專利名稱：一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)gps基帶處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 屬于衛(wèi)星導航定位領(lǐng)域，涉及GPS基帶處理器，尤其涉及一種改進型混合 通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，主要應用于靠偽距測量進行衛(wèi)星定位的GPS接收機。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星導航及定位系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應用于社會發(fā)展的各個領(lǐng)域。在導航方面，衛(wèi)星 導航系統(tǒng)可以為船舶，汽車，飛機等運動物體進行定位導航。例如船舶遠洋導航和進港引 水，飛機航路引導和進場降落，汽車自主導航，地面車輛跟蹤和城市智能交通管理，緊急救 生，個人通訊終端(與手機，PDA，電子地圖等集成一體)等。在測繪測量方面，衛(wèi)星導航系 統(tǒng)可以提供各種等級的測量精度，例如大地測量，控制測量，道路和各種線路放樣，水下地 形測量，地殼形變測量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測，精細農(nóng)業(yè)等方面。除了用于導航、定 位、測量外，由于衛(wèi)星導航系統(tǒng)的空間衛(wèi)星上載有的精確時鐘可以發(fā)布時間和頻率信息，因 此，以空間衛(wèi)星上的精確時鐘為基礎(chǔ)，在地面監(jiān)測站的監(jiān)控下，傳送精確時間和頻率是衛(wèi)星 導航系統(tǒng)的另一重要應用，應用該功能可進行精確時間或頻率的控制，可為許多工程實驗 服務(wù)。由此可見衛(wèi)星導航系統(tǒng)關(guān)系著國民經(jīng)濟的各個方面，有著廣泛的用途，因此研制 高性能的GPS接收機有著重大的意義。在現(xiàn)有技術(shù)中，如中國專利號為200810113981. 5的 "GPS接收機”，該接收機將捕獲通道和跟蹤通道互相獨立開，在GPS接收機完成衛(wèi)星信號的 捕獲功能之后，捕獲通道即被關(guān)閉。接收機進入跟蹤狀態(tài)之后，占用大量硬件資源的捕獲通 道被關(guān)閉而進入功能閑置期。顯而易見，該接收機硬件結(jié)構(gòu)存在硬件資源利用效率低和占 用芯片面積大的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提高GPS基帶處理器通道硬件資源的利用效率，在分析現(xiàn)有 基于偽距測量的捕獲跟蹤電路基礎(chǔ)上，根據(jù)其電路特點，對現(xiàn)有GPS基帶處理器的捕獲跟 蹤電路的缺陷進行了研究和改進。提出一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，實現(xiàn)了 捕獲和跟蹤電路相兼容，使得捕獲電路在完成其捕獲功能之后，可以經(jīng)寄存器配置成跟蹤 通路，能在更小的硬件面積下實現(xiàn)衛(wèi)星信號的捕獲和跟蹤功能，或在相同的硬件面積下增 強衛(wèi)星信號的捕獲和跟蹤功能，從而大大提高了硬件電路資源的利用率。本發(fā)明目的是通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)。一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，它是多個捕獲通道和跟蹤通道相結(jié)合 的改進型混合通道基帶處理模塊，包括(I)N個混合通道模塊，它包括N個混合通道，是可配置為捕獲通道和跟蹤通道的 改進型混合通道，按照工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換自動配置為多個捕獲通道或多個跟蹤通道；(2) 一個時序單元模塊或稱時基模塊，它單獨為各個混合通道和寄存器控制模塊 提供時序信號；
(3) 一鎖存器和一寄存器組，外部的輸入信號通過鎖存器之后送入各個混合通道， 混合通道的運算和結(jié)果輸出都是通過相應寄存器的配置來完成控制(4) 一相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器，用于存儲各路混合通道和子通道的相關(guān)數(shù)據(jù)值；(5) 一測量數(shù)據(jù)寄存器，用于存儲各路混合通道和估計子通道的測量值；(6) 一外部總線接口，用于連接混合通道同外部的功能模塊進行數(shù)據(jù)交換。所述的一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，其在于所述多個捕獲通道和跟 蹤通道相結(jié)合的改進型混合通道基帶處理模塊包括N個混合通道，每個混合通道內(nèi)又包括 M個子通道，混合通道和子通道實行按工作狀態(tài)配置(1)捕獲狀態(tài)通道配置當GPS接收機工作于捕獲狀態(tài)時，各個子通道工作在捕獲狀態(tài)，此時配置有MN個 捕獲通道，通過控制寄存器的設(shè)置使各個子通道有不同的載波生成速率和碼生成速率，實 現(xiàn)對衛(wèi)星信號的快速捕獲；每個混合通道內(nèi)部的子通道采用本地的載波生成器簡稱為載波 NCO和C/A碼生成器簡稱為C/A碼NC0，并用本地C/A碼生成器產(chǎn)生的C/A碼周期脈沖信 號dump信號多路選擇器進行選擇來確定累加數(shù)據(jù)輸出的時刻；混合道個數(shù)N的取值范圍為 3 18 ；子通道個數(shù)M的取值范圍為3 9 ；(2)跟蹤狀態(tài)通道配置當GPS接收機成功捕獲到衛(wèi)星信號后，配置為N個混合通道的跟蹤工作模式每M 