专利名称：Gps和格洛纳斯多信道追踪模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及卫星信号追踪系统，主要是指一种GPS和格洛纳斯(GL0NASS)多 信道追踪模块。
背景技术：
已知GPS采用码分多址信号，格洛纳斯采用平分多址信号。传统的卫星信号追踪 系统只能接收GPS或格洛纳斯信号，不能同时接收GPS和格洛纳斯信号。
发明内容本实用新型的目的就是提供一种GPS和格洛纳斯(GL0NASS)多信道追踪模块，通 过天线兼容、解码、载波分离混频、编程控制信道，实现了一台接收机可同时接收GPS和格 洛纳斯多信道信号，较好地克服了现有技术存在的不足。实现本实用新型的追踪模块是包括载波数字控制振荡器、编码数字控制振荡器、 载波循环计数器、C/A编码发生器、信号源选择器、载波混合器、编码混合器、累加和丢弃、编 码相位计数器、编码拨动计数器、历元计数器；本实用新型具有的有益效果采用兼容的天线、相对独立的信道、不同的解码方 式，及通过编程控制信道接收信号，实现了一台接收机可同时接收GPS和格洛纳斯多信道信号。
图1是本发明的整合载波相位图，展示了积分载波相位等式是如何被推到出来 的。其中1·Reading at TICo (在 TICo 时刻读取)CHx_CARR_DCO_PHASEQ = PH02. Reading at TICo (在 TICo 时刻读取)=CHxJ^ARtLDOU3HASE1 = PH1CHx.CARR.CYCLEi = K1+13. Reading at TICo (在 TICo 时刻读取):CHx_CARR_DCO_PHASE2 = PH2CHx_CARR_CYCLE2 = K2+1Δ Yl = 2πΚ1+(2π -PHO) +PHl= 2π (Κ1+1)-ΡΗ0+ΡΗ1= 2π (CHX_CARR_CYCLE1-CHX_CARR_DC0_PHASE0/1204+CHX_CARR_DCO_PHASE1/1024)；
LASTΣ
ΣΔΥ1 =2π{ '=I CHX_CARR_CYCLE 1 -CHX_CARR_DCO_PHASEO/1024-CHX_ CARR_DCO_PHASELAST/l 024);NOTE :The carrier cycle counter counter value is stored at everyTIC and the counter is reset[0019](注意载波周期计数器的数字在每个TIC时刻被存储，同时计数器复位)图2是本发明的TAME标记发生器的结构图。其中40MhzMASTER CLOCK(40Mhz 主时钟)；20-bit counter (20-位计数器)；CNTL (控制)；CONTROL LOGIC (控制逻辑)；21-BIT PROGRAMMABLE DOWN(21-位可编程倒计时)；MARK FBx (FBx 标记)；1 SEC. TIME MARK (1 秒时刻标记)；EXTERNAL LINE DRIVERS (外部线路驱动)；CLOCK GENERATOR (时钟发生器)；图3是本发明的TAME标记计时的结构图。其中NAVSOLUTION C0MPUTATI0NDELAY (导航结果计算延迟)；TIME BETWEEN TICs IS CONSTANT (TIC 时刻之间的时间间隔是常量)；0UTPUTUTC TIME MARK (输出世界时标记)；COMPUTE tm(计算 tm)图4是本发明的追踪模块示意图。其中ADC (数模转换)；MUX (多路复选器)；SIG MAG (信号强度)；TEST (测试)；NA PROW BAND CONVERTER (导航可编程基带整流器)；SELECT S0URCE&SELCET MODE (选择信号源和选择模式)；SOURCE SELECTOR (信号源选择)；CARRIER DCO (载波 DC0)；CARRIER CYCLE COUNTER (载波周期计数器)；32-BITACCUMULATE&DUMP Q_TARCKING (32-位累加 &清空 Q_ 追踪)；3 2-B I TACCUMULATE&DUMP Q_TARCKING (32-位累加 &清空 Q_ 提示)；CODE SLEW (编码位滑动)；C/A, L2, GLO CODE GENERATOR (C/A, L2, GLO 编码发生器)；CODE PHASE COUNTER (编码相位计数器)；CODE DCO (编码 DC0)；EPOCH COUNTER (历元计数器)；3 2-B I TACCUMULATE&DUMP I_TARCKING (32-位累加 & 清空 1_ 追踪)；3 2-B I TACCUMULATE&DUMP I_TARCKING (32-位累加 & 清空 1_ 提示)；IN and OUTDATABUSes (输入输出总线)；
