一种基于sca的北斗导航接收装置及其信号处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于北斗卫星导航应用领域，尤其涉及一种基于SCA(Softwarecommunicat1n architecture，软件通信体系结构)的北斗导航接收装置及其信号处理方法。
【背景技术】
[0002]北斗卫星导航定位系统作为我国具有自主知识产权的全球卫星导航系统已经正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。北斗卫星导航系统的投入使用，极大地促进了北斗导航接收终端的应用与开发。
[0003]目前国内许多研究机构自主开发了多种多样的北斗导航接收终端产品，这类产品主要以集成电路为主的北斗导航接收终端芯片为代表。北斗导航接收终端芯片将导航接收的基带信号处理算法集成固化到专有芯片中，具有体积小、集成性好、专用性强的特点，被广泛推广及应用到众多民用市场中。但是此类专用芯片的基带信号处理算法无法升级更新，在某些应用层面上限制了其性能。针对这一问题，一些具有通用性特点的基于软件无线电(Software Defined Rad1，SDR)的北斗导航接收平台成为了该领域中研究的热点。北斗导航接收通用性平台可以满足研发人员在不改变硬件平台的情况下，完成基带信号处理算法的改进与性能提升。其中，基于SCA的SDR通用平台实现北斗导航接收终端及其基带信号处理器，具有灵活的可重构配置优势和广泛的应用价值。
[0004]在北斗导航接收机研究方面，文献《北斗二代导航接收机技术研究与实现》(2015年)主要针对北斗导航接收机技术展开研究，《GPS/北斗导航接收机捕获器的可配置硬件设计》(2013年)主要围绕北斗导航接收机硬件设计展开研究，上述文献均未采用基于SCA的北斗导航接收方案，与本发明有别。专利《提高卫星导航终端接收机基带信号处理能力的装置与方法》、《用于高动态卫星导航接收机基带信号处理的方法及装置》、《卫星导航系统基带信号处理系统及方法》也未涉及基于SCA的软件无线电设计方案，不具有灵活的可重构配置的特点，与本发明专利有别。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种具有灵活的可重构配置特点的，基于SCA的北斗导航接收装置。本发明的目的还包括一种基于SCA的北斗导航接收装置的信号处理方法。
[0006]—种基于SCA的北斗导航接收装置，包括天线101、射频接收前端板卡102、中频信号采集板卡103、基带处理板卡104、POwerPC板卡105和X86单板机106，天线101的覆盖频率范围是2MHz?3GHz，将接收的北斗卫星信号输入到射频接收前端板卡102;射频接收前端板卡102将射频信号变换到中频后送到中频信号采集板卡103中；中频信号采集板卡103将中频信号转换成数字信号后送入到基带处理板卡104中；基带处理板卡104将输入的数字信号进行捕获、跟踪、伪距测量和导航解算后输出导航定位信息到PowerPC板卡105; PowerPC板卡105将全部数据信息上传到X86单板机106 ;X86单板机106向下传送指令到PowerPC板卡105; PowerPC板卡105将对应的上位机指令信息传送给基带处理板卡104。
[0007]本发明一种基于SCA的北斗导航接收装置，还可以包括:
[0008]1、中频信号采集板卡103包括一个晶振、一个锁相环PLL、差分转换器1、差分转换器2、高速ADC1、高速ADC2和FMC接口 ；晶振为锁相环PLL提供一个20MHz的参考时钟；锁相环PLL输出1GHz采样时钟分别提供给高速ADC1和高速ADC2;差分转换器1将中频信号单端转换成差分输出送到高速ADC1中；差分转换器2将中频信号单端转换成差分输出送到高速ADC2中；高速ADC1和高速ADC2将输出数字量送到FMC接口。
[0009]2、基带处理板卡104包括一个FMC接口、FPGA、DSP1和DSP2、PCI Switch交换芯片、PCIE/PCI Bridge桥接芯片和标准CPCI接口；FMC接口将中频信号采集板卡103输出的数字量送到FPGA中；FPGA分别和DSP1与DSP2之间采用Rapid-ΙΟ通信;DSP1和DSP2之间通过HyperLink接口互联;通过PCIE/PCI Bridge桥接芯片305和PCI Switch交换芯片实现上位机通过PCI总线分别与DSP1和DSP2的数据交互。
[0010]3、基带信号处理板卡104中的FPGA包括采样率变换模块、12个BD通道、SR10接口模块，；采样率变换模块将接收到的数字信号进行采样率变换，得到数字量输出；输出的数字量并行地输入到L个BD通道中完成北斗信号捕获、跟踪、伪距测量，4 12，通过SR10接口模块输出数据到DSP1和DSP2中完成导航解算，得到最终的导航定位信息。