個子通道合并成一個跟蹤通道，此時每一個跟蹤通道的M個子通道公用一個載波NC0，由一 個C/A碼NCO經(jīng)過M個不同的碼延時，將M個不同碼延時的碼信號對應送入第1，2，……， M路子通道中，此時各個子通道共用該C/A碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的C/A碼周期脈沖信號dump，經(jīng) dump信號多路選擇器進行選擇，此時M路子通道相當于合并成為1路跟蹤通道，實現(xiàn)跟蹤衛(wèi) 星信號的功能；(3)或者跟蹤通道和捕獲通道混合配置當GPS接收機成功捕獲到衛(wèi)星信號之后，配置N個混合通道的跟蹤工作模式每個 混合通道的M個子通道又分工為T個子通道合并成一個跟蹤通道，T個子通道公用一個載 波NC0，由一個C/A碼NCO經(jīng)過T不同的碼延時，將T個不同碼延時的碼信號對應送入第1， 2,3,……，T路子通道中，而且此時各個子通道共用該C/A碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的C/A碼周期脈 沖信號DUMP，此時T路子通道相當于合并成為1路跟蹤通道，實現(xiàn)跟蹤衛(wèi)星信號的功能，同 時，其余的M-T路子通道仍保持原來捕獲通道的配置，繼續(xù)工作在捕獲工作模式。所述的一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，其在于所述子通道由乘法器1、 載波生成器、C/A碼產(chǎn)生器、乘法器2、信號多路選擇器、碼多路選擇器、dump信號多路選擇 器和積分清零器組成；輸入信號和本路子通道載波生成器輸出端連接乘法器1的輸入端，乘法器1輸出 端和第(M+l)/2路子通道信號經(jīng)載波解調(diào)之后的信號共同作為多路選擇器輸入端，信號 多路選擇器輸出端和碼多路選擇器輸出端連接乘法器2輸入端，乘法器2輸出端連接積 分清零器輸入端，dump信號多路選擇器連接積分清零器的控制端，積分清零器輸出一路子 通道的相關(guān)處理數(shù)據(jù)；碼多路選擇器的輸入端連接本路子通道C/A碼產(chǎn)生器的輸出端和 (M+l)/2路子通道C/A碼產(chǎn)生器的輸出端；dump信號多路選擇器的輸入端連接本路子通道 對應的dump信號和(M+l)/2路子通道對應的dump信號。
所述的一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，其在于所述時序單元模塊是為基帶處理器提供時序信號的獨立模塊，該模塊用于提供精 確的標準時間周期信號TIC;所述基帶處理器的全部通道的配置和時序單元模塊的TIC信號是通過相應寄存 器的控制來實現(xiàn)。所述的一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，其在于所述混合通道結(jié)構(gòu)GPS 基帶處理器是以時序單元模塊提供的TIC信號為時間基準；
(I)TIC信號用于工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換的標準時間周期定時，GPS基帶處理器寄存器組的 狀態(tài)寄存器和控制寄存器受時序信號TIC的控制，并通過內(nèi)部總線控制基帶處理器N個混 合通道以及每個混合通道內(nèi)M個子通道的配置；(2)TIC信號用于測量數(shù)據(jù)輸出定時，GPS基帶處理器寄存器組接受時序信號TIC 的控制，通過外部總線接口定時輸出基帶處理信號。所述的一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，其在于所述的基帶信號處理模 塊配置有與功能相應的專用寄存器，實現(xiàn)全寄存器控制；專用寄存器包括控制寄存器、狀態(tài) 寄存器、相關(guān)寄存器和測量寄存器，其中一個控制寄存器為M*N位寄存器，實現(xiàn)N個混合通道及其M個子通道的配置控制； 控制寄存器通過片內(nèi)總線連接各混合通道及其各個子通道；一個狀態(tài)寄存器為M*N位寄存器，實現(xiàn)捕獲狀態(tài)和跟蹤狀態(tài)的轉(zhuǎn)換控制；一個相關(guān)寄存器，其配置為在每個dump信號到來后讀取各個混合通道子通道的 相干累加值，實現(xiàn)以dump信號為周期的通道相干累加值的寄存輸出作用；一個測量寄存器，其配置為在每個標準時間信號tic到來后讀取各個混合通道子 通道的相干累加值，實現(xiàn)以tic信號為周期的相干累加數(shù)據(jù)寄存輸出作用。所述的一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，其在于所述基帶處理器通過片 內(nèi)總線連接各混合通道及其各個子通道，通過基帶處理流程接收相關(guān)處理數(shù)據(jù)，有利于軟 件操作和交互，其基帶處理流程操作步驟如下(1)初始化設(shè)置寄存器的參數(shù)，配制各個通道工作模式；(2)通道模塊對輸入信號進行載波解調(diào)；(3)通道模塊對輸入信號進行碼解調(diào)；(4)通道模塊對每路子通道信號進行相關(guān)累加并輸出相關(guān)處理數(shù)據(jù)；(5)通道模塊對混合通道信號進行相關(guān)累加并輸出相關(guān)處理數(shù)據(jù)；(6)通道模塊輸出包括捕獲通道和跟蹤通道相關(guān)處理數(shù)據(jù)送入相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器；(7)運行定位結(jié)算子程序讀取相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器或測量數(shù)據(jù)寄存器的GPS基帶處理 數(shù)據(jù)進行定位結(jié)算。一種新的捕獲通道和跟蹤通道相結(jié)合的混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，其構(gòu)成方 式為輸入信號進入接收機之后進入一個用于暫時存儲輸入信號的鎖存器，然后輸入信 號從鎖存器分別輸出到其他各路混合通道；有N個捕獲和跟蹤功能結(jié)合在一起的改進型混合通道，每個混合通道又有M個子 通道。該混合通道的特點在于當GPS接收機工作于捕獲狀態(tài)時，每個通道內(nèi)部的子通道采用自己的載波生成器和C/A碼生成器，并用自己的C/A碼生成器產(chǎn)生的dump信號來確定累 加數(shù)據(jù)輸出的時刻，此時各個子通道工作在捕獲狀態(tài)，相當于有M*N個捕獲通道，可以通過 寄存器的設(shè)置使各個子通道有不同的載波生成速率和碼生成速率實現(xiàn)衛(wèi)星信號的快速捕