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明[0056]Hlg—白勺歹[J (Software Sequence For Acquisition)卫星信号的频谱是扩频调制的黄金码。这个导致了卫星信号在GNSS接收者看来非常微弱，被淹没在了噪声中以至只能 通过相关才能被探测到。所以为了对接收到的信号做相关，必须选择一个本地生成的，编码 类型，码率和相位都匹配的编码复制品。然后这个样板就和输入的数据流进行位乘，得到的结果在编码长度上进行积分来 恢复这个信号。信号捕获的过程其实就是简单的匹配接收机设置和真实的信号值。但是 实际情况要复杂一些，卫星载波信号频率会因为卫星运动产生的多普勒效应而被少量的偏 移，用户的时钟会随机地漂移，以及(大多数情况下)一些卫星的的信噪比很不理想。所以 就要求软件必须既是“宽频的”以便能找到信号，同时又要是“窄频的”以降低噪声，造成不 同应用环境下程序的巨大差异。在所有的追踪信道，信号处理软件需要以下的活动序列1.对CHx_SATCNTL寄存器编程以选择想要的GPS黄金码(RPN编号)或者格洛纳 斯码，同时也要为相关器的追踪臂选择编码类型。一般在捕获模式，最好是把追踪臂定在” 抖动(Dithering)”模式(在”提前(Early)”和”滞后(Late) ”模式不停切换)立即在两 个相位展开搜索，然后一旦找到卫星就切换至追踪模式2.对CHx_SIGSEL寄存器编程来为相关器选择输入信号和为窄带转换器(如果是 格洛纳斯)选择中心频率3.对CHx_CARR_INCR_LO寄存器编程编程到这个寄存器的数值是用来为12信道的 相关器中的混合操作选择本地振荡器的频率，来把输入的2位元数字化信号从射频前端降 频到基带。要被编程的数值等于本地振荡器的标称频率加上多普勒位移的补偿估计值，再 加上用户时钟频率漂移的补偿估计值。4.对CHx_C0DE_INCR_L0寄存器编程编程到这个寄存器的数值是C/A编码标称码 率(2. 046MHz或者1. 022MHz)的两倍。如果需要，再加上多普勒位移和用户时钟频率的小 量补偿。5.解除追踪信道的重置借助对RESET_C0NTR0L寄存器编程写入合适的数值。这个 操作会启动相关进程。6.获取累加数据数据来自对累加数据寄存器的读取。对同一追踪信道的几次连续 的读取可以相加以增加相关积分的周期。7.确定GNSS信号是否已经被找到是通过把相关积分结果和一个阈值相比较。如 果确定信号找到那就跳转到信号拉进算法。要注意的是同相的信号和垂直相的信号的累加 数据都要被考虑，因为在这个时候本地载波数字控制振荡器还不一定和输入GNSS信号同 相。8.如果GNSS信号没有被找到就需要重新编程以改变载波数字控制振荡器，编码 数字控制振荡器频率或者黄金代码来重新尝试。典型的做法是先保持两个数字控制振荡器 的频率不变，拨动黄金码的相位直到2046或者1022个可能的位置都被覆盖到，如果信号没 找到，那就少量地改变载波数字控制振荡器的频率然后再对黄金码的相位进行扫描。黄金 码相位的拨动是通过对CHx_C0DE_SLEW寄存器的编程实现的。9. 一旦GNSS信号被找到编码相位对齐，载波相位对齐以及多普勒和用户始终偏 差补偿都还很粗糙。编码相位对齐精度之能在半个码位，载波数字控制振荡器信号和输入信号并不同相，而频率的误差也可以达到连续尝试时的步进值。信号处理软件下一步必须采用一个拉进算法以完善这些对齐操作。有很多合适 的算法可供选择，比如连续的小量步进直到误差可以忽略不计，像模拟PLL，或者使用更复 杂的信号处理来估计误差然后跳转到一个好的多的数据组。然后信号拉进算法会对CHx_ CARR_INCR_L01寄存器编程写入载波数字控制振荡器的更精确的值。