專利名稱：一種應(yīng)用于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的碼跟蹤電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種應(yīng)用于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的碼跟蹤電路。
背景技術(shù)：
我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)試運(yùn)行的正式啟動，表明北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)建設(shè)正按計劃順利推迸。研制北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信接收機(jī)日益成為當(dāng)今衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的基本工作流程如圖I表示，主要分為5歩首先是接收衛(wèi)星的射頻信號并將其經(jīng)濾波放大后下變頻到中頻信號；然后對中頻信號進(jìn)行處理以檢測衛(wèi)星導(dǎo)航信號的載波頻率和C/A碼相位以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航信號的捕獲；再利用延遲跟蹤環(huán)(DLL，Delay Lock Loop)和鎖相環(huán)(PLL, Phase Lock Loop)等對衛(wèi)星導(dǎo)航信號的C/A相位、載波 頻率和載波相位進(jìn)行鎖定以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航信號的跟蹤；之后就可以進(jìn)行導(dǎo)航電文解調(diào)、偽距測量和載波相位測量等工作了 ；最后，根據(jù)所得的導(dǎo)航電文、偽距測量結(jié)果和載波相位測量結(jié)果等數(shù)據(jù)進(jìn)行PVT解算。衛(wèi)星導(dǎo)航信號碼跟蹤的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)并保持參考信號與輸入信號C/A碼的精確同步，從而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號的相關(guān)解擴(kuò)?，F(xiàn)有的接收機(jī)中多采用載波輔助碼跟蹤的方法，再配合ー些算法進(jìn)行碼相位微調(diào)，確保整個碼跟蹤環(huán)路符合精度要求。如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)方案中采用軟件實(shí)現(xiàn)碼跟蹤環(huán)路功能，圖中給出了現(xiàn)有技術(shù)方案的碼跟蹤處理流程。碼跟蹤環(huán)路硬件部分I由碼發(fā)生器、相關(guān)器、累加器以及控制寄存器組成，軟件部分2由鑒相算法和環(huán)路濾波器組成。硬件將碼發(fā)生器產(chǎn)生的本地C/A碼與輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)以及累加處理，得到相應(yīng)的累加結(jié)果。軟件讀取此累加結(jié)果，由鑒相算法計算得到相位誤差信號并將其送至環(huán)路濾波器。環(huán)路濾波器濾除跟蹤環(huán)路里的高頻信號，得到穩(wěn)定的誤差信號，控制寄存器依據(jù)誤差信號值來控制碼發(fā)生器產(chǎn)生本地的C/A碼。在一次碼跟蹤環(huán)路成功工作的過程中，硬件計算完成當(dāng)前時間段內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)和本地C/A碼的相關(guān)積累結(jié)果后，軟件需要讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)，鑒相算法在計算碼相位誤差后，反饋誤差信號給控制碼發(fā)生器的控制寄存器，最后碼發(fā)生器產(chǎn)生所需要的C/A碼。如果硬件做相關(guān)運(yùn)算和累加運(yùn)算的速度很快，當(dāng)軟件讀寫硬件數(shù)據(jù)時間加上軟件處理跟蹤運(yùn)算時間超過了設(shè)定的時間，軟件讀取的用來計算碼相位誤差的數(shù)據(jù)就可能不是當(dāng)前時刻的相關(guān)累加結(jié)果，碼跟蹤穩(wěn)定度會受到影響，整個接收機(jī)對導(dǎo)航衛(wèi)星信號的跟蹤也就不能滿足實(shí)時性的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種應(yīng)用于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的碼跟蹤電路，解決現(xiàn)有技術(shù)方案中軟件在有限時間內(nèi)不能及時響應(yīng)讀操作，而造成導(dǎo)航衛(wèi)星信號碼跟蹤環(huán)路不能滿足實(shí)時性的要求。