-M- 犾；當GPS接收機成功捕獲到衛(wèi)星信號之后，每M個子通道(捕獲通道)合并成一個 跟蹤通道，此時這M個子通道公用一個載波生成器，由一個C/A碼生成器經(jīng)過M不同的碼延 時，分別為1路碼信號，2路碼信號，3路碼信號，4路碼信號，……M路碼信號，將這些碼信 號對應送入第1，2，3，4，……M路子通道中，而且此時各個子通道共用該C/A碼產(chǎn)生器產(chǎn)生 的dump信號，此時M路子通道相當于合并成為1路跟蹤通道，從而實現(xiàn)跟蹤衛(wèi)星信號的功 能；或者當GPS接收機成功捕獲到衛(wèi)星信號之后，也可以這樣配置每個混合通道的跟 蹤工作模式每τ (參數(shù)T的取值范圍為0 < T < M)的個子通道(捕獲通道)合并成一個 跟蹤通道，此時這T個子通道公用一個載波生成器，由一個C/A碼生成器經(jīng)過T不同的碼延 時，分別為1支路，2支路，……T支路。將這些碼信號對應送入第1，2，3，……T路子通道 中，而且此時各個子通道共用該C/A碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的dump信號，此時T路子通道相當于合 并成為1路跟蹤通道，從而實現(xiàn)跟蹤衛(wèi)星信號的功能。此時的第T+l，M路子通道保持原來 捕獲通道的配置，繼續(xù)工作在捕獲的工作模式；包含了一個獨立的提供時序單元的模塊，該模塊用于提供精確的TIC信號，該信 號用于測量數(shù)據(jù)輸出定時；模塊功能都用專用寄存器進行配制，從而有利于和軟件操作進行交互。本發(fā)明的實質(zhì)性效果是1、本發(fā)明采用將捕獲跟蹤模塊功能相結(jié)合的混合通道結(jié)構(gòu)，使得捕獲通道在完成 其捕獲功能之后，可以經(jīng)寄存器控制配置成跟蹤通道，從而大大的提高硬件資源的利用效 率，該混合通道結(jié)構(gòu)可以在不降低系統(tǒng)性能的情況下，大大減少硬件電路面積。2、本發(fā)明的改進型混合通道基帶處理模塊包括有一個產(chǎn)生標準時間信號的時間 基準模塊，該模塊產(chǎn)生精確的標準時間周期tic信號，該信號用于為測量數(shù)據(jù)輸出定時，比 現(xiàn)有技術(shù)中的各個通道獨立計時輸出數(shù)據(jù)相比提高了定時精度。3、本發(fā)明完全采用了寄存器控制的工作模式，運行軟件程序，只需要初始化配置 和讀取相應寄存器，便可以完成混合通道捕獲功能和跟蹤功能的轉(zhuǎn)換，有利于軟件和硬件 之間的協(xié)調(diào)和交互。4、本發(fā)明中的捕獲跟蹤混合電路結(jié)構(gòu)可以移植到其他以偽距測量為基本原理的 導航系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，比如中國的北斗II導航系統(tǒng)，歐洲航天局的Galileo系統(tǒng)，俄羅斯的 GLONSS系統(tǒng)中，具有良好的應用前景。


圖1是本發(fā)明GPS接收機基帶處理模塊總體結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明GPS接收機基帶處理模塊的混合通道模塊的一個捕獲跟蹤混合通道 含有M個子通道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本發(fā)明第一實施例的一個捕獲跟蹤混合通道工作在捕獲狀態(tài)時的通道配置示意圖。圖4是本發(fā)明第二實施例的一個捕獲跟蹤混合通道工作在5路跟蹤狀態(tài)時，各個混合通道的工作模塊示意圖。圖5是本發(fā)明第三實施例的一個捕獲跟蹤混合通道工作在3路跟蹤狀態(tài)時，各個 混合通道的工作模塊示意圖。
具體實施例方式下面通過附圖結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的描述，實施例以接 收機接收GPS信號為Ll頻段(1575. 42MHz) C/A碼信號。圖1給出本發(fā)明GPS接收機基帶處理模塊的總體結(jié)構(gòu)框圖。輸入信號101為采樣 率16. 368MHz的中頻GPS信號，其中心頻率為4. 239MHz，由于多譜勒頻移的影響，其中心頻 率頻偏為士5KHz。輸入信號分別有同相位支路簡稱為I路和正交相位支路簡稱為Q路的兩 路信號。輸入信號在經(jīng)過一個鎖存器組102后分別傳輸?shù)交旌贤ǖ滥K11，混合通道模塊 11包括第1路混合通道103、第2路混合通道104、第3路混合通道105、……第N路混合通 道106。時基模塊107用于提供精確的Ims定時信號——標準時間周期信號tic，該tic信 號用于讓各個混合通道在每隔Ims向外輸出經(jīng)過積分清零器處理的相關(guān)數(shù)據(jù)。109為通道 和寄存器間的接口?？刂萍拇嫫?08通過109接口連接各路混合通道，用于控制各個混合通 道和每個混合通道子通道的工作狀態(tài)和載波信號產(chǎn)生，以及C/A碼產(chǎn)生器的參數(shù)設(shè)置。