专利名称：基于DLL-Rake跟踪环路的GNSS接收机系统的制作方法
技术领域：
本发明属于定位导航领域，涉及卫星定位和通信技术的交叉应用学科，具体涉及一种基于DLL-Rake (DLL 码延迟锁定环路)跟踪环路的GNSS接收机系统。
背景技术：
多径信号是全球导航卫星系统(GNSS)接收机定位的主要误差源，它对到达GNSS 接收机中的直达信号造成严重干扰，从而导致接收机的环路跟踪误差和测距误差，甚至导致卫星信号失锁。因此，处理多径信号具有非常重要的作用。Rake技术作为一种提高通信接收机性能的多径信号处理方法，已广泛应用于宽带码分多址(WCDMA)通信系统。但是由于通信系统接收机和GNSS接收机有很大的差别，Rake技术在GNSS接收机系统中一直没有得到应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于DLL-Rake跟踪环路的GNSS接收机系统，该系统能够利用Rake技术对多径信号进行处理，不仅能提高接收机的定位精度，还可以利用Rake结构的多相关器来提高接收机捕获卫星信号的速度。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下
基于DLL-Rake跟踪环路的GNSS接收机系统，包括基带处理芯片模块和GNSS射频处理芯片模块，所述基带处理芯片模块由12个通道的相关器模块和MicroBlaze软核处理器模块组成，每个通道的相关器模块都从GNSS射频处理芯片模块读取GNSS数字中频信号；相关器模块利用Rake技术将每个通道的相关器分成两个支路，相关器模块将两个支路对卫星信号的相关累加值以及原始测量值传送给MicroBlaze软核处理器模块，MicroBlaze软核处理器模块将根据相关累加值控制相关器模块，调整其载波环路和码环路，使系统工作在不同的状态，并根据原始测量值解算PVT信息。本发明的有益效果是在本发明基于DLL-Rake跟踪环路的GNSS接收机中，包括12个卫星通道，各个通道在开通的情况下同时进行工作；工作过程中，每个通道内有 I、Π两个支路，分别对该通道卫星的直达信号和多径信号进行跟踪，从而使直达信号和多径信号有效地分离，去除了多径信号对直达信号的影响，减小测量误差，提高定位精度；此外，两个支路分别有三个相关器来实现对信号的跟踪，是普通接收机相关器数量的两倍，在捕获过程中控制II支路的工作模式，使系统能充分利用这些相关器，并行捕获卫星信号，从而显著提高接收机捕获卫星的速度。
图1是本发明基于DLL-Rake跟踪环路的GNSS接收机系统结构框图； 图2是本发明的DLL-Rake跟踪环路结构图3是本发明的卫星通道的工作流程3图4是本发明的卫星捕获电路示意图。图中1、基带处理芯片模块，2、CNSS射频处理芯片模块，3、相关器模块，4、 MicroBlaze软核处理器模块，5、相关器内部II支路，6、相关器内部I支路，7、本地1径信号发生器，8、本地2径信号发生器，9、2径载波跟踪环路，10、1径载波跟踪环路，11、2径码跟踪环路，12、1径码跟踪环路，13、环路控制模块，14、定位解算模块，15、积分清零器，16、信号检测控制器。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图1所示，本发明基于DLL-Rake跟踪环路的GNSS接收机系统，包括基带处理芯片模块1和GNSS射频处理芯片模块2，所述基带处理芯片模块1由FPGA芯片实现，包括12 个通道的相关器模块3和MicroBlaze软核处理器模块4，相关器模块3由DLL-Rake跟踪环路构成，每个通道的相关器模块3都从GNSS射频处理芯片模块2读取GNSS数字中频信号； 相关器模块3利用Rake技术将每个通道的相关器分成两个支路旦体结构如图2所示。图 2中的相关器内部I支路6和相关器内部11支路5分别表亍I支路和i i支路，用于处理1径信号和2径信号。I支路读取GNSS射频处理芯片模块2的数字中频信号后，减去本地2径信号发生器8产生的本地复现2径信号，然后经过1径载波跟踪环路10和1径码跟踪环路12，得到的相关累加值提交给环路控制模块13，用于环路控制；获得的已去除多径信号影响的原始测量数据提交给定位解算模块14，进行定位解算。