对黄金码小于半个码 位的修正无法通过对编码发生器中的CHx_C0DE_SLEW寄存器的编程来实现，而应该通过设 置CHX_C0DE_INCR_L0寄存器来引导编码数字控制振荡器慢慢地把黄金码相位调整到正确 的数值。信号追踪(Signal Tracking)因为卫星箱对于接收者会有一个不均勻的移动，所以输入的GNSS信号会表现出 一个在时间域变化的多普勒位移，同时用户时钟偏移也倾向于在时间域变化。最终结果就 是，除非对编码和载波数字控制振荡器进行动态的校正，否则GNSS信号就会丢失。这个导 致了两个伺服循环必不可少一个保持对黄金码相位的锁定，另一个保持对载波的锁定。这 个可以通过以下的方法实现。引导这两个伺服循环的原始数据是累加数据，这个数据由追踪信道以每毫秒一次 的频率输出一次。追踪臂的累加数据被用在黄金码循环；一些近似方法是用“提前减去滞 后”(’ early minus late')黄金码执行一种无引导循环，其他使用一种在半个码位之后和 半个码位提前的编码之间交替的抖动编码。在ZVM2060IP中，抖动频率是每路20ms (20编 码历元)，在重置之后从一个提前代码开始，这种编码是通过CHx_CNTL寄存器选取的。黄金 码循环是通过使用CHx_C0DE_INCR_L0寄存器有规律地更新编码数字控制振荡器频率来闭 合的。准时臂的累加数据被用于载波相位循环(尽管追踪臂的抖动模式也可能被使 用)。一种方法是改变载波数字控制振荡器的相位以保持所有的相关能量都在同相相关器 臂而一点都不在垂直相相关器臂。载波相位循环是通过使用CHx_CARR_INCR_LO寄存器有规律地更新载波数字控制 振荡器频率来闭合的。数据解调(Data Demodulation)C/A编码和空间交通工具(SV)数据在50波特被调制。这种调制方式是对C/A编 码和SV数据求异或。这意味着每隔20毫秒(也就是20C/A编码历元)，如果新的数据位和 之前的不同那C/A编码的香味就要被翻转(移动180度)。在准时臂，一旦信号被正确地追 踪，这样一个数据位传输会改变累加数据的符号。数据解调就通过下面两步实现1.定位数据位传输时刻，以辨别出哪个C/A编码历元对应新数据位的开端。这就 允许ZVM2060IP的历元计数器初始化(通过CHx_lMS_EP0CH和CHx_20MS_EP0CH寄存器)， 以从0到19和数据位同相计数编码历元。在每个Ims历元计数器的新循环，20ms历元计数 器会增长。2.在每个20ms的数据位周期在准时臂记录累加数据的符号，通过滤波来降低信 号噪声的影响。注意解调过程存在符号模棱两可的情况，因为无法从信号本身判定哪个数 据位是0那个是1。这个模棱两可的情况会在下个步骤当完整的导航信息被解析后解决。伪距测量(Pseudorange Measurement)测量数据寄存器提供计算伪距所需要的原始数据，这个原始数据是一个采样，在一个20ms或者Ims历元计数器，C/A编码相位计数器和编码数字控制振荡器相位的TIC信 号设置的时刻。按照定义，伪距被表示成时间单位，等于卫星到接收者的信号传播延时加上 用户时钟偏差。用户时钟偏差首先是被估计出来的(如果是冷启动那多半就是瞎猜，但是 要消耗更多的递归时间)然后作为导航结果的副产品被计算出来。伪距等于用户信号的本 地太阳时(tl)减去GNSS信号传输的真实时间(t2)。通过解调的数据，软件就可以访问空间交通工具导航信息(Space Vehicle Navigation Message)，它包含了传输当前子帧的GNSS系统时间信息。它等于时间t2。导航信息中的时间信息允许接收机时间在20ms的分辨率下(一个数据位周期) 被初始化，但是如果对精度有了解那就可以达到好的多的分辨率，比如小于一个C/A编码 的码位_比Ims小一点。因为光从卫星到接收机的传播时间在60-80ms的范围内，所以对 本地时间第一次猜测的改良可以降低后面的递归计算时间。通过使用数据对TIC时刻贴上标签，以及历元计数器数值，编码发生器相位，以及 编码时钟相位，测量SV信号在本地太阳时的时间是有可能的。这就给出了伪距测量所需的 tl的值，这样伪距就可以通过tl-t2被计算出来。时间设置中表示的误差是初始的用户始终偏差值和各种计数器相位的限值。一旦 一个导航结果被找到，就可以很精确地知道时钟误差，它可以被用在将来的伪距计算上。因 为接收机时钟随着时间漂移，时钟偏差随着时间变化，所以它们必须用导航软件来追踪。控制ZVM2060IP接下来的小节描述了控制ZVM2060IP的典型方法。