狀 態(tài)寄存器模塊110存儲各個混合通道的工作狀態(tài)值，用于獲取和調(diào)整各個模塊的即時工作 狀態(tài)。相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器111用于存儲各路混合通道和子通道的相關(guān)數(shù)據(jù)值。測量數(shù)據(jù)寄存 器112存儲各個混合通道的測量值，用于后續(xù)的跟蹤定位計算。外部CPU或其他控制器可 以通過外部總線接口 113對各個寄存器進行讀寫從而達到控制各個混合通道狀態(tài)，讀取混 合通道運算結(jié)果和測量結(jié)果。本發(fā)明GPS接收機基帶處理器的動態(tài)工作過程描述如下GPS接收機進行定位第一步是對基帶處理器空中衛(wèi)星信號進行捕獲，捕獲分為兩 個部分，一是對衛(wèi)星信號的載波進行頻率捕獲，二是對衛(wèi)星信號發(fā)射的C/A碼進行碼捕獲。 按照這兩點要求，捕獲電路有本地載波NC0，本地C/A碼產(chǎn)生器，和進行積分累加運算器組 成。GPS接收機進行定位第二步是基帶處理器對已經(jīng)捕獲到的空中衛(wèi)星信號進行跟 蹤。當捕獲電路的積分累加結(jié)果大于閾值時，表示已被捕獲的衛(wèi)星信號可用，此時把載波頻 率信息和C/A碼相位信息送到跟蹤電路，由跟蹤電路對已經(jīng)捕獲到的衛(wèi)星信號進行跟蹤。 跟蹤分為兩個部分一是對衛(wèi)星信號的載波進行頻率跟蹤，二是對衛(wèi)星信號發(fā)射的C/A碼 進行碼跟蹤，而碼跟蹤需要將本地產(chǎn)生C/A碼進行不同的延時。以M = 5和M = 3為例，按 照跟蹤要求的精度不同分別有5路碼跟蹤模式和3路碼跟蹤模式。5路碼跟蹤模式的碼延 時信號為最超前支路(EE路)，超前支路(E路)，即時支路(P路)，滯后支路(L路)，最滯 后支路(LL路)。3路碼跟蹤模式的碼延時信號為超前支路(E路)，即時支路(P路)，滯 后支路(L路)。按照這兩點要求，跟蹤電路有本地載波產(chǎn)生器，本地PN碼產(chǎn)生器，本地碼延 時產(chǎn)生器和進行積分清零器組成。GPS接收機基帶處理器的包括捕獲和跟蹤的混合通道可以在捕獲工作狀態(tài)，使混合通道的N*M個子通道都作為捕獲通道承擔快速捕獲任務(wù)，在GPS接收機進入跟蹤狀態(tài)后轉(zhuǎn)變成為N個跟蹤通道，每個跟蹤通道有M個子通道，大大提高硬件電路的運行效率。一個專用于產(chǎn)生標準時間信號的時間基準模塊，該模塊產(chǎn)生精確的標準時間周期 信號，該信號用于測量數(shù)據(jù)輸出定時。本發(fā)明的GPS接收機基帶處理器采用了全寄存器控制的工作模式，通過軟件控制 配置和讀取相應寄存器，便可以完成混合通道捕獲功能和跟蹤功能的轉(zhuǎn)換，有利于軟件和 硬件之間的協(xié)調(diào)和交互。第一實施例圖2是GPS接收機基帶處理模塊實施例的核心模塊_混合通道模塊的局部結(jié)構(gòu)框 圖。混合通道模塊11有N個混合通道，每個混合通道都有M個子通道構(gòu)成。圖2所示只給 出了一個捕獲跟蹤混合通道含有M個子通道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。以M = 5為例，5個子通道分 配為最超前支路簡稱EE路，超前支路簡稱E路，即時支路1簡稱P路，滯后支路簡稱L路， 最滯后支路簡稱LL路；將M個不同碼延時的碼信號對應送入第1，2，3，4，5路子通道中，此 時各個子通道共用該C/A碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的C/A碼周期脈沖信號DUMP，此時5路子通道相當 于合并成為1路跟蹤通道，實現(xiàn)跟蹤衛(wèi)星信號的功能。輸入信號為兩路正交信號即I路正交信號和Q路正交信號，每個子通道都有各自 獨立的載波產(chǎn)生器分別產(chǎn)生正弦和余弦載波信號，其中第1子通道的載波產(chǎn)生器為205，第 2子通道的載波產(chǎn)生器為213，第3子通道的載波產(chǎn)生器為220，第4子通道的載波產(chǎn)生器 為228，……，第M子通道的載波產(chǎn)生器為234。每個子通道都有用于相乘運算的乘法器， 其中第1子通道的乘法器為201，第2子通道的為209，第3子通道的為217，第4子通道的 為222，……，第M子通道的為230。每個子通道都有積分清零模塊，其中第1子通道的積 分清零模塊為204，第2子通道的為212，第3子通道的為219，第4子通道的為225，……， 第M子通道的為233。每個子通道都有dump信號多路選擇器，其中第1子通道的dump信號 多路選擇器為207，第2子通道的為215，第4子通道的為227，……，第M子通道的為237。 輸入信號經(jīng)過與本地的載波產(chǎn)生器輸出的載波信號在乘法器相乘，輸入信號經(jīng)過I路和Q 路載波信號解調(diào)之后，分別與C/A碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的C/A碼相乘進行碼解調(diào)，經(jīng)載波解調(diào)和碼 解調(diào)之后的信號，輸出到積分清零模塊，該模塊把輸入的I路和Q路解調(diào)數(shù)據(jù)進行平方和累 加處理，累加時間由dump信號確定。dump信號按照通道的工作模式不同有兩個來源，并通 過dump信號多路選擇器進行選擇。第二實施例圖3給出了本發(fā)明第一實施例的一個捕獲跟蹤混合通道工作在捕獲狀態(tài)時的通 道配置示意圖。當基帶處理器工作在捕獲狀態(tài)時，N個混合通道及其每個混合通道的M個子 通道都工作在捕獲狀態(tài)。以M = 5為例，圖3所示是一個混合通道內(nèi)參加捕獲工作的子通 道。通過控制寄存器模塊108設(shè)置各個子通道的狀態(tài)和內(nèi)部子通道各個模塊的參數(shù)。