并可以通過調(diào)節(jié) TIC周期而使得TIMEMARK輸出與UTC (通用時(shí)標(biāo)系統(tǒng)，即協(xié)調(diào)世界時(shí))的整秒對(duì)準(zhǔn)， 得到1PPS輸出。本實(shí)施例中，F(xiàn)PGA芯片采用性價(jià)比較高的Altera公司的EP2S60F672C5芯片， 該器件含有24176個(gè)邏輯單元，總的內(nèi)置RAM為2,544， 192bits，內(nèi)置DSP模塊有36 個(gè)，內(nèi)置PLLs有12個(gè)，嵌入式乘法器(18-bitx 18-bit)有144個(gè)，最大可用I/O數(shù) 量為499個(gè)，封裝為672腳FPGA，與Altera的STRATIX器件的發(fā)展方向一致，管腳 的向后兼容為將來系統(tǒng)的改進(jìn)升級(jí)奠定基礎(chǔ)。開發(fā)系統(tǒng)選用基于EP2S60芯片的開發(fā)板， 利用其DSP開發(fā)包進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。開發(fā)環(huán)境利用現(xiàn)在最流行的Altera開發(fā)平臺(tái)Quartus117.1 ，該系統(tǒng)提供了從輸入、 綜合、前后仿真直至配置的全系列功能，并提供了包括RTL閱讀器、功耗計(jì)算器、邏輯分 析儀、時(shí)序收斂布局規(guī)劃器、底層邏輯器和工程更改管理器等一系列工具，使得從工程實(shí) 施開始至結(jié)束驗(yàn)證都能有充分保證。碼片延遲范圍根據(jù)需求設(shè)定，其分辨率可設(shè)定為1/2、 1/4或1/8碼片，由于多普 勒頻移范圍與平臺(tái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和遙感幾何關(guān)系有關(guān)，通常無法事先確定。仿真中首先根據(jù)設(shè) 定的碼片延遲范圍計(jì)算最大的積分范圍-1~6個(gè)碼片，然后計(jì)算積分邊緣的多普勒最大值和最小值，即為多普勒窗范圍，本實(shí)施例中為-1000 1000Hz。為了使仿真能夠更好的分 析反射信號(hào)特征，暫時(shí)忽略了噪聲項(xiàng)的影響，并以直射信號(hào)的相關(guān)功率對(duì)反射信號(hào)的相關(guān) 功率進(jìn)行歸一化。如圖5所示，X軸為相對(duì)于鏡面反射點(diǎn)傳播時(shí)間的相對(duì)延遲，即碼延遲；Y軸為相對(duì) 鏡面點(diǎn)多普勒頻移的相對(duì)多普勒頻偏；Z軸為歸一化功率?？梢?，散射信號(hào)時(shí)延多普勒相 關(guān)功率的能量集中在鏡面點(diǎn)，即碼延遲為0碼片，相對(duì)多普勒頻偏為OHz附近，并隨時(shí) 延的變大而減小，而且隨多普勒頻移的變化而變化，整體呈現(xiàn)典型的"馬蹄"形狀。
權(quán)利要求
1.一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的相關(guān)裝置，包括通道配置模塊、時(shí)基發(fā)生器、復(fù)位控制邏輯、重采樣譯碼模塊、UART接口、并行多通道相關(guān)模塊、USB接口和DSP接口；并行多通道相關(guān)模塊根據(jù)CPU配置信息實(shí)現(xiàn)直射信號(hào)的快速捕獲、精細(xì)跟蹤、數(shù)據(jù)傳輸和反射信號(hào)的相關(guān)功率輸出；在復(fù)位控制邏輯產(chǎn)生的控制信號(hào)和時(shí)基發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)作用下，A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字中頻信號(hào)經(jīng)重采樣譯碼模塊鎖存，輸出3位數(shù)字中頻信號(hào)至USB接口；USB接口將經(jīng)重采樣譯碼模塊鎖存后的3位數(shù)字中頻信號(hào)送到PC機(jī)硬盤上作為原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；同時(shí)通道配置模塊接收DSP的控制命令，配置不同工作模式下正反射通道數(shù)目；在通道配置模塊的選通控制下經(jīng)重采樣譯碼模塊鎖存后的3位數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)入并行多通道相關(guān)模塊作相關(guān)處理，相關(guān)后的相關(guān)功率經(jīng)由DSP接口送給DSP；然后DSP將估計(jì)的反射信號(hào)碼延遲和多普勒頻偏經(jīng)由DSP接口配置給并行多通道相關(guān)模塊；并行多通道相關(guān)模塊根據(jù)這些控制信息配置本地碼和載波，然后滑動(dòng)本地信號(hào)的碼延遲及多普勒偏移以計(jì)算不同碼片和多普勒偏移下的反射信號(hào)相關(guān)功率，相關(guān)功率經(jīng)由UART接口送至應(yīng)用處理程序，直至相關(guān)過程結(jié)束；所述并行多通道相關(guān)模塊的每個(gè)單通道由復(fù)數(shù)乘法器、載波NCO、碼NCO、CA碼發(fā)生器、解碼單元、積分清除器、秒內(nèi)計(jì)數(shù)器組成；數(shù)字中頻信號(hào)同時(shí)進(jìn)入并行多通道相關(guān)模塊中各通道，載波NCO在來自DSP的載波NCO頻率控制字的控制下產(chǎn)生的本地載波與鎖存后的通道數(shù)據(jù)在復(fù)數(shù)乘法器中相乘，以剝離載波；碼NCO接受來自DSP的碼NCO頻率控制字，產(chǎn)生當(dāng)前支路的本地碼輸出到CA碼發(fā)生器，CA碼發(fā)生器根據(jù)來自DSP的相關(guān)間距控制信息實(shí)施相關(guān)間隔控制，產(chǎn)生當(dāng)前、滯后、超前三路偽隨機(jī)碼，并與經(jīng)載波剝離后的正交、同相支路信號(hào)一起輸入到解碼單元分別相乘，得到六路結(jié)果并送入積分清除器進(jìn)行相干累加得到相關(guān)功率，直至相關(guān)過程結(jié)束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的相關(guān)裝置，其特征在于所 述并行多通道相關(guān)模塊的每個(gè)單通道中，復(fù)數(shù)乘法器剝離載波，載波NCO在頻率控 制字作用下，實(shí)現(xiàn)載波混頻；碼NCO模塊用來驅(qū)動(dòng)CA碼發(fā)生器；CA碼發(fā)生器產(chǎn)生 三路信號(hào)，并控制信號(hào)之間的碼延遲，從而影響最終的相關(guān)功率精度；積分清除器中 進(jìn)行信號(hào)的自相關(guān)運(yùn)算，進(jìn)入該模塊的序列在一個(gè)本地偽碼周期結(jié)束時(shí)刻得到最大輸 出能量；秒內(nèi)計(jì)數(shù)器進(jìn)行秒內(nèi)計(jì)數(shù)，由DSP程序來組合和分配內(nèi)容。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的相關(guān)裝置，其特征在于:所述秒內(nèi)計(jì)數(shù)器模塊中20ms歷元計(jì)數(shù)器、lms歷元計(jì)數(shù)器、碼相位計(jì)數(shù)器，碼NCO 相位計(jì)數(shù)器共同組成了偽距觀測(cè)量寄存器組，進(jìn)行秒內(nèi)計(jì)數(shù)；四個(gè)計(jì)數(shù)器之間是完全 的進(jìn)位關(guān)系;碼NCO計(jì)數(shù)器每溢出一次，碼相位計(jì)數(shù)器加一 ，lms歷元計(jì)數(shù)器和20ms 歷元計(jì)數(shù)器依次類推。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的相關(guān)裝置，其特征在于所 述并行多通道相關(guān)模塊含有24個(gè)單通道，3位數(shù)字中頻信號(hào)同時(shí)分別進(jìn)入各單通道， 進(jìn)行相關(guān)處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的相關(guān)裝置，其特征在于所 述通道配置模塊通過多路選擇，將直射信號(hào)和反射信號(hào)配置輸入到各單通道中，從而 實(shí)現(xiàn)不同工作模式對(duì)應(yīng)的通道配置。
全文摘要
本發(fā)明一種可接收處理導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)的相關(guān)裝置，以并行多通道相關(guān)模塊為核心，根據(jù)CPU配置信息，對(duì)反射信號(hào)給出在不同碼片/多普勒延遲時(shí)刻的相關(guān)功率輸出。并行多通道相關(guān)模塊接受通道配置模塊的控制，分別與時(shí)基發(fā)生器、UART接口、DSP接口連接，各模塊接受復(fù)位控制邏輯的控制。本裝置保證了在設(shè)計(jì)的早期進(jìn)行軟件開發(fā)、建模、系統(tǒng)級(jí)仿真、IP核集成和聯(lián)合驗(yàn)證，并適應(yīng)不同的接收機(jī)體制和結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)需要。本發(fā)明可以同時(shí)處理GPS直射信號(hào)和反射信號(hào)，利用直射信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位，并在DSP控制下輸出反射信號(hào)不同延遲時(shí)刻的相關(guān)功率，為反射信號(hào)的研究應(yīng)用提供數(shù)據(jù)源。
文檔編號(hào)G01S7/285GK101246212SQ20081010216
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者劉憲陽, 楊東凱, 勇 路 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)