专利名称：全球卫星定位导航信号的相关器的制作方法
技术领域：
本发明涉及全球卫星定位导航(GNSS)技术，尤其涉及一种GNSS信号的相关器。
背景技术：
当前，卫星导航应用已发展成为全球性的高新技术产业。随着GNSS的发展，欧洲伽利略(felileo)系统、美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯(GL0NASS)系统、中国北斗系统等多种全球卫星定位导航系统(GNSQ共存的局面在未来很有可能会出现。多种系统共存比只使用单一系统更安全，地面接收设备必然从目前最常用的GPS 设备向GNSS设备演变。GNSS信号体制的多样化，也在基带处理的模块化、通用化、成本和功耗等方面对接收机、设备等的设计和生产提出了更高的要求。相关器在关于GPS和GNSS接收机的技术中，可以被用来描述从一个最简单的门电路到一个完整的内置微处理器的基带芯片，也被用于描述为接收和提取某一确定的GNSS 卫星信号产生所需全部相关数据的硬件或软件，接近于通道的概念。GPS-L1C/A是一个码分多址(CDMA)信号。不同卫星发送的信号各拥有一个特定的伪随机序列，长度为1023个码片，码率为1.023兆赫兹(MHz)。这些码片以二相相移键控(BPSK)方式进行调制，仅0度和180度两种相位变化，分别对应于序列中的1和-1。1 和-1与50比特每秒(bps)导航电文数据相乘的过程使得信号的带宽由50赫兹(Hz)增加到约2MHz，被称为直接序列扩频(DS-SS)。相关器在GNSS信号处理中的主要作用就是在接收端对扩频信号进行解扩，去掉扩频序列，恢复50bps的窄带导航电文信号。这需要本地复现信号与接收信号时间同步或对齐，从而1与1相乘，"I与-1相乘，相当于电文信号被乘以了 1。相关器主要参与了以下两个重要而相对独立的信号处理过程(1)捕获；在确定能够接收某一信号之前，必须首先在大量可能的码相位和多普勒频移处进行相关积分试验，利用相关积累的结果进行峰值搜索。(2)跟踪；一旦捕获成功，接收机必须继续解扩输入信号以获取导航电文和进行伪距和载波相位测量。为此目的，一组累加器，一部分领先而另一部分滞后于输入信号码相位，在延时锁定环(DLL)控制下，保持本地码尽可能紧密地与接收信号同步。简而言之，相关器被用于探测信号并加以保持。输入信号r(t)与本地复现信号 s(t)间的相关积分/积累方程如表达式(1)所示尺(7)= J^r⑷4' + 7)必式(1)其中，Rh)表示输出信号。上述表达式包含了重要的物理意义首先，如果载波和扩频码被正确地剥离，相关输出是信号的自相关函数。如果跟踪环路能够保持对输入信号的绝对同步，即本地信号与输入为零相差，那么就可以得到R( τ ) 的最大值，也即是保持在相关函数的峰值处。
在捕获过程中，码相位差τ在一定范围内变化，从而搜索出最大值。积分上限T 是在计算R(T)之前的整个观察时间长度。该时间越长，积分后的信噪比就越高，因为信号被相参积累而噪声则被平滑/平均。图1是现有技术中进行快速捕获的串行多抽头相关器(kquentialMulti-Tap)的结构示意图。判决逻辑的输入是所有抽头相关值的包络，检验统计量则是串行抽头输出信
号Y[n]、Y[n+l]、Y[n+2].....Y[n+R]的最大值函数。一旦检验统计量超过根据某种判决
准则确定的门限，即判定信号捕获成功，对该信号的处理移交给跟踪环路。每次搜索在R个延时单元处同时展开，如果未找到信号(即检验统计量没有超限)，码相位移动R个延时单元继续搜索。通过选择搜索策略(如锯齿形搜索)，减小码多普勒效应对平均捕获时间的影响。类似于SMT的多累加器结构也被成功应用于射频干扰检测和抑制。射频干扰对于GNSS航空用户是非常严重的威胁，大量干扰抑制技术被设计和开发出来以降低GNSS接收机对干扰的敏感度。大部分此类技术基于干扰与有用信号的空间不相关性、频谱选择性， 如自适应天线和陷波器等，或者幅度检测。多累加器结构的出现提供了相关后射频干扰检测的手段。多累加器使得分析相关峰的细节，提取干扰作用于跟踪环路的特征成为可能。 NovAtel公司的微脉冲相关器(PAC)是这方面成功应用的典型代表，该相关器能够有效地抑制多路径干扰对伪距测量的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供一种全球卫星定位导航信号的相关器，以提高相关器应用的通用性。