在載 波解調(diào)時，第1子通道用本地的載波生產(chǎn)器304輸出的正弦和余弦載波通過乘法器301與 輸入信號的I路和Q路信號進行相乘實現(xiàn)載波解調(diào)，所得結(jié)果經(jīng)由第1子通道的信號多路 選擇器202選擇輸入，在乘法器302與本地的C/A碼產(chǎn)生器305產(chǎn)生的碼進行乘法運算，進 行碼解調(diào)，此時碼的多路選擇器206選擇的是本地C/A碼作為碼解調(diào)信號傳輸?shù)膁umpl信 號，控制經(jīng)過碼解調(diào)的信號進入積分清零模塊303，該模塊將輸入的I路和Q路信號進行平方后再積分累加，并把結(jié)果經(jīng)過低通濾波器，在每一個dump信號時，將運算結(jié)果輸出到相 關(guān)數(shù)據(jù)寄存器。此時采用的dump信號為由dump多路選擇器207選擇本地C/A碼產(chǎn)生器模 塊產(chǎn)生的dumpl信號。同樣，第2子通道用本地的載波生成器309輸出的正弦和余弦載波 通過乘法器306與輸入信號的I路和Q路信號進行相乘完成載波解調(diào)，所得結(jié)果經(jīng)由第2子 通道信號多路選擇器210選擇輸入，與本地的C/A碼產(chǎn)生器310產(chǎn)生的本地碼進行乘法運 算，進行碼解調(diào)，此時碼的多路選擇器214選擇的是本地C/A碼作為碼解調(diào)的輸入信號。信 號經(jīng)過碼解調(diào)后進入積分清零模塊308，該模塊將輸入的I路和Q路信號進行平方再積分累 力口，并把結(jié)果經(jīng)過低通濾波器，在每一個dump信號時輸出運算結(jié)果，此時采用的dump信號 為由dump多路選擇器215選擇本地C/A碼產(chǎn)生器模塊產(chǎn)生的dump2信號。同樣，第4子通 道用本地的載波生成器319輸出的正弦和余弦載波通過乘法器316與輸入信號的I路和Q 路信號進行相乘完成載波解調(diào)，所得結(jié)果經(jīng)由第4子通道信號多路選擇器223選擇輸入，與 本地的C/A碼產(chǎn)生器320產(chǎn)生的碼進行乘法運算，進行碼解調(diào)，此時碼的多路選擇器226選 擇的是本地C/A碼作為碼解調(diào)的輸入信號。信號經(jīng)過碼解調(diào)后進入積分清零模塊318，該模 塊將輸入的I路和Q路信號進行平方再積分累加，并把結(jié)果經(jīng)過低通濾波器，在每一個dump 信號時輸出運算結(jié)果，此時采用的dump信號為由dump多路選擇器227選擇本地C/A碼產(chǎn) 生器模塊320產(chǎn)生的dump4信號。第5子通道用本地的載波生成器324輸出的正弦和余弦 載波通過乘法器321 與輸入信號的I路和Q路信號進行相乘完成載波解調(diào)，所得結(jié)果經(jīng)由 第5子通道信號多路選擇器231選擇輸入，與本地的C/A碼產(chǎn)生器325產(chǎn)生的碼進行乘法 運算，進行碼解調(diào)，此時碼的多路選擇器選擇235的是本地C/A碼作為碼解調(diào)的輸入信號。 信號經(jīng)過碼解調(diào)后進入積分清零模塊323，該模塊將輸入的I路和Q路信號進行平方再積 分累加，并把結(jié)果經(jīng)過低通濾波器，在每一個dump信號時輸出運算結(jié)果，此時采用的dump 信號為由dump多路選擇器237選擇本地C/A碼產(chǎn)生器模塊產(chǎn)生的dump5信號。第3路子 通道不含載波多路選擇器，信號多路選擇器，C/A碼信號多路選擇器，和dump信號多路選擇 器，信號在進入第3子通道之后通過與本地的載波生成器314產(chǎn)生的正弦和余弦信號做相 乘運算進行載波解調(diào)，其中乘法器為311，所得結(jié)果與本地C/A碼生成器315產(chǎn)生的C/A碼 進行乘法運算312做碼解調(diào)，信號經(jīng)過碼解調(diào)后進入積分清零模塊313，該模塊將輸入的I 路和Q路信號進行平方再積分累加，并把結(jié)果經(jīng)過低通濾波器，在每一個dump信號時輸出 運算結(jié)果，此時采用的dump信號為由本地C/A碼產(chǎn)生的dump3信號。由以上各個子通道的 工作狀態(tài)描述可以知道，每個子通道都采用其各自的載波NCO，C/A碼產(chǎn)生器，dump信號，可 以通過控制寄存器108來對每個子通道進行配置，同時進行不同的載波偏移搜索和碼偏移 搜索，把各個混合通道的子通道所得結(jié)果與閾值相比較，如果有一個混合通道子通道的累 加值大于閾值，則表示有衛(wèi)星信號捕獲到，此時將該混合通道的子通道的載波生成器參數(shù)， C/A碼產(chǎn)生器參數(shù)，通過控制寄存器108讀出，完成捕獲功能。第三實施例若衛(wèi)星信號較弱，為了保證有很好的碼跟蹤質(zhì)量，需要對GPS信號進行多路跟蹤。 以M = 5為例，需要對GPS信號進行5路跟蹤。圖4所示為GPS基帶處理模塊在進入5路跟 蹤狀態(tài)之后的各個混合通道的參加工作的模塊示意圖。當GPS接收機基帶處理模塊在進入 跟蹤狀態(tài)后，通過控制寄存器向各個混合通道的第3子通道的載波生成器，C/A碼產(chǎn)生器寫 入捕獲時獲得的設(shè)置值，完成各個跟蹤通道設(shè)置。由第3子通道的載波生成器402產(chǎn)生正弦和余弦信號和輸入信號相乘完成載波解調(diào)401之后，將解調(diào)完的信號分別發(fā)送到其他各 個子通道，即其他各個子通道的信號多路選擇器第1子通道的信號多路選擇器為202，第 2子通道為210，第4子通道為223，第5子通道為231，都選擇由第3子通道發(fā)出的已經(jīng)進 行完載波解調(diào)的信號進行下一步的C/A碼解調(diào)。