专利名称：一种可编程导航卫星扩频序列生成器的制作方法
技术领域：
本发明属于卫星导航技术领域，涉及一种可编程导航卫星扩频序列生成器。
背景技术：
卫星导航系统在通讯、交通运输、军事等领域中体现出来的优越性，使得各国都在 接收机的研发上投入了大量的人力物力。为了保证接收机的测量精度和稳定性，必须在各 种条件下对其性能进行测试。然而，在实际的各种环境中(特别是高动态情况下)对其进 行测试，则要付出巨大的经济代价，这也是不现实的。因此卫星信号仿真技术和仿真器的研 发备受青睐。卫星导航系统中利用伪随机序列优良的自相关特性实现时延测量是载体定位的 关键；借助伪随机序列实现频谱扩展，是提高星地通信抗干扰能力的有效方法。因此，伪随 机序列在卫星导航系统中有着至关重要的作用。在卫星信号仿真器中，各导航系统、各卫星、各波段的伪随机序列生成必不可少， 通常有两种方式一种是存储式，即将事先产生好的各卫星的相应波段的伪随机序列按位 存储；另一种方式是实时产生式，即不事先存储伪随机序列，通过逻辑电路在时钟控制下实 时产生相应的伪随机码。但目前这两种方法都有其局限性。对GPS(Global Positon System)、 GLONASS(Global Navigation Satellite System)、Galileo 等系统进行全星座、多波段仿 真时，硬件资源十分紧张。存储式需要耗费相当大的硬件资源，无法实现。由于每颗卫星、 每个波段的伪随机序列状态移位寄存器、状态反馈函数和输出函数都会有所不同，因此采 用实时生成方式时，需要对每个卫星、波段进行逐一编写，工作量巨大，问题查找不方便。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种可编程的导航卫星伪 随机序列通用生成器，以满足工程需要。本发明一种可编程导航卫星扩频序列生成器，具有被集成在一片现场可编程门阵 列芯片内的输入/输出模块、可配置逻辑单元、数字时钟管理模块、块存储器，其特征在于 所述扩频序列码生成器对于不同的导航系统的不同伪随机序列产生方法，可以通过1 6 个码生成器单元串联或并联来完成；所述码生成器单元均具有完全相同的工作状态控制器 1)、状态移位控制器2、反馈控制器3、初值寄存器4和输出控制器5。本发明进一步提供的一种可编程导航卫星扩频序列生成器，其特征在于所述的 码生成器单元的工作状态控制器1接收本级复位信号(la)、级联复位信号(lb)、初始化时 钟信号(Ie)和工作时钟信号(If)，其输出端与状态移位控制器2的输入端相连，提供移位 时钟信号(Ic)和状态复位信号(Id)；状态移位控制器2接收来自初值寄存器4提供的的 初始数据(4a)、反馈控制器3提供的的反馈状态信号(3a)以及状态级联输入信号(2a)、 级联反馈状态信号(2d)、级联反馈控制信号(2e)，其输出端接反馈控制器3和输出控制器
45，将状态信号(2b)输入至反馈控制器3和输出控制器5，同时输出最后移位状态级联信号 (2c)；反馈控制器3的输出端同时提供本级的状态反馈输出信号(3b)至其它码生成器单元 的相应输入端；输出控制器5接收来自状态移位控制器2中的所有状态信号，通过其内部的 相应关系输出伪随机序列信号(5a)。本发明进一步提供的一种可编程导航卫星扩频序列生成器，其特征在于所述工 作状态控制器1包括工作状态机11、初相寄存器12、码长寄存器13、码计数器14、二进制比 较器15和多路选择器16、或门17 ；工作状态机11输入端接收本级复位信号(Ia)和级联复 位信号(Ib)，输出端分别与初相寄存器12、码计数器14和多路复选器16、或门17相连；初 相寄存器12接收工作状态机11的初相加载控制信号(Ild)，输出端与码计数器14相连，用 于码计数器14的初相数据(12a)的加载；码计数器14根据工作状态机11的加减控制信号 (lie)，在移位时钟(Ic)的驱动下，进行计数加减操作，其输出端与二进制比较器15相连； 二进制比较器15将码长寄存器13的码长数值(13a)与码计数值(14a)进行比较，输出端 与或门17相连，其计数器溢出信号(15a)输出到或门17 ；或门17接收工作状态机的复位信 号(Ilc)和二进制比较器15的计数器溢出信号(15a)，输出综合的状态复位信号(Id)并控 制码计数器14的清零；多路复选器16接收工作状态机11的输出时钟选控制信号(Ilf)， 选择初始化时钟(Ie)和工作时钟(If)的通过。