I支路有两种工作模式一 Mll和M12，在 Mll模式下Ii支路没有跟踪上2径信号，此时I支路直接处理GNSS射频处理芯片模块2给出的数字中频信号，不需要减去2径信号；在M12模式下，II支路跟踪上2径信号，此时才需要先减去2径信号，再进行信号处理II支路读取GNSS射频处理芯片模块2的数字中频信号后，减去本地1径信号发生器7产生的本地复现1径信号，然后经过2径载波跟踪环路9 和2径码跟踪环路11，获得的2径信号相关累加值提交给环路控制模块13，用于环路控制。 II支路也有两种工作模式一 M21和M22，在M21模式下，该通道还没有捕获到指定的卫星， 此时II支路不需要减去1径信号，该支路的三个相关器与I支路的三个相关器同时进行卫星信号的并行搜索；在M22模式下，I支路跟踪上1径信号，此时才需要先减去1径信号，再进行2径信号的处理。相关器模块3将两个支路的相关累加值以及I支路的原始测量值提交给MicroBlaze软核处理器模块4，该平台上运行的软件将根据相关累加值控制相关器模块 3，调整其载波环路和码环路，使系统工作在不同的状态，并根据原始测量值解算PVT (PVT Position、velocity、Time，位置、速度、时间)信息，其流程如图3所示。具体处理步骤如下
1) 1径信号捕获系统有12个卫星通道，每个通道有I和II两个支路，每个支路有三个相关器。在该状态下，I和II两个支路分别工作在Mll和M21模式，此时六路相关器并行搜索卫星信号，彼此之间的码相位间隔是半个码片，如图4所示。图中C为本地复现的载波信号，El, Pl和Ll是I支路产生的三路CA码信号，E2, P2和L2是II支路的三路信号。将积分清零器15运算得到的六路相关值提交到信号检测控制器16进行判决，如果任意相邻两路超过门限，则进入下一状态，否则信号检测控制器16将调整本地CA码发生器或载波发生器，搜索其他的单元格。2) 1径信号确认在超过门限的单元格继续做10次相关运算，若其中8次超过门限，则调整本地码发生器，使I支路Pl相关器的值最大，并进入下一状态；否则返回1径信号捕获状态。3) 1径信号微调逐渐调整载波环路和码环路的带宽，1秒钟后，判断跟踪误差是否低于门限，如果低于门限，则进入下一个状态；否则返回1径信号捕获状态。4) 1径信号跟踪如果跟踪的卫星信号可用，则稳定跟踪2分钟后进入下一状态； 否则返回1径信号捕获状态。5) 2径捕获&1径跟踪控制Π支路，使其工作在Μ22模式下。此时，该支路先从 GNSS射频处理芯片模块2给出的数字中频信号中减去I支路复现的本地信号，然后在码相位滞后于1径信号2个码片的范围内搜索2径信号。为了提高对2径信号的检测能力，使用的积分累加时间为10ms。如果在搜索范围内有超过门限的相关值，则进入下一状态；否则返回1径信号跟踪状态。6) 2径确认&1径跟踪在捕获到2径信号的位置再做10次相关运算，每次的积分时间均为10ms，若其中8次超过门限，则进入下一状态；否则返回1径信号跟踪状态。7)2径微调&1径跟踪逐渐调整II支路的载波环路和码环路的带宽，1秒钟后，判断跟踪误差是否低于门限，如果低于门限，则进入下一个状态；否则返回1径信号跟踪状态。8)两支路同时跟踪此时I和II两个支路分别工作在M12和M22模式。两个支路的相关累加值提交给环路控制模块13，用于调整环路；已去除多径信号影响的I支路原始测量数据提交给定位解算模块14，进行定位解算。本发明基于DLL-Rake跟踪环路的GNSS接收机系统的最终处理结果通过串口输出。下面具体介绍各组成部分之间的数据传输方式。(1)射频芯片与基带处理芯片的数据连接方式
射频芯片使用的采样时钟频率是16. 368MHz，得到的数字中频信号频率是4. 188MHz， 由SGN和MAG分别表示其符号和幅度，如下表所示
SGNMAGValue01+300+ 110-111- 3
(2)相关器与处理器的数据连接方式
基带处理芯片是在FPGA上实现的，它包括相关器模块3和MicroBlaze软核处理器模块4两部分。相关器模块3作为MicroBlaze软核处理器模块4的外部设备，连接到处理器的OPB总线上的。MicroBlaze软核处理器模块4为相关器模块3分配一段地址空间，通过对该空间的寄存器进行读写的操作，来实现与相关器之间的数据通信。其中，只写寄存器的定义如下
RESET_C0NTR0L 各通道开关寄存器
权利要求
