一种基于fpga的兼容新旧体制卫星导航信号跟踪装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem,全球导航卫星系统） 的信号跟踪，更具体地，涉及一种基于FPGA的兼容新旧体制卫星导航信号跟踪装置。
【背景技术】
[0002] 为了提高卫星导航系统的定位精度，抗干扰，抗多径，灵敏度等系统特性。各个卫 星导航系统先后推出了各自的现代化方案，如目前美国正在开展"GPS现代化计划"、"导航 战计划"、"GPS-III计划"。在全球卫星导航系统的现代化方案中，各卫星导航系统均提出 了新的卫星信号调制播发方式以满足共享频段、提高系统性能的目的。新体制信号在带来 一系列性能提升的同时，也提升了系统的复杂度，对地面接收设备捕获跟踪算法提出了更 高的要求。主要包括三个方面：
[0003] 1、二进制偏移载波（B0C)类调制信号的无模糊跟踪。
[0004] 2、新增播发与传统的导航信号调制方式，信号频点完全相同的无电文信号一一导 频信号处理
[0005] 3、区分处理同一频点上采用了多种复用方式的卫星导航信号。
[0006] 与此同时，老体制的信号仍将保持正常播发，所以接收机需要具备兼容新旧体制 信号的能力。
[0007] 在整个新体制信号框架中，B0C调制信号的引入对接收机跟踪设计的影响最大，相 比于传统的BPSK信号，B0C调制是在原有BPSK调制的基础上，再用一个二进制副载波对 BPSK信号进行二次扩频。一般B0C调制用B0C(fs，fc)来表示，其中fs代表副载波频率，fc 代表伪码速率。因为fs和fc都是1. 023MHz的整数倍，所以用B0C(m，n)的表示形式，其中 m表示的是副载波频率，n表示的是扩频码速率，它们分别表示1. 023MHz的m倍和n倍。
[0008] GPS现代化方案提出时间较早并且进程明确，该计划分为四个阶段体现在多频信 号方案、新的调制方式和新的电文格式三方面。迄今为止，GPS部分新频点新体制信号已经 播发并能参与定位。除传统的L1C/A，L1P(Y)，L2P(Y)三个频点信号以外，其余信号均为 GPS现代化以后的信号。GPS现代化信号包含了B0C类信号，如L1M以及L1C;导频信号和 数据信号共同播发如L5C;以及采用了新的复用方式TDDM方式在同一频点上播发公开信号 和授权信号，如：L2CM和L2CL。
[0009] 欧盟Galileo卫星导航系统自20世纪90年代开始论证，2004年初步完成信号 体制的设计，2006和2008年分别发射一颗在轨试验卫星。从设计之初到最终公布I⑶， Galileo系统信号经过了多轮设计，其间提出了多种设计理念，在信号调制、电文播发等方 面提出了众多创新性的设计，并能高度兼容美国GPS系统和俄罗斯GLONASS系统。Galileo 系统信号调制设计部分也包含了B0C类信号，导频信号和数据信号共同播发。Galileo系统 不同的卫星播发的导航信号类型也不完全相同。Galileo系统方案中还充分考虑了导航系 统的应用范围和不同需求，制定了包括公开服务，关于生命安全类服务，公共管制服务等多 种服务类型，并计划了收费方案。Gali1eo系统方案现已论证较为完备并且其先进性也较优 于GPS系统。
[0010] 北斗卫星导航系统，是我国独立研发的卫星导航系统，具有自主知识产权，包括北 斗一号（Beidou)和北斗二号（Compass)两代系统。北斗一号是我国独立研制开发的卫星 导航定位通信系统，又称为双星定位导航系统，是一个已投入使用的区域性卫星导航系统， 由三颗北斗定位卫星（一颗备用卫星）、地面控制中心为主的地面部分与北斗用户终端三 部分组成。北斗二号将由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供开放服务和 授权服务。二代北斗系统信号的结构方案还没有最终敲定，根据中国卫星导航定位应用管 理中心的负责人在维也纳工作组会议上公布的未来"北斗二号"所使用的频段及其调制方 式，我国北斗系统信号的结构也将大体遵循卫星导航信号现代化的三个方向。