本发明进一步提供的一种可编程导航卫星扩频序列生成器，其特征在于所述状 态移位控制器2由8 32级相同的状态处理单元串联构成；每级单元包含移位寄存器21、 异或门22和与门23、24 ；与门23输入端接级联反馈状态信号(2d)和级联反馈控制信号 (2e)，输出端与异或门22的输入端相连；与门24输入端为本级反馈状态(24a)和本级反馈 控制(24b)，输出端接异或门22输入端；异或门22将输入的K-I级状态、两个与门23、24的 级联反馈信号(23a)和本级反馈信号(24a)异或输出K级预备输入状态(22b)到K级移位 寄存器21 ；K级移寄存器21输出K级状态信号(21a)。本发明进一步提供的一种可编程导航卫星扩 频序列生成器，其特征在于所述反 馈控制器3包含反馈抽头寄存器31、反馈回路寄存器32以及8 32个与门33 ；反馈抽头寄 存器31输入端接状态移位控制器2的输出端，接受状态移位控制信号(22a)，其输出端信号 为状态反馈信号(31a)，与每个与门33输入端相连，同时也输出本级的状态反馈输出信号 (31b)用于级联；反馈回路寄存器32接受反馈抽头寄存器31输出的状态反馈信号(31a)， 输出端为反馈回路控制位(32a)和每个与门33输入端相连；每个与门33将反馈的状态在 反馈回路寄存器32的控制下输出反馈状态信号(33a)。本发明进一步提供的一种可编程导航卫星扩频序列生成器，其特征在于所述工 作状态机11以空闲、初始化、工作三种工作模式控制可编程导航卫星扩频序列生成器的状 态复位、初相加载控制、码计数器工作模式控制、时钟选择。本发明一种可编程导航卫星扩频序列生成器用于卫星信号仿真器中的伪随机码 生成，可以大大减少硬件资源的开销，为其它功能实现完善留有更大的实现空间，同时也大 大减小了现有实时生成式的工作量，而且容易维护。
图1 可编程导航卫星扩频序列生成器的码生成器单元结构2 码生成器单元的工作状态控制器结构图
图3 码生成器单元的状态移位控制器的每个处理单元电路原理图
图4 码生成器单元的反馈控制器电路原理图
图5 =GPS L5波段扩频码生成示意图
图6 =Galileo E5波段扩频码生成示意图
其中
1-工作状态控制器
3-反馈控制器
5-输出控制器
12-初相寄存器
14-码计数器
16-多路选择器
21-位存储器
23、24-与门
32-反馈回路寄存器
Ia-本级复位
Ic-移位时钟
Ie-初始化时钟
2a-状态级联输入
2c-状态级联输出
2e-级联反馈控制
3b-状态反馈输出
5a_码位输出
Ild-初相加载控制信号
Ilf-时钟选控制信号
13a-码长数值
15a-计数器溢出信号
22a-K-l级预备状态
23a-级联反馈信号
24b-本级反馈控制
31a-反馈信号
32a-反馈回路控制位
2-状态移位控制器 4_初值寄存器 11-工作状态机 13-码长寄存器 15-二进制比较器 17-或门 22-异或门 31-反馈抽头寄存器 33-与门 Ib-级联复位 Id-状态复位 If-工作时钟 2b-状态位 2d-级联反馈状态 3a-反馈状态 4a_初始数据 Ilc-复位信号 lie-加减控制信号 12a_初相数据 14a-码计数值 21a_K级当前状态 22b-K级预备状态 24a-本级反馈状态 24c-本级反馈信号 31b-状态反馈输出 33a-反馈状态信号
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的详细说明本发明旨在提供一种通用、可编程的卫星伪随机序列生成器，用于卫星信号仿真 器中的伪随机码生成，在减少硬件资源开销的同时减小工作量，增加系统的可维护性。参见图1 为可编程导航卫星扩频序列生成器的码生成器单元结构图。由工作状 态控制器1、初值寄存器4、状态移位控制器2、反馈控制器3、输出控制器5五部分组成。工作状态控制器1在本级复位信号Ia或级联复位信号Ib的控制下对本身状态进行复位，同 时产生相应的状态复位信号Id对状态移位控制器2进行复位，并根据状态选择提供状态 移位控制器的移位时钟信号Ic ；状态移位控制器2在工作状态控制器1的控制下进行初始 化、复位、移位等操作，通过输出控制器5进行状态输出，同时由反馈控制器3进行状态反馈 控制；在状态移位控制器2复位时，从初值寄存器4中装载状态移位控制器2的初始值。参见图2 为码生成器单元的工作状态控制器结构图。包含工作状态机11、初相寄 存器12、码长寄存器13、码计数器14、二进制比较器15和多路选择器16、或门17，控制状 态移位控制器2的工作。