相除，即Max(R[m])/ Avg(R[m])，如果比值大于判定阈值则认为捕获到卫星信号，设m= R[m]取得最大值， 则CA码的起始点为miXN/L。否则更新本地载波频率，搜索下一个频率点。
[0071] 如图8所示，基带处理是一个状态机流程，有快速捕获、等待、串行捕获、确认、推 入、跟踪和空闲共七种状态，12通道轮流进入状态机进行处理。软件启动时，所有启用的通 道初始状态设置为快速捕获状态，而未启用的通道初始状态设置为空闲状态。在快速捕获 状态中，如果通道捕获到卫星信号则进入等待状态。当所有卫星信号都完成了一次快速捕 获处理后，则所有通道从等待状态进入推入状态，或者从快速捕获状态进入串行捕获状态， 之后通道状态只在串行捕获、确认、推入和跟踪这四个状态中进行转换。
[0072] 基带处理主要任务是进行相关累积，并利用累积结果进行捕获、跟踪处理。输入数 据是以2bit为一个数据点，4个数据点存储成一个字节，如表1所示：
[0073]
[0074] 表1中频米样信号
[0075] 本地载波和CA码以lbit进行量化，以2bit为一个数据点进行存储，4个数据点存 储成一个字节，如表格2所示：
[0076]
[0077] 表2本地载波和CA码信号
[0078] 在本发明中，输入中频信号与本地载波和CA码进行的相关累积，是通过按位异或 进行。其中符号位与符号位进行异或，幅度位与幅度位进行异或。在计算机上，每次使用一 个字word进行异或操作，因此一次异或操作包括了 8个数据点。异或操作完成后，按查表 方式得到累积结果。
[0079] 本地载波由同相的余弦信号和正交的正弦信号组成，以中频信号的中频IF为中 心频率点，以100Hz为频率间隔，存储-10kHz~10kHz之间一个毫秒的载波采样值，如公式 1所示，共有201个载波频率对应的载波采样值。
[0080]I_carrier[n] =cos(2π·Fc · [n]/Fs)
[0081]Q_carrier[n] =sin(2π·Fc · [n]/Fs) (1)
[0082] 其中：Fc为本地载波频率，Fc=中频 ±100Xi(Hz),i= -100, -99. ... +99, +100， Fs为采样频率，[n] = 0, 1，2……（N-l)，N为1ms的采样点数。
[0083] 本地CA码以1/16个采样点为相位步长，存储初始相位从0~4个采样点的即时、 超前和滞后CA码的一毫秒的采样值，如公式2所示，
[0084]
[0085]
[0086]
[0087]公式2
[0088] 其中：CA()为CA码函数，心为CA码频率，Fs为采样频率，τ为码起始相位τ= iXFCA/(16XFs),i=0,1,-..63, [η] =0,1,2 ……（N_l)，Ν为lms的采样点数。
[0089] 如图9所示，定位处理流程具体执行步骤如下：
[0090] 步骤一 ：GPS电文提取，根据通道的跟踪结果提取GPS导航电文，主要提取GPS电 文的三个子帧，得到卫星时间和卫星星历。
[0091] 步骤二：用户位置计算，根据跟踪结果计算用户到卫星的相对伪距，使用卫星种差 对伪距进行修正，使用卫星星历计算卫星位置，使用相对伪距和卫星位置计算用户坐标。
[0092] 步骤三：北斗二代信号解码，使用Viterbi算法进行解码。
[0093] 步骤四：北斗二代信息提取，根据需要提取的北斗二代信息类型包括：类型6-卫 星完好性信息，类型18-电离层网格点屏蔽标识，类型24-快/慢混合校正量，类型25-缓 慢校正量，类型26 -电离层延迟校正量。
[0094] 步骤五：卫星钟差和星历修正，使用信息类型24对卫星钟差和卫星坐标进行修 正。