由第3子通道的C/A碼產(chǎn)生器409產(chǎn)生的 C/A碼經(jīng)過5路不同的延時，即最超前支路(EE路)，超前支路(E路)，即時支路(P路)，滯 后支路(L路)，最滯后支路(LL路)，這5路信號每路信號之間都有半個碼片的相位偏差， E E路為最超前的相位支路，E路比EE路落后半個碼片，P路又比E路落后半個碼片，L路 相比P路滯后半個碼片 ，LL路比L路滯后半個碼片。這5路不同的C/A碼信號分別送入5 個子通道中，也就是說其他各個子通道的C/A碼多路選擇器分別選擇由第3通道產(chǎn)生的C/ A碼信號來進行碼解調(diào)，其中第1子通道的碼多路選擇器206選擇EE路C/A碼作為碼解調(diào) 信號的輸入碼，第2子通道的碼多路選擇器214選擇E路C/A碼作為碼解調(diào)信號的輸入碼， 第4子通道的碼多路選擇器226選擇L路C/A碼作為碼解調(diào)信號的輸入碼，第5子通道的 碼多路選擇器235選擇LL路C/A碼作為碼解調(diào)信號的輸入碼，而P路C/A碼直接作為第3 子通道的碼解調(diào)信號。在各路信號經(jīng)過碼解調(diào)之后進入積分清零模塊，該模塊使用的dump 信號全都是由第3子通道的C/A碼產(chǎn)生器產(chǎn)生dump3信號，即此時的第1、2、4、5子通道的 dump信號多路選擇器207、215、227、237，都會選擇第3子通道的dump3信號作為輸入信號。 此時5路子通道相當于合并成為一路跟蹤通道，載波相位信息、碼相位的測量信息和歷元， 通過測量數(shù)據(jù)寄存器模塊112經(jīng)外部總線接口 113向外輸出數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對衛(wèi)星信號進 行5路不同的C/A碼相位跟蹤。第四實施例若衛(wèi)星信號較強，每個混合通道僅對GPS信號進行3路碼信號跟蹤，其他2路子通 道可以轉(zhuǎn)換為參加新的衛(wèi)星信號捕獲通道，此實例實現(xiàn)了更加合理的配置各路通道資源。 以M = 5和M = 2為例，圖5所示為GPS基帶處理模塊在進入3路跟蹤狀態(tài)和2路捕獲狀態(tài) 之后的各個混合通道的參加工作的模塊示意圖。每3個子通道合并成一個跟蹤通道，此時 這3個子通道公用一個載波NC0，由一個C/A碼NCO經(jīng)過3不同的碼延時，3個子通道分配 為E路，P路，L路；將3個不同碼延時的碼信號對應送入第2，3，4路子通道中，而且此時各 個子通道共用該C/A碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的C/A碼周期脈沖信號DUMP，此時3路子通道相當于合 并成為1路跟蹤通道，實現(xiàn)跟蹤衛(wèi)星信號的功能，同時，第1，5路2個子通道仍保持原來捕 獲通道的配置，繼續(xù)工作在捕獲工作模式。當GPS接收機基帶處理模塊在進入3路跟蹤狀 態(tài)后，通過控制寄存器向各個混合通道的第3子通道的載波生成器，C/A碼產(chǎn)生器寫入完成 捕獲時獲得的參數(shù)值，完成各個跟蹤通道設(shè)置。由第3子通道的載波生成器507產(chǎn)生正弦 和余弦信號和輸入信號相乘完成載波解調(diào)之后，將解調(diào)完的信號分別發(fā)送到第2、4子通道 的信號多路選擇器第2子通道為信號多路選擇器210，第4子通道為223，它們都選擇由第 3子通道發(fā)出的已經(jīng)完成載波解調(diào)的信號，進行下一步的C/A碼解調(diào)。由第3子通道的C/ A碼產(chǎn)生器512產(chǎn)生的C/A碼經(jīng)過3路不同的延時，即超前支路(E路)，即時支路(P路)， 滯后支路(L路)，這3路信號每路信號之間都有半個碼片的相位偏差，E路為超前的相位支 路，P路又比E路落后半個碼片，L路相比P路滯后半個碼片。這3路不同的C/A碼信號分 別送入第2、3、4的子通道中，也就是說第2、4路子通道的C/A碼多路選擇器分別選擇由第 3通道產(chǎn)生的C/A碼信號來進行碼解調(diào)，其中第2子通道的碼多路選擇器214選擇E路C/A碼作為碼解調(diào)信號的輸入碼，第4子通道的碼多路選擇器226選擇L路C/A碼作為碼解調(diào) 信號的輸入碼，而C/A碼的P路直接作為第3子通道的碼解調(diào)信號。在各路信號經(jīng)過碼解 調(diào)之后進入積分清零模塊，該模塊使用的dump信號全都是由第3子通道的C/A碼產(chǎn)生器產(chǎn) 生dump3信號，即此時的第2、4子通道的dump信號多路選擇器215、227，都會選擇第3子 通道的dump3信號作為輸入信號。此時3路子通道相當于合并成為一路跟蹤通道，載波相 位信息、碼相位的測量信息和歷元，通過測量數(shù)據(jù)模塊112經(jīng)外部總線接口 113向外輸出數(shù) 據(jù)，可以實現(xiàn)對衛(wèi)星信號進行3路不同的C/A碼相位跟蹤。在第2、3、4路子通道設(shè)置成為 3路碼相位跟蹤通道時，第1、5路子通道可以設(shè)置成為捕獲狀態(tài)，通過控制寄存器模塊108 設(shè)置第1、5子通道的狀態(tài)和各個模塊的參數(shù)。在輸入信號進行載波解調(diào)時，第1子通道采 用本地的載波生成器504輸出的正弦和余弦載波通過乘法器501與輸入信號的I路和Q路 信號進行相乘解調(diào)，所得結(jié)果經(jīng)由第1子通道信號多路選擇器202選擇輸入，與本地的C/A 碼產(chǎn)生器505產(chǎn)生的碼進行乘法運算，進行碼解調(diào)，此時碼的多路選擇器206選擇的是本地 C/A碼作為碼解調(diào)的輸入信號。信號經(jīng)過碼解調(diào)后進入積分清零模塊503，該模塊將輸入的 I路和Q路信號進行平方后相加，并把結(jié)果經(jīng)過低通濾波器，在每一個dump信號時輸出運 算結(jié)果，此時采用的dump信號為由dump多路選擇器207選擇本地C/A碼產(chǎn)生器模塊產(chǎn)生 的dumpl信號。