一種基于碼周末尾時刻l1ca引導(dǎo)的gps-p碼生成方法
【專利摘要】一種基于碼周末尾時刻L1CA引導(dǎo)的GPS-P碼生成方法，由碼同步/半碼片同步信號產(chǎn)生模塊、P碼引導(dǎo)產(chǎn)生模塊和2us/2ms計數(shù)模塊三部分組成，在L1CA碼捕獲完成后，等待1.5s跳變沿處對P碼實施引導(dǎo)，產(chǎn)生超前、及時、滯后三路完全相同的P碼碼片，避免了復(fù)雜的X1A/X1B/X2A/X2B碼表地址計算生成機(jī)制，捕獲速度快，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】—種基于碼周末尾時刻LI CA引導(dǎo)的GPS-P碼生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于碼周末尾時刻LlCA引導(dǎo)的GPS-P碼生成方法，在LlCA碼捕獲完成后，等待1.5s跳變沿處對P碼實施引導(dǎo)，產(chǎn)生超前、及時、滯后三路P碼，三路碼間距為半碼片，屬于衛(wèi)星應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類活動探索范圍的擴(kuò)大和科技水平的提高，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已成為信息體系的重要基礎(chǔ)設(shè)施，成為直接關(guān)系到國計民生的關(guān)鍵性技術(shù)支撐系統(tǒng)。目前世界上應(yīng)用最廣泛的是GPS接收機(jī)，GPS衛(wèi)星同時發(fā)射L1、L2兩路擴(kuò)頻信號，載波的中心頻率分別為1575.42MHz、1227.60MHz, LI載波上調(diào)制導(dǎo)航電文、CA碼和P碼，L2載波上調(diào)制導(dǎo)航電文、P碼和C碼，其中民用GPS接收機(jī)通常只能利用LI載波上的CA碼，軍用GPS接收機(jī)CA碼和P碼的應(yīng)用都比較廣泛。
[0003]GPS P碼實際周期為38星期，衛(wèi)星信號中調(diào)制的是截短碼，碼周期為7天，碼速率為10.23Mcps。與CA碼相比，P碼具有相對較短的碼寬和較長的周期，因而GPS接收機(jī)通常能更精確地測量P碼相位，P碼的定位精度更高些。但是，由于P碼周期很長，如果GPS接收機(jī)通過相關(guān)運算來逐個依次地搜索接收信號中P碼的碼相位，則搜索、捕獲P碼信號將會需要很長時間。CA碼周期比P碼周期短很多，且在每一碼周的開始時刻，CA碼和P碼都是對齊的，所以接收機(jī)一般都是先搜索、捕獲CA碼，然后從CA碼信號中獲取當(dāng)前時間，并以此估算出P碼的相位，從而再較快地捕獲P碼。正是出于這個原因，CA碼原本全稱為粗捕獲碼(或粗搜索碼)，而P碼則稱為精碼。
[0004]GPS接收機(jī)捕獲P碼時，P碼發(fā)生器在整個環(huán)節(jié)中占有舉足輕重的地位，傳統(tǒng)復(fù)現(xiàn)P碼的方式為LlCA碼捕獲完成時，通過已知CA碼的碼相位，通過一系列復(fù)雜運算計算出P碼的碼相位，大量的運算操作造成了大量邏輯資源的消耗，同時使得器件的運行頻率受到限制，具有一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于碼周末尾時刻LlCA引導(dǎo)的GPS-P碼生成方法，該P碼發(fā)生器在LlCA碼捕獲完成后，等待1.5s跳變沿這一特殊時刻對P碼實施引導(dǎo)，產(chǎn)生超前、及時、滯后三路P碼，三路碼間距為半碼片，避免了繁瑣的運算，節(jié)省大量邏輯資源，可用于設(shè)計GPS雙頻接收機(jī)，尤其適用于硬件資源緊張的設(shè)計，實用性強(qiáng)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0007]一種基于碼周末尾時刻LlCA引導(dǎo)的GPS-P碼生成方法，包括碼同步/半碼片同步信號產(chǎn)生模塊、P碼引導(dǎo)產(chǎn)生模塊和計數(shù)模塊，其中P碼引導(dǎo)產(chǎn)生模塊又包括碼表地址計數(shù)器ΧΙΑ、X1B、X2A和X2B以及計數(shù)器Xl和X2，包括步驟如下:
[0008](I)輸入碼頻率控制字和碼相位控制字，并對其進(jìn)行碼NCO累加操作，生成碼NCO累加量①；
[0009](2)對步驟(I)中生成的碼NCO累加量①進(jìn)行求取跳變沿操作，生成碼片同步信號②和半碼片同步信號③；
[0010](3)在半碼片同步信號③的驅(qū)動下生成E路、P路和L路GPS-P碼；
[0011](4)在1.5s碼周跳變沿時刻，利用捕獲的LlCA碼對步驟(3)中生成的P碼進(jìn)行引導(dǎo)生成準(zhǔn)確的GPS-P碼，并返回引導(dǎo)完成標(biāo)志；所述的E、P和L路GPS-P碼間隔為半碼片；
[0012](5)在碼片同步信號②的驅(qū)動下碼片進(jìn)行循環(huán)累加計數(shù)，分別得到作為時間標(biāo)量輸出的ζ/v計數(shù)組④、2us計數(shù)⑤和2ms計數(shù)⑥。
[0013]所述的碼同步信號和半碼片同步信號產(chǎn)生方法如下:
[0014](a)對碼NCO累加量求取跳變沿，生成半碼片同步信號；
[0015](b)對碼NCO累加量求取“負(fù)-正”跳變沿，生成碼同步信號。
[0016]所述的求取“負(fù)-正”跳變沿生成碼同步信號的過程中:每次2ms末尾時刻將碼相位控制字加入碼NCO累加量中進(jìn)行碼相位實時調(diào)整，同時判別碼相位控制字是否為負(fù)值，當(dāng)其為負(fù)值時，并且加入碼相位控制字的時刻造成碼NCO累加量的溢出位跳變，則不產(chǎn)生碼同步信號。
[0017]所述步驟(3)中GPS-P碼的生成過程如下:
[0018](a)碼表地址計數(shù)器X1A、X2A進(jìn)行O?4091計數(shù)，碼表地址計數(shù)器X1B、X2B進(jìn)行O?4092計數(shù)，計數(shù)狀態(tài)值即為碼表地址，查GPS-P碼表得X1A、X1B、X2A、X2B的碼值，并對X1A、XlB和X2A、X2B分別進(jìn)行模2和操作，得到計數(shù)器Xl碼值和計數(shù)器X2碼值；
[0019](b)在碼片同步信號②的驅(qū)動下計數(shù)器Xl的碼片進(jìn)行O?15344999計數(shù)，計數(shù)器X2的碼片進(jìn)行O?15345036計數(shù)，計數(shù)器計滿后分別輸出復(fù)位信號給碼表地址計數(shù)器ΧΙΑ、X1B、X2A 和 X2B,進(jìn)行復(fù)位；
[0020](C)根據(jù)置入的不同衛(wèi)星號，對計數(shù)器X2的碼值進(jìn)行延遲并在半碼片同步信號③驅(qū)動下與計數(shù)器Xl碼值異或相加，得到E路的GPS-P碼值，對E路的GPS-P碼值進(jìn)行延遲，分別得到P路和L路的GPS-P碼。
[0021]所述步驟(4)中的LlCA碼對P碼的引導(dǎo)方法方式如下:
[0022]LlCA碼捕獲完成后，向P碼發(fā)生器模塊置入引導(dǎo)開始信號以及當(dāng)前LlCA碼模塊的1.5s碼周計數(shù)值Z_in，將Xl的碼片計數(shù)的初值設(shè)置V為0，將X2的碼片計數(shù)的初值設(shè)為V2=15345037-Z_inX 37，當(dāng)最近的1.5s碼周跳變沿到來時，將碼表地址計數(shù)器X1A、X1B、X2A、X2B復(fù)位，等到X2的碼片計數(shù)V2為O時，輸出三路準(zhǔn)確的GPS-P碼，引導(dǎo)完成，返回引導(dǎo)完成標(biāo)志；所述的碼表地址計數(shù)器XlA和X2A計數(shù)范圍為O?4091、碼表地址計數(shù)器XlB和X2B計數(shù)范圍為O?4092計數(shù)。