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种全球卫星定位导航信号的相关器，包括码数控振荡器，用于提供时钟信号；第一分频器，与所述码数控振荡器连接，用于对所述时钟信号进行分频，获得第一分频信号；第二分频器，与所述码数控振荡器连接，用于对所述时钟信号进行分频，获得第二分频信号；第一序列发生器，与所述第一分频器连接，用于根据所述第一分频信号生成与同相码相适应的第一本地码；第二序列发生器，与所述第二分频器连接，用于根据所述第二分频信号生成与正交码相适应的第二本地码；第一运算器，与所述码数控振荡器及第一序列发生器连接，用于接收混频后的同相分量和正交分量，并与所述第一本地码完成相关运算，获得第一运算结果；选择器，与所述第二序列发生器及第一运算器连接，用于从经所述第一运算器延迟的所述第一本地码及所述第二本地码中选择一种本地码；第二运算器，与所述数控振荡器及选择器连接，用于接收混频后的同相分量和正交分量，并与所述选择器选择的本地码完成相关运算，获得第二运算结果；输出端口，与所述第一运算器及第二运算器连接，用于输出所述第一运算结果及第二运算结果。 优选地，所述码数控振荡器用于输出溢出信号作为所述时钟信号。 优选地，所述第一运算器和第二运算器，各包含η个累加器和η个伪随机序列移位
寄存器；在所述第一运算器中η个伪随机序列移位寄存器串联之后，一端连接在所述第一序列发生器上，另一端连接在所述选择器上；各伪随机序列移位寄存器分别保存所述第一本地码；η个累加器一一对应地连接η个伪随机序列移位寄存器，均接收混频后的同相分量和正交分量，并与各自对应的伪随机序列移位寄存器中保存的所述第一本地码完成相关运算，获得所述第一运算结果；在所述第二运算器中η个伪随机序列移位寄存器串联之后，连接在所述选择器上；各伪随机序列移位寄存器分别保存所述选择器选择的本地码；η个累加器一一对应地连接η个伪随机序列移位寄存器，均接收混频后的同相分量和正交分量，并与各自对应的伪随机序列移位寄存器中保存的所述选择器选择的本地码完成相关运算，获得所述第二运算结果。优选地，所述第一运算器用于接收混频后的BPSK信号，或者混频后的QPSK信号的 I码通道。优选地，所述第二运算器用于所述选择器选择第二本地码且第一运算器接收混频后的BPSK信号时，接收混频后的BPSK信号。优选地，所述第二运算器用于所述选择器选择第二本地码且第一运算器接收混频后的QPSK信号的I码通道时，接收混频后的QPSK信号的Q码通道。优选地，所述第二运算器用于所述选择器选择所述第一运算器延迟的所述第一本地码时，接收混频后的BPSK或QPSK信号的I码通道。与现有技术相比，本发明提出的GNSS信号相关器，主要由多个复累加器经配置工作于串行或并行方式下，跟踪BPSK信号或四相相移键控(QPSK)信号的某一通道/分量，或者同时跟踪QPSK信号的同相和正交两个通道，具有良好的通用性，能够适应复杂而多样的信号结构和算法的要求。双通道组合跟踪方式可应用于C/A码辅助Y码及GPS-L5信号等的跟踪。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。在附图中图1是现有技术中进行快速捕获的串行多抽头相关器(SMT)的结构示意图；图2是本发明实施例一的GNSS相关器的组成示意图3是图2所示实施例中第一运算器和第二运算器的结构示意图；图4是图2所示实施例中时钟信号的同步机制示意图。
具体实施例方式以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。首先，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征的相互结合，均在本发明的保护范围之内。随着GNSS系统的发展以及多个卫星定位导航系统的出现，多模兼容技术成为了卫星导航接收机确定的发展趋势。在单个地面接收终端内实现多种射频标准的整合，涉及到对不同调制样式、载波频率和带宽信号的接收和处理，这就要求基带部分能够适应信号结构的多样化趋势。相关器是捕获和跟踪的核心模块，将中频信号映射到基带。现代GNSS 接收机为了充分利用多个星座和频点，通常会在基带芯片内集成数量庞大的相关器，因此相关器设计要求既紧凑又具有良好的通用性，能够适应复杂而多样的信号结构和算法的要求。GPS作为第一个具有全球覆盖能力的实时精确卫星定位系统，已经成为GNSS领域事实上的国际标准。针对GPS-L1C/A和Y码信号在使用中暴露出来的缺陷，美国开始实施 GPS现代化计划，以对系统进行升级。Galileo系统大量采用了新体制的信号，所有民用频点均包含了没有导航电文调制的导频(Pilot)信号，为民间用户提供抗干扰性更加优良的二进制偏移载波(BOC)信号。GL0NASS系统虽然采用频分多址技术，但依然是数字调相信号，其捕获和跟踪方式与GPS系统和Galileo系统并无区别。下表是对GPS和Galileo信号特征的小结表IGNSS信号特征小结