它们包括信号捕获和追踪，载 波相位测量和时间记号的生成。搜索操作(Search Operation)要执行信号捕获，载波频率和编码相位空间需要被搜索直到信号被检测到。载波 频移相对它的标称值的最大偏移由最大的载波多普勒位移加上最大的接收机时钟误差决 定。最大的编码相位由编码长度(固定的)决定。一般来说，在移动到下个载波频率之前， 所有的编码相位方格都会被搜索到，然后才移动频率方格重新搜索编码相位。载波数字控制振荡器编程以下的寄存器CHx_CARRIER_DCO_INCR根据被搜索的频率方格依次用相关的数据被编程。载波数字控制振荡器编程在信 道被释放(激活)的同时生效。如果信道已经被激活，对CHx_CARRIER_DCO_INCR的写操作 马上生效(会发生一个最大175ns的短暂的延时，以允许处理器对芯片的写操作的同步)。编码数字控制振荡器编程以下的寄存器CHx_C0DE_DC0_INCR根据估计的编码频率偏移依次用相关的数据编程。编码数字控制振荡器编程在信 道被释放(激活)的同时生效。如果信道已经被激活，对CHx_C0DE_DC0_INCR的写操作马 上生效(会发生一个最大175ns的短暂的延时，以允许处理器对芯片的写操作的同步)。编码发生器编程对每个信道，CHx_SATCNTL寄存器根据如下被编程[0098]1.设置S0URCESEL位选择输入信号源2.设置TRACK_SEL位设置追踪臂编码为”提前”或者”落后”(相对于”准时”臂)。3.设置G2_L0AD位选择要求的PRN编码。4.根据期望的编码相位偏差对CHx_C0DE_SLEW寄存器编程。拨动操作会在CHx_ RSTB被释放时生效。第一个DUMP操作会为信道生成累加数据以及设置相关的CHx_NEW_ACCUM_DATA状 态位。5.释放 RESET_C0NTR0L 的 CHx_RSTB 位以激活信道。当编码时钟被禁用(用来拨动编码相位)“积分”和”丢弃”模块保持重置。只有 当拨动操作完成之后才会开始累加相关结果。多信道搜索一颗卫星可以通过使用MULTI信道地址和适当差异的编码拨动值。读取累加数据在每个”丢弃”操作相应的CHx_NEW_ACCUM_DATA状态位会在ACCUM_STATUS_A寄存 器中被设置。状态寄存器和所有的累加寄存器(CHx_l_TRACK，CHx_Q_TRACK, CHx_l_PR0MPT, CHx_Q_PR0MPT)被映射都连续的地址。如果需要，在每个ACCUM_INT中断，这些寄存器数据 都可以作为一个连续的区块被读取。或者，状态寄存器可以被轮训。现在累加寄存器是写覆 盖保护的，所以当新的数据生效时系统必须很快响应。是否需要在每个DUMP操作都处理累 加操作取决于具体的应用。读取这些寄存器数据的顺序是可以选择的，但是理想的是CHx_ Q_PR0MPT寄存器最后被读取，因为这会重置CHx_NEW_ACCUM_DATA位。ACCUM_STATUS_B的CHx_MISSED_ACCUM位指示新的累加数据丢失了。这些寄存器 位只能通过写入CHx_ACCUM_RESET或者重新激活信道来清除。搜索其他编码相位，当期望 在下个编码相位进行相关，比如之后一整个码位，C0DE_SLEff要被编程写入2 (单位是半个 码位)。拨动操作会在下个DUMP进行。C0DE_SLEW的效果和当前的编码相位有关。要重复 C0DE_SLEW，寄存器要被重新写入，哪怕拨动的大小是一样的。一旦卫星信号被探测到(达 到了相关阈值)，编码和载波的追踪循环就可以关闭了。追踪循环的参数必须被整合到软件 中以适应具体的应用。数据位同步数据位同步算法应该找到数据位传输的时刻。处理器计算当前的一毫 秒历元然后把这个数值写入1MS_EP0CH计数器。理想状态下，历元计数器的访问应该发生 在每个DUMP的累加寄存器写入操作之后。或者，历元计数器可以任由它自行运转，偏差由软件在每次它读取历元寄存器的 时候加上去。注意如果积分操作穿越位元边界，积分结果会很小。读取测量数据在每个TIC时刻，测量数据都会被锁存在测量数据寄存器中CHx_EP0CH，CHx_C0DE_PHASE,CHx_CARRIER_DCO_PHASE,CHx_CARRIER_CYCLE_HIGH,CHx_CARRIER_CYCLE_LOff,CHx_C0DE_DC0_PHASE.