[0095] 步骤六：电离层修正，根据步骤二中得到的用户坐标和卫星位置，计算电离层穿透 点（IPP)的炜度和经度，确定IPP位于哪4个网格点内，使用信息类型26获得4个网格点 对应的电离层延时数据，利用内插法得到IPP对应的垂直电离层延时和卫星至用户的电离 层延时。
[0096] 步骤七：用户位置的修正，使用步骤五中得到的卫星钟差和步骤六中得到的电离 层延时对步骤二中的相对伪距进行修正，使用修正后的相对伪距和修正后的卫星坐标重新 计算用户位置，得到修正后的用户坐标。
【主权项】
1. 一种北斗二代和GPS公用频点实时信号接收处理系统，它包括一个Max2741为主芯 片的北斗二代和GPS公用频点第一RF射频前端模块，一个GRM7520为主芯片的北斗二代和 GPS公用频点第二RF射频前端模块，一个GP2015为主芯片的北斗二代和GPS公用频点第三 RF信号处理模块，一个Spartan3系列FPGA芯片，一个作为USB控制器的CY7C68013A，其特 征在于： 北斗二代和GPS公用频点实时信号通过同一天线进入三个RF射频前端模块，再经过 一系列放大、滤波和下变频处理，并通过A/D转换为2bit的中频数字信号，中频数字信号在 FPGA的控制下，被采集到FPGA的内部存储器中，以乒乓方式存储成一定长度的数据块，最 后通过USB控制器，按块传输到计算机上；其中： 北斗二代和GPS公用频点的第一RF射频前端模块Max2741芯片中的两位中频数字信 号线、中频采样时钟线以及三根SPI编程接口控制线都分别引出，并连接到Spartan3系列 FPGA的可编程I/O口上； 北斗二代和GPS公用频点的第二RF射频前端模块GRM7520芯片的两位中频数字信号 线和中频采样时钟线分别引出，并连接到Spartan3系列FPGA的可编程I/O口上； 北斗二代和GPS公用频点的第三RF信号处理模块GP2015中的两位中频数字信号线、 两根差分时钟输出线和一个中频采样时钟输入线分别引出，并连接到Spartan3系列FPGA 的可编程I/O口上； USB控制器CY7C68013A芯片连接在Spartan3系列FPGA的可编程I/O口上； Spartan3系列FPGA芯片读取哪个RF射频前端模块的数据，则由上位机程序同过USB发送指令控制；FPGA将读取到的2bit中频数据按时间先后由低位到高位合并为lByte数 据，即最先读取到的2bit数据放置在lByte数据的最低2位；数据以乒乓方式存储到FPGA 内部的FIFO中，形成数据块，一个数据块包含4ms的整数倍的数据；当数据存满一个数据块 时，提交给USB控制器，USB控制器以SlaveFIFO方式从FPGA获得数据，并以块传输方式 向计算机传输数据，每次数据传输为一个数据块数据。
【专利摘要】本发明公开了一种北斗二代和GPS公用频点的实时信号接收处理系统，北斗二代和GPS公用频点信号通过同一天线进入三个RF射频前端模块，再经过一系列放大、滤波和下变频处理，并通过A/D转换为2bit的中频数字信号，中频数字信号在FPGA的控制下，被采集到FPGA的内部存储器中，以乒乓方式存储成一定长度的数据块，最后通过USB控制器，按块传输到计算机上，本发明的优点在于：它在计算机平台的软件架构上对北斗二代和GPS公用频点信号进行快速捕获和实时数据处理等技术问题，显著地提高了单一定位系统的定位精度、可靠性、完好性和可用性；也由于是基于软件无线电技术的软件开发，摆脱了传统硬件接收机的算法和实现了可重配置性的研究模式。
【IPC分类】G01S19/37
【公开号】CN105372683
【申请号】CN201510866132
【发明人】张雷, 邓江平
【申请人】中国科学院上海技术物理研究所
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年12月1日
【公告号】CN104749590A