权利要求
1.一种全球卫星定位导航信号的相关器，其特征在于，包括 码数控振荡器，用于提供时钟信号；第一分频器，与所述码数控振荡器连接，用于对所述时钟信号进行分频，获得第一分频信号；第二分频器，与所述码数控振荡器连接，用于对所述时钟信号进行分频，获得第二分频信号；第一序列发生器，与所述第一分频器连接，用于根据所述第一分频信号生成与同相码相适应的第一本地码；第二序列发生器，与所述第二分频器连接，用于根据所述第二分频信号生成与正交码相适应的第二本地码；第一运算器，与所述码数控振荡器及第一序列发生器连接，用于接收混频后的同相分量和正交分量，并与所述第一本地码完成相关运算，获得第一运算结果；选择器，与所述第二序列发生器及第一运算器连接，用于从经所述第一运算器延迟的所述第一本地码及所述第二本地码中选择一种本地码；第二运算器，与所述数控振荡器及选择器连接，用于接收混频后的同相分量和正交分量，并与所述选择器选择的本地码完成相关运算，获得第二运算结果；输出端口，与所述第一运算器及第二运算器连接，用于输出所述第一运算结果及第二运算结果。
2.根据权利要求1所述的相关器，其特征在于所述码数控振荡器用于输出溢出信号作为所述时钟信号。
3.根据权利要求1所述的相关器，其特征在于所述第一运算器和第二运算器，各包含η个累加器和η个伪随机序列移位寄存器； 在所述第一运算器中η个伪随机序列移位寄存器串联之后，一端连接在所述第一序列发生器上，另一端连接在所述选择器上；各伪随机序列移位寄存器分别保存所述第一本地码；η个累加器一一对应地连接η个伪随机序列移位寄存器，均接收混频后的同相分量和正交分量，并与各自对应的伪随机序列移位寄存器中保存的所述第一本地码完成相关运算，获得所述第一运算结果； 在所述第二运算器中η个伪随机序列移位寄存器串联之后，连接在所述选择器上；各伪随机序列移位寄存器分别保存所述选择器选择的本地码；η个累加器一一对应地连接η个伪随机序列移位寄存器，均接收混频后的同相分量和正交分量，并与各自对应的伪随机序列移位寄存器中保存的所述选择器选择的本地码完成相关运算，获得所述第二运算结果。
4.根据权利要求1所述的相关器，其特征在于所述第一运算器用于接收混频后的BPSK信号，或者混频后的QPSK信号的I码通道。
5.根据权利要求4所述的相关器，其特征在于所述第二运算器用于所述选择器选择第二本地码且第一运算器接收混频后的BPSK信号时，接收混频后的BPSK信号。
6.根据权利要求4所述的相关器，其特征在于所述第二运算器用于所述选择器选择第二本地码且第一运算器接收混频后的QPSK信号的I码通道时，接收混频后的QPSK信号的Q码通道。
7.根据权利要求1所述的相关器，其特征在于所述第二运算器用于所述选择器选择所述第一运算器延迟的所述第一本地码时，接收混频后的BPSK或QPSK信号的I码通道。
全文摘要
本发明公开了一种全球卫星定位导航信号的相关器，提高相关器应用的通用性，其包括码数控振荡器提供时钟信号；第一及第二分频器对时钟信号进行分频获得第一及第二分频信号；第一序列发生器根据第一分频信号生成与同相码相适应的第一本地码；第二序列发生器根据第二分频信号生成与正交码相适应的第二本地码；第一运算器接收混频后的同相分量和正交分量，与第一本地码完成相关运算获得第一运算结果；选择器从延迟的第一本地码及第二本地码中选择一种本地码；第二运算器接收混频后的同相分量和正交分量，与选择器选择的本地码完成相关运算获得第二运算结果；输出端口输出第一及第二运算结果。本发明的相关器能适应复杂而多样的信号结构。
文档编号G01S19/30GK102540218SQ201010620540
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者莫钧, 邱剑宁, 韩绍伟 申请人:和芯星通科技(北京)有限公司