[0119]ACCUM_STATUS_B或者MEAS_STATUS_A寄存器必须在一个大于TIC频率的频率上进 行轮询(以查验一个TIC是否已经发生)，否则测量数据会丢失。ACCUM_INT或者MEAS_INT 事件可以用来启动这个操作。测量数据的读取既可以由中断发动也可以是轮询的。对于中 断发动的防范微处理器在每个MEAS_INT中断后读取ACCUM_STATUS_B或者MEAS_STATUS_A 寄存器，如果TIC位被设置，跟着就读取测量数据。对于轮询法，ACCUM_STATUS_A寄存器总 是在ACCUM_INT中断后被读取。另外ACCUM_STATUS_B寄存器在每个ACCUM_INT中断后被读取以保证没有累加数 据被丢失以及检查TIC位(以及几个状态位)。软件检查TIC位来确定新的测量数据已经 可以被读取。预置模式(PresetMode)寄存器的PRESET/UPDATEB位置高位，每个信道都可以被编程进入预置模式。当TIC事件发生，卫星编码，历元数值和拨动数被加载，一个新的相位被编程写入 编码数字控制振荡器，这个相位和振荡器中之前的数值无关。在TIC时间之前信道根据它 之前的设置运作。预置模式多载波数字控制振荡器和载波周期计数器没有影响。一旦预置模式被开动，那它应该被允许运行至结束。要求的运行序列如下1.寄存器选择预置模式，同时写入合适的新设置2.加载编码和载波数字控制振荡器增量数值。注意这些立即生效所以会影响当 前的测量。3.加载以下的寄存器CHx_C0DE_DC0_PHASE，CHx_C0DE_SLEff andCHx_EP0CH_C0UNT_L0AD.CHx_EP0CH_C0UNT_L0AD最后加载很重要，因为它会激活下个TIC的预置操作·中断(Interrupts)存在一个中断源INT0UT.默认的INTOUT周期是505. 05s。这个周期可以通过 PR0G_ACCUM_INT寄存器或者通过改变SYSTEM_SETUP寄存器的INTERRUPT_PERIOD位来重新设置。默认的TIC 周期是 99. 9999ms。它可以通过 PR0G_TIC_HIGH 禾Π PR0G_TIC_L0ff 寄存
器重新配置。·硬件信号处理引入的信号通道延时当期望从GNSS信号产生一个精确的时钟参考或者给位置定位加上时间标记，接 收机的延时必须加以考虑。信号通道延时包括两部分，一个是模拟通道延时，随着温度和组 件公差变动，一个数字通道延时，如果振荡器漂移变动可以无视，那它就是常数。数字延时的估值简单些，它由以下几部分组成1.从前端的(SMPCLK) SIGN和MAG位的采样边缘到采样锁存重采样(比从SMPCLK 到前端传播延时少175ns)的时间。2.加上相关器在相同的SIGN和MAG位上的相关操作所需时间(175ns)。3.加上累加器中用来锁存采样数据的延时。[0142]4.减去相关操作和累加器锁存相位(75ns)之前的TIC时钟相位之间的时间。通过射频接收机的模拟延时被设置为滤波器中的组延时参数，对于C/A编码所用 的贷款或在1到2ms的范围内，所以淹没在数字延时中。但是它是可以被测量和修正的。·积分载波相位测量相关器追踪信道的硬件允许通过CHx_CARRIER_CYCLE_HIGH/_LOW和CHx_ CARRIER_DCO_PHASE寄存器的作为测量数据一部分的测量值在每个TIC时刻被采样。CHx_CARRIER_CYCLE_HIGH/_LOff寄存器包含了 20位元的载波数字控制振荡器的 正向零相交的数值；这会比过去的整个周期的数值多一(4位在_HIGH，16位在_L0W寄存 器)OCHx_CARRIER_DCO_PHASE寄存器包含了周期小数或者相位，以及10位的分辨率来 给出2/2046弧度的增量。要获取几个TIC周期的积分载波相位，所需要做的就是在每个TIC时刻读取CHx_ CARRIER_CYCLE_HIGH和_L0W寄存器并且对读取值求和。当载波周期测量是从一个正向零 相交到下个正向零相交，这会给出一个比完整的载波周期高1的数值。最后的载波周期小数必须被加到这个数值上，而开始的载波周期小数必须被减 去。两个数值都是从CHx_CARR_DCO_PHASE寄存器被读取。总的相位变化可以如下被计算 出来禾只分载波才目位=2 π Φ Σ Numbers in Carrier Cycle Counter+final Carrier DCO phase-Initial Carrier DCOphase图1展示了这个等式是如何被推到出来的这个积分载波相位可以和”delta”距离(到各个卫星的距离变化)联系起来。当 和卫星的轨道参数一起使用，” delta”距离会给出一个定位点之间接收机的移动测量值，这 个测量值是相对于定位点里的，所以可以用来对它们做平滑。它同时也可以直接给出速度 值。” delta”距离是包含噪声的而且大多数数值取决于卫星的运动，所以速度的确定必须使 用来自充分分离的TIC的数据。对于位置平滑所有的”delta”距离都会被包含在导航滤波 器的输入中。该滤波器会执行一个” delta”距离和距离的动态平均。·生成时间记号(TMARK)时间记号(Time Mark)发生器被设计成每一秒提供一个可以和给定的时间基(比 如接收机时间基，GPS, GL0NASS世界协调时同步单元或者世界协调时)同步的时间记号输 出信号。时间记号在某个可编程的和TIC相关的延时后生成。选择的结构(参见图2)只涉及到时钟在高频驱动的最少的硬件所以给出了比较 低的能量消耗。举个例子，为了同步时间记号到世界协调时(UTC)，软件可以有以下的操作 流程(参见图3)1.偶尔捕获测量数据(在任一的TIC时刻)用来2.解算测量时刻的世界协调时(t0)。注意分辨率只能精确到接收机中的硬件传 输速度，一般是几个毫秒，除非这些延时被校准过而且世界协调时分辨率根据校准结果被 修正。3. Compute on which 100ms TIC,tm,to take the next sample of measurement data such that 计算在哪个100毫秒TIC时刻对下个测量数据进行采样以满足[0159]UTCTIMEMARK-tm = δ 1+ δ 2这里UTC TIME MARK =和一个世界协调时秒同步的期望时间记号δ 1 = k χ (time between TICs)，这里 k = INTEGER 而且 δ 1 >导航结果计算延 时。δ 2 =时间记号和100ms_TIC标记” tr”之间的时间偏差(拥有50ns的分辨率)δ 2 < (TIC时刻之间的时间)4.在时刻tm捕获测量数据。在时刻tm计算Nav结果。在UTC时刻传输Nav结果。 通过已知的振荡器漂移，时间记号生成器单元加上的25ns延时以及校准过的传播延时，计 算DOWN COUNT，要编程输入可编程倒数计数器的数值以把时间记号延时δ 2。5.在tr事件发生之前对倒数计数器编程写入DOWN COUNT值。6.在 tr 时间之后 2000ms 内输出 ARINC DATA (跟随 ARINC743)。7.定位tm+1然后返回步骤4。世界协调时(UTC)误差预算以下的误差预算都和时间记号(Time Mark)的产生有关系总误差=TDOP+时钟分辨率+振荡器漂移残余误差。+计算引入误差。+时间记号传输通过器件/线路产生的延时。+ 硬件中的传输延时，从天线到相关器到测量数据采样器。其中的典型值是1. TDOP 当选择可用性(SA)打开，估计值为177ns (2 δ数)2.时钟分辨率50ns (在21位可编程倒数计数器中)。3.振荡器漂移残余误差(a)来自从上个振荡器漂移计算开始的TCXO上的温度变化⑴TCXO最大斜率是士 lppm/°C(ii)温度最大变化是5°C /minute(iii)振荡器漂移每秒计算一次所以在世界协调时记号中最多存在一秒钟。比如以lppm/°C χ 5°C /min χ Isec = 83ns作为温度步进变化或者41. 5ns (取整到 50ns)作为线性斜率(b)因为漂移估值中最大的误差是50ns(大致猜测)总的振荡器漂移误差= (a)+ (b)》100ns.4.计算引入误差假设为足够多的有用位被保留所以这个误差趋近于0。5.时间记号传输通过器件/线路产生的延时这个会根据GPS接收机的输出通过 使用倒数计数器的反馈来校正和补偿，会存在残余误差，因为(a)时钟分辨率=50ns(b)反馈延时校正=25ns (估计值)6.硬件中的传输延时这些都被估计在几个毫秒的范围内所以是时间记号(Time Mark)同步错误的主要组成部分。当整个硬件设计已经完成，一个估计算法可以被包含在软 件中以提高总的精确度。[0190]总误差=177ns+50ns+100ns+0+75ns+硬件延时总误差=402ns+硬件延时.追踪模块部分如图所示，本发明为60信道并行相关器的追踪模块，它可以用来捕获和追踪GPS C/A编码或者GPS L2或者格洛纳斯信号。