[0011]4、BD通道包括载波NC0模块、正弦表模块、数字下变频模块、码NC0模块、伪码生成器模块、相关积分模块、位/帧同步模块、导航电文锁存模块、原始观测量锁存模块、SR10接口模块以及捕获/跟踪总线接口 ；
[0012]250MHz/12bit数字信号经过采样率变换模块实现5倍抽取，输出50MHz/12bit数字量并行地输入到12个BD通道中；由DSP1和DSP2通过捕获/跟踪总线发送来的32bit频率控制字输入到载波NC0模块，以输出的载波相位对正弦表模块进行寻址输出两路正交信号I和Q;50MHz/12bit数字量与两路正交信号I和Q输入到数字下变频模块，将70MHz或者220MHz中频信号下变频至零中频信号，输出两路正交信号；由DSP1和DSP2通过捕获/跟踪总线发送来的32bit频率控制字输入到码NC0模块，输出码片时钟去驱动伪码生成器，同时由DSP1和DSP2通过捕获/跟踪总线发送来的15bit相位码控制字输入到伪码生成器使其产生超前码、滞后码和即时码，并与数字下变频模块输出的I和Q进行相关积分运算;相关积分运算结果输出到位/帧同步模块，当满足位/帧同步时，得到导航电文并送到导航电文锁存模块，同时对原始观测量进行锁存，并最终以SR10接口传送至导航解算平台。
[0013]—种基于权利要求1所述的基于SCA的北斗导航接收装置的信号处理方法，包括以下步骤，
[0014]步骤一:运行上位机软件操控界面进行初始化，配置RF参数，加载bit文件并启动；
[0015]步骤二:接收北斗卫星导航系统射频信号并进行转换，得到同一类型的中频信号；
[0016]步骤三:对中频信号进行模拟数字转换，通过FMC接口传送到基带处理板卡；
[0017]步骤四:对采样后的数字量进行采样率转换后并行传送到12个BD通道，当捕获、跟踪的BD通道数为4个或4个以上时，完成捕获、跟踪、伪距测量及导航解算；
[0018]步骤五:基带处理板卡输出导航解算信息到PowerPC板卡，并由PowerPC板卡上报全部信息给X86单板机进行显示。
[0019]有益效果:
[0020]本发明公布的一种基于SCA的北斗导航接收装置及基带信号处理器，一方面解决了北斗导航专用芯片算法固化不可升级更新的问题；另一方面借助软件通信体系结构(SCA)在软件无线电(SDR)—体化平台上实现了北斗导航接收基带信号处理算法，只需利用X86单板机和PowerPC板卡即可方便地加载应用程序，使北斗导航接收装置具有灵活的可重构配置特点。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明基于SCA的北斗导航接收装置结构框图；
[0022]图2为本发明北斗导航接收装置中频信号采集板卡结构框图；
[0023]图3为本发明北斗导航接收装置基带处理板卡结构框图；
[0024]图4为本发明北斗导航接收装置基带处理板卡FPGA内部结构框图；
[0025]图5为本发明FPGA内部结构中BD通道n(n= l?12)内部结构框图；
[0026]图6为本发明基于SCA的北斗导航接收装置及基带信号处理器实施的流程示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0028]本发明的目的在于提供一种基于SCA的北斗导航接收装置，该装置采用了基于SCA的软件无线电通用平台实现，增强了北斗导航接收装置的可重构配置特性。本发明的目的还在于提供了一种基于SCA的北斗导航接收装置及基带信号处理器。
[0029]本发明的目的是这样实现的:
[0030]本发明的一种基于SCA的北斗导航接收装置，其组成包括天线101(2MHz?3GHz)、射频接收前端板卡102、中频信号采集板卡103、基带处理板卡104、POwerPC板卡105和X86单板机106。其中天线101的覆盖频率范围是2MHz?3GHz，将接收的北斗卫星信号输入到射频接收前端板卡102;射频接收前端板卡102将射频信号(RF)变换到中频(IF)后送到中频信号采集板卡103中；中频信号采集板卡103将中频(IF)信号转换成数字信号后送入到基带处理板卡104中；基带处理板卡104将输入的数字信号进行捕获、跟踪、伪距测量、导航解算后输出导航定位信息到PowerPC板卡105 ; PowerPC板卡105将全部数据信息上传到X86单板机106 ;X86单板机106也可以向下传送指令到PowerPC板卡105 ;PowerPC板卡105将对应的上位机指令信息传送给基带处理板卡104。
[0031 ]本发明的