[0011] 目前，针对B0C类信号跟踪的研宄主要集中在解决B0C类信号自相关函数的多 峰性造成的跟踪模糊问题，包括单边带跟踪或者两个边带组合跟踪、码相关参考波形技术 CCRW(CodeCorrelationReferenceWaveform)、伪相关函数方法（PCF)、GatingFunction 算法、跳峰法（Bump-Jump)，新增一个环路跟踪副载波将副载波和PRN码进行分别独立跟 踪，误差独立估计方法、边带自消除技术（ASPeCT)和通用化副峰抑制技术（GRASS)方法。对 于双通道信号传输，目前主要方法包括，导频通道可以和数据通道分别进行相参累加运算 组合；可以利用导频通道的数据为已知数据的特性，数据通道和导频可以采用不同的码鉴 别器和锁相环鉴别器以适应不同环境的要求的方法等。
[0012] 但是，目前的现有技术中还未有一种较完善的，各方面性能最优的，兼容新旧体制 信号的跟踪装置。
【发明内容】
[0013] 本发明提供一种基于FPGA的兼容新旧体制卫星导航信号跟踪装置，采用相同结 构的通道跟踪不同调制方式的信号，兼容所有多系统互操作信号，提高接收机的使用灵活 性。
[0014] -种基于FPGA的兼容新旧体制卫星导航信号跟踪装置，包含具备输出5路不同相 位副载波能力的副载波生成器、输出5路不同相位的伪随机码生成器、副载波NC0和码NC0、 副载波工作方式选择器、乘法器和累加器；所述的副载波NC0和码NC0分别与环路控制模块 相连，所述的副载波工作方式选择器实现副载波与伪随机码独立和组合两种工作模型；所 述的乘法器和累加器，支持向环路控制模块输出累加和；
[0015] 该装置的工作模式包括：
[0016] 1)传统跟踪模式：当跟踪传统环路时，关闭跳峰检测模块，并屏蔽副载波发生器 将其输出置位全1，码发生器输出超前，当前，滞后三路信号，向环路控制模块输入6组累加 和。在环路控制时，关闭联合累加和模块，联合鉴别器模块。同时，也关闭跳峰检测模块以 及SLL鉴别器模块；此时，环路便退化至传统跟踪模式；
[0017] 2)跳峰法跟踪模式：当跟踪低速率副载波B0C信号时，选择使用跳峰法。相关通 道部分采用PRN码NC0控制副载波生成器，副载波生成器和PRN码生成器同时生成甚超前， 超前，当前，滞后，甚滞后5路信号，向环路控制部分输出10路累加和；
[0018] 3)DET跟踪模式：当跟踪高速率副载波B0C信号时，选择使用DET法；当选择使用 DET算法的时候，则关闭环路控制中的跳峰检测模块，启动副载波控制环路生成副载波环路 控制字控制副载波NCO,并利用副载波NCO控制副载波的生成；副载波生成器生成1路超 前，3路当前，1路滞后副载波信号，PRN码发生器，生成1路超前，3路当前，1路滞后码信号， 向环路控制部分输出10路累加和；
[0019] 4)MB0C信号跟踪模式：MB0C信号跟踪算法模式采用两路跟踪模块，主信号功率跟 踪模块以及副功率跟踪模块。两个跟踪模块的控制信号需完全相同，保持两通道的完全一 致性，即码频率控制字，载波频率控制字需完全相同，副载波频率控制字需与调制信号副载 波速率成比例；当采用跳峰法时，主功率信号跟踪模块负责跳峰检测而副功率跟踪模块负 责联合主功率跟踪模块生成控制信息；
[0020] 5)数据导频联合模式：数据导频信号跟踪算法模式需要采用两路跟踪模块，数据 信号跟踪模块以及导频信号跟踪模块。两个跟踪模块的控制信号需完全相同，保持两通道 的完全一致性，即码频率控制字，载波频率控制字，副载波频率控制字均完全相同；采用数 据信号跟踪模块负责联合导频信号跟踪模块生成控制信息。
[0021] 本发明的有益效果：该装置可以根据需要跟踪的信号灵活地配置跟踪模式，跟踪 方法，实现所有新旧体制信号的兼容处理。另外，这对每一种特定的信号，都配有特定的性 能优良的跟踪方法，即通过该装置，能够实现高性能的新体制信号处理，达到未来卫星导航 接收机，多系