工作状态机11信号在本级复位信号Ia和级联复位信号Ib控制 下，自动进行初始化、空闲、正常工作三种工作模式的跳转，同时根据工作模式的不同，控制 码计数器14的加减操作；初相寄存器12用于存储开始时刻对应的码片索引值，码长寄存器 13用于存储一个周期码序列的长度，实现序列长度的控制，码计数器14用于对码片进行计 数，三者都在本级复位信号Ia有效时进行装载。工作状态控制器1的工作流程如下步骤(1)本级复位信号Ia有效，工作状态机11复位，准备进入初始化状态；初相 寄存器12、码长寄存器13、码计数器14进行数据装载；步骤2)工作状态机11切换至初始化时钟模式，选择初始化时钟，在每个初始化 时钟上跳沿时，码计数器14进行减一操作，直至码计数器14减到零为止，工作状态机11自 动切换至空闲状态，同时码计数器14重新从初相寄存器12中装载数据；步骤3)在工作状态机11处于空闲状态时，当正常工作时钟到来时，工作状态机 11切换至正常工作模式，每个时钟上跳沿时，码计数器14进行加一操作；步骤4)对码计数器14达到当码长寄存器数值时，产生计数器溢出信号15a，或 者级联复位信号Ib有效时，对码计数器14进行清零，重复步骤3)；同时将状态复位信号输 出ο参见图3:为码生成器单元的状态移位控制器的每个处理单元电路原理图。在状 态移位控制器2中有16个这种单元前后串联，每级单元由一个位寄存器21、一个异或门22 和两个与门23、24构成。两个与门23、24分别与本级反馈和级联反馈相连，第一个单元预 备状态输入和最后单元的级联状态输出都可用于级联或者悬空，因此可以满足任意码生成 多项式要求，以达到可编程的目的。参见图4:为码生成器单元的反馈控制器电路原理图。由反馈抽头寄存器31、反 馈回路寄存器32以及16个与门33组成。反馈抽头寄存器31用于表述码多项式，根据相 应移位寄存器的状态位的反馈输入情况，确定反馈回路寄存器所对应的寄存器位的数值0 表示无反馈输入；1表示有反馈输入。所有反馈抽头寄存器位为1所对应的状态位进行模2 加后输出给级联和每个与门。实施案例GPS系统的Ll波段的C\A码是一 Gold序列，码长为1023位，其生成器由两个10 位的移位寄存器Gl和G2并联异或产生，但不同卫星的输出抽头有所不一样；需要本发明中 的两个卫星伪随机序列生成器A、B进行并联，如图5所示，卫星伪随机序列生成器A和B的 本级复位信号、初始化时钟、正常工作时钟以及码输出信号相连在一起，其他各自的信号线 保持独立状态即可。
GPS系统L5波段上的CA码为I5C\A和Q5C\A，两者都是由一个短码和一个长码异 或生成。由于两个码长不一致，存在一个同步复位问题，因此GPS系统L5波段上的CA码发 生器需要本发明中的两个卫星伪随机序列生成器A、B进行并联，并且要求同步复位，如图5 所示，卫星伪随机序列生成器A和B除本级复位信号、初始化时钟、正常工作时钟以及码输 出信号相连在一起外，还要将卫星伪随机序列生成器B的状态复位信号线连接到卫星伪随 机序列生成器A的级联复位信号线上，以作为同步复位用，其他各自的信号线保持独立状 态即可。Galileo系统的E5波段上的CA码是产生式的，码长为10230位，其生成器由两个 14位的移位寄存器Gl和G2并联异或产生。由于两个移位寄存器的码长一样，因此只需将 伪随机序列生成器A和B的本级复位信号、初始化时钟、正常工作时钟以及码输出信号相连 在一起，如图6所示。GL0NASS系统Ll波段上只用了一种伪随机序列，码长为511位，因此其生成器只需 一个9位的移位寄存器即可产生。根据各个卫星导航系统所公布的ICD文件，通过对生成器初始寄存器的设置，可 生成各个卫星导航系统不同频点上的伪随机序列。表1给出了不同卫星导航系统中1号星 民用伪随机码的寄存器配置(采用16进制表示)。表1卫星导航系统可编程伪随机序列生成器的寄存器配置 该设备适用于目前在运行或正在实施的卫星导航系统扩频码序列的生成，所支持 的卫星导航系统包括GPS系统、Galileo系统、GLONAS系统的标准定位服务，以及我国自主 研发的北斗一号、北斗二代导航系统，以及未来可能出现的新型卫星导航系统。应当指出，以上所述具体实施方式
可以使本领域的技术人员更全面的理解本发 明，但是不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和具体实施方式