同樣在輸入信號進行載波解調(diào)時，第5子通道用本地的載波生成器516輸 出的正弦和余弦載波通過乘法器515與輸入信號的I路和Q路信號進行相乘解調(diào)，所得結(jié) 果經(jīng)由第5子通道信號多路選擇器231選擇輸入，與本地的C/A碼產(chǎn)生器518產(chǎn)生的碼進 行乘法運算，進行碼解調(diào)，此時碼的多路選擇器選擇235的是本地C/A碼作為碼解調(diào)的輸入 信號。信號經(jīng)過碼解調(diào)后進入積分清零模塊519，該模塊將輸入的I路和Q路信號進行平方 后相加，并把結(jié)果經(jīng)過低通濾波器，在每一個dump信號時輸出運算結(jié)果，此時采用的dump 信號為由dump多路選擇器237選擇本地C/A碼產(chǎn)生器模塊產(chǎn)生的dump5信號?？梢姷?、 5路子通道可以為獨立的捕獲通道，完成捕獲功能，此時整個混合通道就變換成為一個3路 碼跟蹤通道加上2路獨立的捕獲通道，既能開始強衛(wèi)星信號的跟蹤，又能繼續(xù)新的衛(wèi)星信 號捕獲，有效的利用了硬件資源。由此以上說明可以看到本發(fā)明很好的將GPS接收機基帶處理器需要完成的兩大 功能衛(wèi)星信號的捕獲和衛(wèi)星信號的跟蹤，進行了結(jié)合，運用同一硬件電路，在與現(xiàn)存GPS 接收機將捕獲和跟蹤模塊各自獨立分開的電路情況相比，占用硬件電路資源的最小，能夠 不降低任何電路性能，完成衛(wèi)星信號的跟蹤和捕獲功能。
盡管上面對本發(fā)明的具體實施方式
進行描述，但本發(fā)明給出的實施例并不限制實 施方式范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附權(quán)利要求限定和確定的 本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的實例均在保護之 列。
權(quán)利要求
一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，它是多個捕獲通道和跟蹤通道相結(jié)合的改進型混合通道基帶處理模塊，包括(1)N個混合通道模塊，它包括N個混合通道，是可配置為捕獲通道和跟蹤通道的改進型混合通道，按照工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換自動配置為多個捕獲通道或多個跟蹤通道；(2)一個時序單元模塊或稱時基模塊，它單獨為各個混合通道和寄存器控制模塊提供時序信號；(3)一鎖存器和一寄存器組，外部的輸入信號通過鎖存器之后送入各個混合通道，混合通道的運算和結(jié)果輸出都是通過相應寄存器的配置來完成控制；(4)一相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器，用于存儲各路混合通道和子通道的相關(guān)數(shù)據(jù)值；(5)一測量數(shù)據(jù)寄存器，用于存儲各路混合通道和估計子通道的測量值；(6)一外部總線接口，用于連接混合通道同外部的功能模塊進行數(shù)據(jù)交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，其特征在于 所述多個捕獲通道和跟蹤通道相結(jié)合的改進型混合通道基帶處理模塊包括N個混合通道， 每個混合通道內(nèi)又包括M個子通道，混合通道和子通道實行按工作狀態(tài)配置(1)捕獲狀態(tài)通道配置當GPS接收機工作于捕獲狀態(tài)時，各個子通道工作在捕獲狀態(tài)，此時配置有MN個捕獲 通道，通過控制寄存器的設(shè)置使各個子通道有不同的載波生成速率和碼生成速率，實現(xiàn)對 衛(wèi)星信號的快速捕獲；每個混合通道內(nèi)部的子通道采用本地的載波生成器簡稱為載波NCO 和C/A碼生成器簡稱為C/A碼NC0，并用本地C/A碼生成器產(chǎn)生的C/A碼周期脈沖信號dump 信號多路選擇器進行選擇來確定累加數(shù)據(jù)輸出的時刻；混合道個數(shù)N的取值范圍為3 18 ；子通道個數(shù)M的取值范圍為3 9 ；(2)跟蹤狀態(tài)通道配置當GPS接收機成功捕獲到衛(wèi)星信號后，配置為N個混合通道的跟蹤工作模式每M個子 通道合并成一個跟蹤通道，此時每一個跟蹤通道的M個子通道公用一個載波NC0，由一個C/ A碼NCO經(jīng)過M個不同的碼延時，將M個不同碼延時的碼信號對應送入第1，2，……，M路 子通道中，此時各個子通道共用該C/A碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的C/A碼周期脈沖信號dump，經(jīng)dump 信號多路選擇器進行選擇，此時M路子通道相當于合并成為1路跟蹤通道，實現(xiàn)跟蹤衛(wèi)星信 號的功能；(3)或者跟蹤通道和捕獲通道混合配置當GPS接收機成功捕獲到衛(wèi)星信號之后，配置N個混合通道的跟蹤工作模式每個混 合通道的M個子通道又分工為T個子通道合并成一個跟蹤通道，T個子通道公用一個載波 NC0,由一個C/A碼NCO經(jīng)過T不同的碼延時，將T個不同碼延時的碼信號對應送入第1，2， 3，……，T路子通道中，而且此時各個子通道共用該C/A碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的C/A碼周期脈沖 信號DUMP，此時T路子通道相當于合并成為1路跟蹤通道，實現(xiàn)跟蹤衛(wèi)星信號的功能，同時， 其余的M-T路子通道仍保持原來捕獲通道的配置，繼續(xù)工作在捕獲工作模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，其特征在于 所述子通道由乘法器1、載波生成器、C/A碼產(chǎn)生器、乘法器2、信號多路選擇器、碼多路選擇 