追踪模块(TrackingModules)追踪模块由60个编号从CHl到CH60的完全相同的信号追踪信道组成，每一个都 具备所示的单元结构。这些单元产生用来追踪卫星信号的数据。这些数据不具备写覆盖保 护机制。更多的信息参见“控制ZVM2060IP”章。每个追踪信道都是可以被独立编程的，以使他们工作在更新(Update)或者预置 (Preset)模式下。更新模式是一般的工作模式。预置模式是一个特殊的模式，在这个模式 下对某个寄存器的写操作会被延迟到下个TIC，以达到同步寄存器和预置编码数字控制振 荡器相位的目的。具体的信息参照13页的“控制ZVM2060IP”章的“预置模式”小节。载波数字控制振荡器(Carrier DC0)载波数字控制振荡器同步于SMPCLK时钟频率，用来同步本地数字振荡器信号，该 信号被用来把混合器模块的输入信号降频至基带。它必须可以偏离标称值以容许一定的多 普勒偏移和基准频率误差。当和GP2015/GP2010 —起使用的时候，这个信号的标称频率是 1 · 405396825MHz (分辨率是 42 · 57475mHz)，通过加载 26 位元的 CHx_CARRIER_DCO_INCR 寄存器来设定。这么高的分辨率是为了保证数字控制振荡器能够在一段足够长的时间内和 卫星信号保持同相。载波数字控制振荡器的相位无法直接设置，而必须通过改变其频率来 间接设置。载波数字控制振荡器输出是四等八相位的正弦波，它在一个周期内的序列如表2 所示。终点臂序列ILO -1+1+2+2+1-1-2-2QLO +2+2+1-1-2-2-1+1表2.载波数字控制振荡器输出因为DCO的时钟一般都要比输出频率低8倍，所以不是所有的相位都会在一个周 期生成。如果是典型的5. 714MHz的时钟频率和1. 405MHz的输出频率，那么每个周期只有 大约四个相位。这些相位会随着时间推移而滑行过整个周期以覆盖所有的值。编码数字控制振荡器(Code DC0)编码数字控制振荡器和载波数字控制振荡器类似。它也同步于SMPCLK时钟频率， 同步相应的晶振使其在两倍于所要求的的码率的频率上驱动编码发生器。标称的输出频率 是2 · 046MHz，给予GPS 1 · 023MHz或者1 · 022MHz的码率，给予格洛纳斯511MHz的码率。 这是通过加载25位元的CHx_C0DE_DC0_INCR寄存器设定的。当和GP2015/GP2010前端一起使用的时候，晶振频率分辨率被设置为 85 · 14949mHz，同样地，这么高的的分辨率是为了保持数字控制振荡器和卫星信号保持同 相。在预置模式下，编码数字控制振荡器的相位只能被精确地设置为卫星信号的相位。在更新模式，它只能通过调节自身的频率来和卫星信号保持相位一致。载波周期计数器(CarrierCycle Counter)载波周期计数器具备20位元的长度，用来计算TIC时刻之间的载波数字控制振荡 器周期。基本的导航系统是不需要这个的，但是会被用于测量TIC时刻之间和每个卫星距 离的变化(delta-change)。“delta-change”可以被用来平滑编码伪距。更具体地说，在每 个TIC时刻载波数字控制振荡器相位将被读取，以给出周期数或者“delta-change”的小数 部分。GPS C/A，GPS L2 and格洛纳斯编码生成器(Code Generators) C/A编码生成器为 GPS卫星(1-32)，地面发射器(伪卫星，33-37)，INMARSAT-GIC卫星(201-210)或者格洛纳 斯卫星生成选择的黄金码(Gold code)。黄金码的选择是通过对CHx_SATCNTL寄存器写入“寄存器详细介绍”章列出的特 定模式的10个位元，或者通过设置GPS_NGL0N为低位选择格洛纳斯编码。生成两个输出以 同时给出一个提示(PROMPT)信号和一个追踪(TRACKING)信号。追踪(TRACKING)信号可以 被设置为四个模式中的一种提前(EARLY)(比PROMPT信号提前一个半码位)，滞后(LATE) (落后一个半码位)，固定器(FIXEDff)(提前525ns)或者固定(FIXEDN)(落后525ns) ·在每个编码序列(GPS模式是1023位，GL0NASS模式是511位)的结尾，一个丢弃 (DUMP)信号会被生成，用来锁存信号追踪软件所需的累加数据。