[0023]本發(fā)明與傳統(tǒng)技術(shù)相比的有益效果:
[0024](I)本發(fā)明在LlCA碼捕獲完成后，等待1.5s跳變沿這一特殊時刻對P碼實施引導(dǎo)產(chǎn)生P碼，避免了復(fù)雜的X1A/X1B/X2A/X2B碼表地址計算生成機(jī)制，簡化運算，節(jié)省FPGA內(nèi)部邏輯資源。
[0025](2)本發(fā)明產(chǎn)生超前(Early)、及時(Prompt)、滯后(Later)三路間隔為半碼片的P碼，同時進(jìn)行搜索，加快了搜索速度?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明方法流程圖；
[0027]圖2為本發(fā)明LlCA碼對P碼的引導(dǎo)時序圖；
[0028]圖3為碼同步信號/半碼片同步信號產(chǎn)生原理示意圖；
[0029]圖4為P碼生成原理示意圖；
[0030]圖5為Ζ/V計數(shù)器原理示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0032]本發(fā)明提供的一種基于碼周末尾時刻LlCA引導(dǎo)的GPS-P碼生成方法，可用于設(shè)計對硬件資源使用量要求較高的GPS雙頻導(dǎo)航接收機(jī)。本發(fā)明在LlCA碼捕獲完成后，等待最近的1.5s跳變沿處對P碼實施引導(dǎo)，產(chǎn)生超前、及時、滯后三路間隔為半碼片的P碼，同時進(jìn)行搜索，避免了繁瑣的運算，節(jié)省邏輯資源且搜索速度。
[0033]如圖1所示，一種基于碼周末尾時刻LlCA引導(dǎo)的GPS-P碼生成方法，包括碼同步/半碼片同步信號產(chǎn)生模塊、P碼引導(dǎo)產(chǎn)生模塊和計數(shù)模塊，其中P碼引導(dǎo)產(chǎn)生模塊又包括碼表地址計數(shù)器ΧΙΑ、X1B、X2A和X2B以及計數(shù)器Xl和X2，具體步驟如下:
[0034](I)輸入碼頻率控制字和碼相位控制字，并對其進(jìn)行碼NCO (數(shù)控振蕩器)累加操作，生成碼NCO累加量①；
[0035](2)對步驟(I)中生成的碼NCO累加量①進(jìn)行求取跳變沿操作，生成碼片同步信號②和半碼片同步信號③；如圖3所示，所述的碼同步信號和半碼片同步信號產(chǎn)生方法如下:
[0036](a)對碼NCO累加量求取跳變沿，生成半碼片同步信號；
[0037](b)對碼NCO累加量求取“負(fù)-正”跳變沿，生成碼同步信號。
[0038]求取“負(fù)-正”跳變沿生成碼同步信號的過程中:每次2ms末尾時刻將碼相位控制字加入碼NCO累加量中進(jìn)行碼相位實時調(diào)整，同時判別碼相位控制字是否為負(fù)值，當(dāng)其為負(fù)值時，并且加入碼相位控制字的時刻造成碼NCO累加量的溢出位跳變，則不產(chǎn)生碼同步信號。
[0039](3)在半碼片同步信號③的驅(qū)動(例如:在高脈沖來臨時進(jìn)行移位操作)下生成E(超前碼同步信號)路、P (即時碼同步信號)路和L (滯后碼同步信號)路GPS-P碼；
[0040]如圖4所示，GPS-P碼的生成過程如下:
[0041](a)碼表地址計數(shù)器X1A、X2A進(jìn)行O?4091計數(shù)，碼表地址計數(shù)器X1B、X2B進(jìn)行O?4092計數(shù)，計數(shù)狀態(tài)值即為碼表地址，查GPS-P碼表得X1A、X1B、X2A、X2B的碼值，并對X1A、XlB和X2A、X2B分別進(jìn)行模2和操作，得到計數(shù)器Xl碼值和計數(shù)器X2碼值；