1.基于DLL-Rake跟踪环路的GNSS接收机系统，包括基带处理芯片模块(1)和GNSS射频处理芯片模块(2)，其特征在于，所述基带处理芯片模块(1)由12个通道的相关器模块 (3)和MicroBlaze软核处理器模块(4)组成，每个通道的相关器模块(3)都从GNSS射频处理芯片模块(2)读取GNSS数字中频信号；相关器模块(3)利用Rake技术将每个通道的相关器分成两个支路，相关器模块(3)将两个支路对卫星信号的相关累加值以及原始测量值传送给MicroBlaze软核处理器模块(4)，Micr0BlaZe软核处理器模块(4)将根据相关累加值控制相关器模块(3)，调整其载波环路和码环路，使系统工作在不同的状态，并根据原始测量值解算PVT信息。
2.如权利要求1所述的基于DLL-Rake跟踪环路的GNSS接收机系统，其特征在于，所述的相关器模块(3)的两个支路分别为相关器内部 I支路(6)、相关器内部II支路(5)，用于处理1径信号和2径信号。
3.如权利要求2所述的基于DLL-Rake跟踪环路的GNSS接收机系统，其特征在于，所述相关器内部〖支路(6)包括本地2径信号产生器(8)、1径载波跟踪环路(10)和1径码跟踪环路(12 )，所述相关器内部II支路(5 )包括本地1径信号产生器(7 )、2径载波跟踪环路(9 ) 和2径码跟踪环路(11)，所述MicroBlaze软核处理器模块(4)包括环路控制模块(13)和定位解算模块(14);相关器内部I支路(6)读取GNSS射频处理芯片模块(2)的数字中频信号后，减去本地2径信号产生器(8)产生的本地复现2径信号，然后经过1径载波跟踪环路 (10)和1径码跟踪环路(12)，得到的相关累加值提交给环路控制模块(13)，用于环路控制； 获得的已去除多径信号影响的原始测量数据提交给定位解算模块(14)，进行定位解算。
4.如权利要求3所述的基于DLL-Rake跟踪环路的GNSS接收机系统，其特征在于，所述相关器内部1支路(6)包括Mll工作模式和M12工作模式，在Mll工作模式下，相关器内部II 支路(5)没有跟踪上2径信号，此时相关器内部I支路(6)直接处理GNSS射频处理芯片模块 (2)给出的数字中频信号，不需要减去2径信号；在M12工作模式下，相关器内部II支路(5) 跟踪上2径信号，此时需要先减去2径信号，再进行信号处理；相关器内部II支路(5)读取 GNSS射频处理芯片模块(2)的数字中频信号后，减去本地1径信号产生器(7)产生的本地复现1径信号，然后经过2径载波跟踪环路(9)和2径码跟踪环路(11)，获得的2径信号相关累加值提交给环路控制模块(13 )，用于环路控制。
5.如权利要求3所述的基于DLL-Rake跟踪环路的GNSS接收机系统，其特征在于，所述相关器内部II支路(5)包括M21工作模式和M22工作模式，在M21工作模式下，在通道还没有捕获到指定的卫星时，相关器内部Π支路(5)不需要减去1径信号，该支路的三个相关器与相关器内部I支路(6)的三个相关器同时进行卫星信号的并行搜索；在Μ22工作模式下， 相关器内部I支路(6)跟踪上1径信号，此时需要先减去1径信号，再进行2径信号的处理。
6.如权利要求1所述的基于DLL-Rake跟踪环路的GNSS接收机系统，其特征在于，所述的基带处理芯片模块(1)由FPGA芯片构成。
7.如权利要求1所述的基于DLL-Rake跟踪环路的GNSS接收机系统，其特征在于，所述的相关器模块(3)由DLL-Rake跟踪环路构成。
全文摘要
基于DLL-Rake跟踪环路的GNSS接收机系统属于定位导航领域，该系统包括基带处理芯片模块和GNSS射频处理芯片模块，基带处理芯片模块由12个通道的相关器模块和MicroBlaze软核处理器模块组成，每个通道的相关器模块都从GNSS射频处理芯片模块读取GNSS数字中频信号；相关器模块将两个支路对卫星信号的相关累加值以及原始测量值传送给MicroBlaze软核处理器模块，MicroBlaze软核处理器模块将根据相关累加值控制相关器模块，调整其载波环路和码环路，使系统工作在不同的状态，并根据原始测量值解算PVT信息。本发明提高了GNSS接收机的定位精度和接收机捕获卫星的速度。
文档编号G01S19/13GK102176026SQ201110023078
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者姜毅, 孙晓文, 张晶泊, 张淑芳, 胡青 申请人:姜毅, 孙晓文, 张晶泊, 张淑芳, 胡青