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供以下技術(shù)方案構(gòu)造ー種應(yīng)用于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的碼跟蹤電路，該跟蹤電路包括用于接收并存儲北斗衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)儲存器、用于產(chǎn)生與輸入信號進(jìn)行相關(guān)處理的本地碼發(fā)生器、同時與數(shù)據(jù)存儲器和碼發(fā)生器相連接的相關(guān)器組、用于控制本地碼產(chǎn)生的控制寄存器、同時與相關(guān)器和碼鑒相電路相連接的累加器組、用于接收運(yùn)算累加器組輸出信號并判斷相位變化的碼鑒相電路、以及用于濾除碼鑒相電路輸出信號中的高頻部分的環(huán)路濾波器，其中環(huán)路濾波器與控制寄存器相連，所述控制寄存器根據(jù)接收環(huán)路濾波器的輸出計算碼產(chǎn)生的初始相位。所述碼鑒相電路是相關(guān)間隔為O. 5個碼元寬度的超前減滯后鑒碼相電路，目的在于使碼鑒相電路在碼相位誤差在半個碼元之內(nèi)具有較大的處理增益，并滿足碼跟蹤電路的精度要求。進(jìn)一歩，所述碼鑒相電路包括運(yùn)算電路和判決電路，所述運(yùn)算電路和判決電路相連接。進(jìn)ー步，所述運(yùn)算電路同時計算累加器組輸出的超前和滯后碼的同相和正交累加結(jié)果，目的在于同時利用超前碼、滯后碼、正交和同相支路，使碼跟蹤環(huán)的性能獨(dú)立于載波跟蹤環(huán)。進(jìn)一歩，所述判決電路是歸ー化得超前減滯后功率判決電路，歸ー化 的目的是使判決電路能適應(yīng)強(qiáng)度不同的信號，同時保證判決電路的輸出穩(wěn)定在+2 V之間。本實(shí)用新型應(yīng)用于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的碼跟蹤電路，通過在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)中完全采用硬件來實(shí)現(xiàn)的碼環(huán)跟蹤電路，可以對C/A碼進(jìn)行實(shí)時的跟蹤，連續(xù)高速進(jìn)行解擴(kuò)處理，從而輸出精確的定位結(jié)果，實(shí)時性更高。

圖I為典型的北斗導(dǎo)航接收機(jī)的信號處理流程圖；圖2為現(xiàn)有的碼跟蹤環(huán)路原理結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實(shí)用新型的碼跟蹤電路原理結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)ー步詳細(xì)的說明。由于導(dǎo)航衛(wèi)星信號的傳播延遲和接收機(jī)本地時鐘存在時間偏差。為了能夠正常的進(jìn)行信號解擴(kuò)，就必須知道精確的碼相位。對碼相位的估計分為碼捕獲和碼跟蹤兩個階段，其中捕獲階段通常只能得到粗略的碼相位，為了能得到精確的碼相位并跟蹤上碼相位的抖動變化，本實(shí)用新型完全采用硬件實(shí)現(xiàn)了碼跟蹤電路，能夠更好的滿足碼跟蹤實(shí)時性的要求。在軟硬件協(xié)同處理的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的碼跟蹤方案中，采用軟件跟蹤方法要求軟件運(yùn)算必須要在設(shè)定的時間內(nèi)讀取累加器的輸出結(jié)果作為鑒相算法的輸入。然而，當(dāng)這個設(shè)定時間很短時，接收機(jī)處理軟件部分又必須頻繁的處理其他輸入數(shù)據(jù)的請求，有可能導(dǎo)致軟件部分在有效的時間內(nèi)不能讀取累加器的結(jié)果，從而導(dǎo)致碼跟蹤環(huán)不能正常的進(jìn)行工作。例如，由于處理器5ms才能執(zhí)行一次從累加器存儲器的讀操作，碼跟蹤環(huán)路要求每隔4ms就要讀取一次累加結(jié)果值的要求就達(dá)不到，碼跟蹤環(huán)路就滿足不了實(shí)時性的要求，接收機(jī)的性能將受到影響。本實(shí)用新型中鑒相算法和環(huán)路濾波器均采用硬件電路實(shí)現(xiàn)。由于硬件實(shí)現(xiàn)不需要等待軟件部分讀取累加值結(jié)果，可對碼進(jìn)行實(shí)時的跟蹤，連續(xù)高速進(jìn)行解擴(kuò)處理，實(shí)時性更聞。如圖3所示，圖中給出了本實(shí)用新型的碼跟蹤電路的原理結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)用新型的碼跟蹤電路包括數(shù)據(jù)存儲器3、相關(guān)器組4、累加器組5、碼鑒相電路6、環(huán)路濾波器7、控制寄存器8和碼發(fā)生器9。數(shù)據(jù)存儲器3與相關(guān)器組4相連接，相關(guān)器組4、累加器組5、碼鑒相電路6、環(huán)路濾波器7、控制寄存器8以及碼發(fā)生器9依次相連，整體構(gòu)成ー個環(huán)路。 