[0042](b)在碼片同步信號②的驅(qū)動下計數(shù)器Xl的碼片進(jìn)行O?15344999計數(shù)，計數(shù)器X2的碼片進(jìn)行O?15345036計數(shù)，計數(shù)器計滿后分別輸出復(fù)位信號給碼表地址計數(shù)器ΧΙΑ、X1B、X2A 和 X2B,進(jìn)行復(fù)位；
[0043](C)根據(jù)置入的不同衛(wèi)星號，對計數(shù)器X2的碼值進(jìn)行延遲并在半碼片同步信號③驅(qū)動下與計數(shù)器Xl碼值異或相加，得到E路的GPS-P碼值，對E路的GPS-P碼值進(jìn)行延遲，分別得到P路和L路的GPS-P碼。
[0044]如圖2所示，LlCA碼對P碼的引導(dǎo)方法方式如下:[0045]LlCA碼捕獲完成后，向P碼發(fā)生器模塊置入引導(dǎo)開始信號以及當(dāng)前LlCA碼模塊的1.5s碼周計數(shù)值Z_in，將Xl的碼片計數(shù)的初值設(shè)置V為0，將X2的碼片計數(shù)的初值設(shè)為V2=15345037-Z_inX 37，當(dāng)最近的1.5s碼周跳變沿到來時，將碼表地址計數(shù)器X1A、X1B、X2A、X2B復(fù)位，等到X2的碼片計數(shù)V2為O時，輸出三路準(zhǔn)確的GPS-P碼，引導(dǎo)完成，返回引導(dǎo)完成標(biāo)志；所述的碼表地址計數(shù)器XlA和X2A計數(shù)范圍為O?4091、碼表地址計數(shù)器XlB和X2B計數(shù)范圍為O?4092計數(shù)。
[0046](4)在1.5s碼周(I個偽碼周期)跳變沿時刻，利用捕獲的LlCA碼對步驟(3)中生成的P碼進(jìn)行引導(dǎo)生成準(zhǔn)確的GPS-P碼，并返回引導(dǎo)完成標(biāo)志；所述的E、P和L路GPS-P碼間隔為半碼片；
[0047](5)在碼片同步信號②的驅(qū)動下碼片進(jìn)行循環(huán)累加計數(shù)，分別得到作為時間標(biāo)量輸出的Ζ/V (碼周和碼片)計數(shù)組④、2US計數(shù)⑤和2ms計數(shù)⑥。
[0048]如圖5所示，Ζ/V計數(shù)器的邏輯結(jié)構(gòu)。
[0049](I)在“碼同步信號”的驅(qū)動下，進(jìn)行V計數(shù)，計數(shù)范圍為O?15344999，計滿為一個碼周(1.5s)，輸出進(jìn)位信號給“Z計數(shù)器”；
[0050](2)在V計數(shù)進(jìn)位信號驅(qū)動下,進(jìn)行Z計數(shù)(1.5s計數(shù))，計數(shù)范圍為O?403199(I星期)。
[0051]本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
【權(quán)利要求】
1.一種基于碼周末尾時刻LlCA引導(dǎo)的GPS-P碼生成方法，包括碼同步/半碼片同步信號產(chǎn)生模塊、P碼引導(dǎo)產(chǎn)生模塊和計數(shù)模塊，其中P碼引導(dǎo)產(chǎn)生模塊又包括碼表地址計數(shù)器ΧΙΑ、X1B、X2A和X2B以及計數(shù)器Xl和X2，其特征在于步驟如下: (1)輸入碼頻率控制字和碼相位控制字，并對其進(jìn)行碼NCO累加操作，生成碼NCO累加量①； (2)對步驟(1)中生成的碼NCO累加量①進(jìn)行求取跳變沿操作，生成碼片同步信號②和半碼片同步信號③； (3)在半碼片同步信號③的驅(qū)動下生成E路、P路和L路GPS-P碼； (4)在1.5s碼周跳變沿時刻，利用捕獲的LlCA碼對步驟(3)中生成的P碼進(jìn)行引導(dǎo)生成準(zhǔn)確的GPS-P碼，并返回引導(dǎo)完成標(biāo)志；所述的E、P和L路GPS-P碼間隔為半碼片； (5)在碼片同步信號②的驅(qū)動下碼片進(jìn)行循環(huán)累加計數(shù)，分別得到作為時間標(biāo)量輸出的Z/V計數(shù)組④、2us計數(shù)⑤和2ms計數(shù)⑥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于碼周末尾時刻LlCA引導(dǎo)的GPS-P碼生成方法，其特征在于:所述的碼同步信號和半碼片同步信號產(chǎn)生方法如下: Ca)對碼NCO累加量求取跳變沿，生成半碼片同步信號； (b)對碼NCO累加量求取“負(fù)-正”跳變沿，生成碼同步信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于碼周末尾時刻LlCA引導(dǎo)的GPS-P碼生成方法，其特征在于:所述的求取“負(fù)-正”跳變沿生成碼同步信號的過程中:每次2ms末尾時刻將碼相位控制字加入碼NCO累加量中進(jìn)行碼相位實時調(diào)整，同時判別碼相位控制字是否為負(fù)值，當(dāng)其為負(fù)值時，并且加入碼相位控制字的時刻造成碼NCO累加量的溢出位跳變，則不產(chǎn)生碼同步信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于碼周末尾時刻LlCA引導(dǎo)的GPS-P碼生成方法，其特征在于:所述步驟(3)中GPS-P碼的生成過程如下: Ca)碼表地址計數(shù)器X1A、X2A進(jìn)行O~4091計數(shù)，碼表地址計數(shù)器X1B、X2B進(jìn)行O~4092計數(shù)，計數(shù)狀態(tài)值即為碼表地址，查GPS-P碼表得X1A、X1B、X2A、X2B的碼值，并對X1A、XlB和X2A、X2B分別進(jìn)行模2和操作，得到計數(shù)器Xl碼值和計數(shù)器X2碼值； (b)在碼片同步信號②的驅(qū)動下計數(shù)器Xl的碼片進(jìn)行O~15344999計數(shù)，計數(shù)器X2的碼片進(jìn)行O~15345036計數(shù)，計數(shù)器計滿后分別輸出復(fù)位信號給碼表地址計數(shù)器X1A、X1B、X2A和X2B，進(jìn)行復(fù)位； (c)根據(jù)置入的不同衛(wèi)星號，對計數(shù)器X2的碼值進(jìn)行延遲并在半碼片同步信號③驅(qū)動下與計數(shù)器Xl碼值異或相加，得到E路的GPS-P碼值，對E路的GPS-P碼值進(jìn)行延遲，分別得到P路和L路的GPS-P碼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于碼周末尾時刻LlCA引導(dǎo)的GPS-P碼生成方法，其特征在于:所述步驟(4)中的LlCA碼對P碼的引導(dǎo)方法方式如下: LlCA碼捕獲完成后， 向P碼發(fā)生器模塊置入引導(dǎo)開始信號以及當(dāng)前LlCA碼模塊的.1.5s碼周計數(shù)值Z_in，將Xl的碼片計數(shù)的初值設(shè)置V為0，將X2的碼片計數(shù)的初值設(shè)為V2=15345037-Z_inX37,當(dāng)最近的1.5s碼周跳變沿到來時，將碼表地址計數(shù)器ΧΙΑ、X1B、X2A、X2B復(fù)位，等到X2的碼片計數(shù)V2為O時，輸出三路準(zhǔn)確的GPS-P碼，引導(dǎo)完成，返回引導(dǎo)完成標(biāo)志；所述的碼表地址計數(shù)器XlA和X2A計數(shù)范圍為O~4091、碼表地址計數(shù)器XlB和X2B計數(shù)范圍為O~4092計`數(shù)。
【文檔編號】G01S19/30GK103675855SQ201310629195
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】王爍, 郝云霞, 王猛, 李興國, 趙士棟, 趙文亮, 岳富占, 陸華, 蔣勇, 陳霄 申請人:航天恒星科技有限公司