每个信道都是独立锁存的， 因为卫星信号被接收的时候相互之间不是同相的。格洛纳斯的特点是，每个卫星信号都使用相同的PRN黄金码，而在频域上把这些 信号区分开来(1598MHz到1616MHz)。Navstar GPS是使用相同频率的载波信号(Li = 1575. 42MHz)，调制以不同的PRN黄金码。特殊的窄带转换器可以把格洛纳斯信号转换到 GPS频段，然后在每个信道构成需要的信号以解调格洛纳斯信号。因为具备这样的能力，所 以GZVM2060IP可以对格洛纳斯星群信号进行高效的解码。本发明包含一个C/A编码发生器(通过将CHx_SATCNTL的GPS_NGL0N位置零来选 取)，用来对格洛纳斯信号进行解码。本发明中有12个信道(49到60)包含了 GPS L2编码发生器(通过设置CHx_ SIGSEL寄存器的GPSL2_M和GPSL2_C位来选取)，用来对GPS L2信号进行解码。信号源选择多路复用器(SourceSelector Multiplexor)信号源选择器是一个多路复用器。它决定使用哪个16 —组的二位输入信号(参 见CHx_SIG_SEL寄存器的格式)。·载波混合器(Carrier Mixers)载波混合器把输入信号和本地载波数字控制振荡器产生的信号相乘得到基带信 号。I和Q的载波数字控制振荡器相位都被发送到合适的混合器。本地载波数字控制振荡 器和输入信号的混合产生在区间+1，-1，+2，-2，+3，-3，+6和-6中取值的基带信号。·编码混合器(Code Mixers)编码混合器把来自载波混合器输出的基带I&Q信号和本地复制生成的PROMPT以 及追踪(TRACKING)编码相乘得到四个独立的相关结果。相关结果会被送到”累加和丢弃” 模块进行积分。·累加和丢弃”(Accumulate and Dump)累加和丢弃”模块编码对混合器的输出在一个编码周期内(标称是1ms)进行积分。每个信道都有四个独立的16位累加器。这些累加器的结果表示了在整个积分过程中 I/Q信号和提示(PROMPT)以及追踪(TRACKING)编码的相关性。因为这些寄存器不具备写 覆盖保护机制，其中的数据必须在下个‘丢弃(DUMP)’操作之前就被读取。·编码相位计数器(Code Phase Counter)编码相位计数器计算所生成编码的半位的个数，然后在每个TIC时刻把这个数值 存放到CHx_C0DE_PHASE寄存器。编码拨动计数器(CodeSlew Counter)编码拨动计数器用来把生成的编码在范围0-2047的范围内以半个码位的单位拨 动。在更新模式，拨动发生在下个丢弃(DUMP)操作之后。在预置模式下它发生在下个TIC 时刻。所有的波动操作都和当前的编码相位有关。每次需要拨动操作的时候都要多编码 拨动计数器进行写入操作。在拨动过程中相应信道的累加器是被禁用的，以使第一个结果有效。当一个拨动 操作被写入时信道被禁用，那么拨动将在信道被启用的同时发生。历元计数器(EpochCounter)历元计数器持续计算一秒间隔内的编码周期。这个被表达为一个表示以Ims位单 位的积分时间(0-19)的5位字，加上一个包含以20ms为单位的计数(0_49)的6位字。历 元计数器可以预先被加载以和来自卫星的数据流同步。历元计数器的值在更新模式下会马 上被传送到计数器，或者在预置模式下，在下个TIC时刻被传送。历元计数器的数值在每个TIC时刻被锁存至CHx_EP0CH寄存器。另外它的瞬时值 可以从CHx_EP0CH_CHECK寄存器查验到。
1权利要求1. 一种GPS和GL0NASS多信道追踪模块，其特征是包括载波数字控制振荡器、编码数字 控制振荡器、载波循环计数器、C/A编码发生器、信号源选择器、载波混合器、编码混合器、累 加和丢弃、编码相位计数器、编码拨动计数器、历元计数器。
专利摘要一种GPS和GLONASS多信道追踪模块，其中模块包括载波数字控制振荡器、编码数字控制振荡器、载波循环计数器、C/A编码发生器、信号源选择器、载波混合器、编码混合器、累加和丢弃、编码相位计数器、编码拨动计数器、历元计数器。
文档编号G01S19/24GK201926761SQ20102020982
公开日2011年8月10日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者庄巍, 王星, 王泽复, 谢德明, 陈跃斌 申请人:北京联星科通微电子技术有限公司