如圖3所示，碼鑒相電路6包括運(yùn)算電路10和判決電路11，其中運(yùn)算電路10和判 決電路11相連接。在本實(shí)施例中數(shù)據(jù)存儲器3用于存儲北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號待處理數(shù)據(jù)。相關(guān)器組4用于本地碼和輸入的導(dǎo)航數(shù)據(jù)做相關(guān)處理，包括超前相關(guān)器組，滯后相關(guān)器組，即時相關(guān)器組。累加器組5將相關(guān)器組4輸出的結(jié)果進(jìn)行非相干累加，得到超前相關(guān)器的累加結(jié)果，滯后相關(guān)器的累加結(jié)果和即時相關(guān)器的累加結(jié)果。碼鑒相電路6與累加器組5相連，用于計算并判斷碼相位的變化。環(huán)路濾波器7用于濾除碼鑒相電路6輸出誤差信號中的高頻信號部分，輸出穩(wěn)定的碼相位誤差?？刂萍拇嫫?，根據(jù)環(huán)路濾波器7輸出的碼相位誤差計算出當(dāng)前需要碼發(fā)生器產(chǎn)生碼的初始相位。碼發(fā)生器9，根據(jù)控制寄存器組8的配置參數(shù)開始產(chǎn)生碼。如圖3所示，本實(shí)用新型的具體工作步驟為步驟I :數(shù)據(jù)存儲器3接收北斗衛(wèi)星導(dǎo)航待處理數(shù)據(jù)。假定4ms為碼跟蹤環(huán)路的工作周期，數(shù)據(jù)存儲器3 —次接收4ms的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。步驟2 :初始化控制寄存器8，包括配置C/A碼的初始相位，配置跟蹤的北斗衛(wèi)星的
星號以及信號頻點(diǎn)。步驟3 :碼發(fā)生器9根據(jù)控制寄存器7的配置信息產(chǎn)生相應(yīng)的本地碼并與數(shù)據(jù)存儲器3的數(shù)據(jù)同時送入相關(guān)器組4進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算得到3個相關(guān)結(jié)果。步驟4 :將相關(guān)器組4輸出的3組相關(guān)結(jié)果送入累加器組3中進(jìn)行4ms的非相干累加運(yùn)算得到3個累加結(jié)果。步驟5 :碼鑒相電路6接收累加器組給出的累加結(jié)果，由運(yùn)算電路10分別計算超前和滯后結(jié)果，將超前和滯后結(jié)果送入判決電路11，得到碼相位變化值并送入環(huán)路濾波器7。步驟6 :環(huán)路濾波器7濾除鑒相電路6輸出信號中的高頻部分得到穩(wěn)定的誤差信號，并將誤差信號送入控制寄存器8。步驟7 :控制寄存器8根據(jù)環(huán)路濾波器提供的誤差信號值計算得到當(dāng)前碼相位值，用于更新寄存器8中碼發(fā)生器的初始相位值，從而開始重復(fù)工作。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的碼跟蹤電路，包括接收并存儲北斗衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)儲存器、產(chǎn)生與輸入信號進(jìn)行相關(guān)處理的本地碼發(fā)生器、同時與數(shù)據(jù)存儲器和碼發(fā)生器相連接的相關(guān)器組、控制本地碼產(chǎn)生的控制寄存器，與相關(guān)器相連接的累加器組，其特征在于接收運(yùn)算累加器組輸出連接碼鑒相電路，碼鑒相電路的輸出經(jīng)環(huán)路濾波器后與控制寄存器相連；所述的碼鑒相電路包括運(yùn)算電路和判決電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的碼跟蹤電路，其特特在于所述的碼鑒相電路是超前減滯后碼鑒相電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的碼跟蹤電路，其包括用于接收并存儲北斗衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)儲存器、用于產(chǎn)生與輸入信號進(jìn)行相關(guān)處理的本地碼發(fā)生器、同時與數(shù)據(jù)存儲器和碼發(fā)生器相連接的相關(guān)器組、用于控制本地碼產(chǎn)生的控制寄存器、同時與相關(guān)器和碼鑒相電路相連接的累加器組、用于判斷累加器輸出信號相位變化的碼鑒相電路、以及用于濾除碼鑒相電路輸出信號中的高頻部分的環(huán)路濾波器。本實(shí)用新型通過在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)中完全采用硬件實(shí)現(xiàn)碼跟蹤電路，能夠更好的滿足實(shí)時性的要求。
文檔編號G01S19/37GK202614941SQ201220116969
公開日2012年12月19日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者施榮華, 王濤, 郭迎, 董健, 鄧昂, 馮小鵬, 尹鑫 申請人:中南大學(xué)