器、dump信號多路選擇器和積分清零器組成；輸入信號和本路子通道載波生成器輸出端連接乘法器1的輸入端，乘法器1輸出端和第(M+l)/2子通路信號經(jīng)載波解調(diào)之后的信號共同作為信號連接信號多路選擇器輸入端， 信號多路選擇器輸出端和碼多路選擇器輸出端連接乘法器2輸入端，乘法器2輸出端連接 積分清零器輸入端，dump信號多路選擇器連接積分清零器的控制端，積分清零器輸出一路 子通道的相關(guān)處理數(shù)據(jù)；碼多路選擇器的輸入端連接本路子通道C/A碼產(chǎn)生器的輸出端和 (M+l)/2路子通道C/A碼產(chǎn)生器的輸出端；dump信號多路選擇器的輸入端連接本路子通道 對應的dump信號和(M+l)/2路子通道對應的dump信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，其特征在于所述時序單元模塊是為基帶處理器提供時序信號的獨立模塊，該模塊用于提供精確的標準時間周期信號TIC;所述基帶處理器的全部通道的配置和時序單元模塊的TIC信號是通過相應寄存器的 控制來實現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，其特征在于 所述混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器是以時序單元模塊提供的TIC信號為時間基準；(1)TIC信號用于工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換的標準時間周期定時，GPS基帶處理器寄存器組的狀態(tài) 寄存器和控制寄存器受時序信號TIC的控制，并通過內(nèi)部總線控制基帶處理器N個混合通 道以及每個混合通道內(nèi)M個子通道的配置；(2)TIC信號用于測量數(shù)據(jù)輸出定時，GPS基帶處理器寄存器組接受時序信號TIC的控 制，通過外部總線接口定時輸出基帶處理信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，其特征在于 所述的基帶信號處理模塊配置有與功能相應的專用寄存器，實現(xiàn)全寄存器控制；專用寄存 器包括控制寄存器、狀態(tài)寄存器、相關(guān)寄存器和測量寄存器，其中一個控制寄存器為M*N位寄存器，實現(xiàn)N個混合通道及其M個子通道的配置控制；控制 寄存器通過片內(nèi)總線連接各混合通道及其各個子通道；一個狀態(tài)寄存器為M*N位寄存器，實現(xiàn)捕獲狀態(tài)和跟蹤狀態(tài)的轉(zhuǎn)換控制；一個相關(guān)寄存器，其配置為在每個dump信號到來時讀取各個混合通道子通道的相干 累加值，實現(xiàn)以dump信號為周期的通道相干累加值的寄存輸出作用；一個測量寄存器，其配置為在每個標準時間信號tic到來時讀取各個混合通道子通道 的相干累加值，實現(xiàn)以tic信號為周期的相干累加數(shù)據(jù)寄存輸出作用。
7.根據(jù)權(quán)利要求書1或2或3或4或5或6所述的一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基 帶處理器，其特征在于所述基帶處理器通過片內(nèi)總線連接各混合通道及其各個子通道，通 過基帶處理流程接收相關(guān)處理數(shù)據(jù)，有利于軟件操作和交互，其基帶處理流程操作步驟如 下(1)初始化設(shè)置寄存器的參數(shù)，配制各個通道工作模式；(2)通道模塊對輸入信號進行載波解調(diào)；(3)通道模塊對輸入信號進行碼解調(diào)；(4)通道模塊對每路子通道信號進行相關(guān)累加并輸出相關(guān)處理數(shù)據(jù)；(5)通道模塊對混合通道信號進行相關(guān)累加并輸出相關(guān)處理數(shù)據(jù)；(6)通道模塊輸出包括捕獲通道和跟蹤通道相關(guān)處理數(shù)據(jù)送入相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器；(7)運行定位結(jié)算子程序讀取相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器或測量數(shù)據(jù)寄存器的GPS基帶處理數(shù)據(jù)進行定位結(jié)算。
全文摘要
公開一種改進型混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器，它有N個混合通道，每個混合通道含有M個子通道，在捕獲和跟蹤狀態(tài)時每個子通道可以根據(jù)工作狀態(tài)的需求，靈活配置參加捕獲和跟蹤工作的通道數(shù)目。在捕獲模式時可配置成M*N個捕獲通道進行衛(wèi)星信號捕獲，在完成捕獲后，轉(zhuǎn)入N個跟蹤通道的M路碼跟蹤工作模式，或者轉(zhuǎn)換成(M-T)*N個捕獲通道工作模式加N個跟蹤通道的T路碼跟蹤工作模式。本發(fā)明混合通道結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的將捕獲通道和跟蹤通道分開的GPS接收機基帶處理器結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于通道完成捕獲后不關(guān)閉通道模塊，自動轉(zhuǎn)為完成跟蹤功能，從而成倍提高整體電路的資源利用率，本發(fā)明新型的混合通道結(jié)構(gòu)GPS基帶處理器可移植到其他基于偽距測量的衛(wèi)星導航系統(tǒng)的硬件電路中。
文檔編號G01S1/02GK101943748SQ20091010058
公開日2011年1月12日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者李曉江, 韓少男 申請人:杭州中科微電子有限公司