对本发明 已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，并且可以对本发明进行修改或者等 同替换；但是，一切不脱离本发明精神和技术实质的技术方案，其均应涵盖在本发明专利的 保护范围当中。
权利要求
一种可编程导航卫星扩频序列生成器，具有被集成在一片现场可编程门阵列芯片内的输入/输出模块、可配置逻辑单元、数字时钟管理模块、块存储器，其特征在于所述扩频序列码生成器对于不同的导航系统的不同伪随机序列产生方法，可以通过1～6个码生成器单元串联或并联来完成；所述码生成器单元均具有完全相同的工作状态控制器(1)、状态移位控制器(2)、反馈控制器(3)、初值寄存器(4)和输出控制器(5)。
2.根据权利要求1所述一种可编程导航卫星扩频序列生成器，其特征在于所述的码 生成器单元的工作状态控制器(1)接收本级复位信号(la)、级联复位信号(lb)、初始化时 钟信号(Ie)和工作时钟信号(If)，其输出端与状态移位控制器⑵的输入端相连，提供移 位时钟信号(Ic)和状态复位信号(Id)；状态移位控制器(2)接收来自初值寄存器(4)提 供的的初始数据(4a)、反馈控制器(3)提供的的反馈状态信号(3a)以及状态级联输入信号 (2a)、级联反馈状态信号(2d)、级联反馈控制信号(2e)，其输出端接反馈控制器(3)和输出 控制器(5)，将状态信号(2b)输入至反馈控制器(3)和输出控制器(5)，同时输出最后移位 状态级联信号(2c)；反馈控制器(3)的输出端同时提供本级的状态反馈输出信号(3b)至 其它码生成器单元的相应输入端；输出控制器(5)接收来自状态移位控制器(2)中的所有 状态信号，通过其内部的相应关系输出伪随机序列信号(5a)。
3.根据权利要求1、2任一所述可编程导航卫星扩频序列生成器，其特征在于所述 工作状态控制器(1)包括工作状态机(11)、初相寄存器(12)、码长寄存器(13)、码计数器 (14)、二进制比较器(15)和多路选择器(16)、或门(17)；工作状态机(11)输入端接收本 级复位信号(Ia)和级联复位信号(Ib)，输出端分别与初相寄存器(12)、码计数器(14)和 多路复选器(16)、或门(17)相连；初相寄存器(12)接收工作状态机(11)的初相加载控制 信号(lld)，输出端与码计数器(14)相连；码计数器(14)根据工作状态机(11)的加减控 制信号(lie)，在移位时钟(Ic)的驱动下，进行计数加减操，其输出端与二进制比较器(15) 相连；二进制比较器(15)将码长寄存器(13)的码长数值(13a)与码计数值(14a)进行比 较，输出端与或门(17)相连，其计数器溢出信号(15a)输出到或门(17)；或门(17)接收工 作状态机的复位信号(Ilc)和二进制比较器(15)的计数器溢出信号(15a)，输出综合的状 态复位信号(Id)并控制码计数器(14)的清零；多路复选器(16)接收工作状态机(11)的 输出时钟选控制信号(Ilf)，选择初始化时钟(Ie)和工作时钟(If)的通过。
4.根据权利要求1、2任一所述可编程导航卫星扩频序列生成器，其特征在于所述状 态移位控制器(2)由8 32级相同的状态处理单元串联构成；每级单元包含移位寄存器 (21)、异或门(22)和与门(23,24)；与门(23)输入端接级联反馈状态信号(2d)和级联反 馈控制信号(2e)，输出端与异或门(22)的输入端相连；与门(24)输入端为本级反馈状态 (24a)和本级反馈控制(24b)，输出端接异或门(22)输入端；异或门(22)将输入的K-I级 状态、两个与门(23、24)的级联反馈信号(23a)和本级反馈信号(24a)异或输出K级预备 输入状态(22b)到K级移位寄存器(21) ；K级移寄存器(21)输出K级状态信号(21a)。
5.根据权利要求1、2任一所述可编程导航卫星扩频序列生成器，其特征在于所述反 馈控制器⑶包含反馈抽头寄存器(31)、反馈回路寄存器(32)以及8 32个与门(33)；反 馈抽头寄存器(31)输入端接状态移位控制器(2)的输出端，接受状态移位控制信号(22a)， 其输出端信号为状态反馈信号(31a)，与每个与门(33)输入端相连，同时也输出本级的状 态反馈输出信号(31b)用于级联；反馈回路寄存器(32)接受反馈抽头寄存器(31)输出的状态反馈信号(31a)，输出端为反馈回路控制位(32a)和每个与门(33)输入端相连；每个 与门(33)将反馈的状态在反馈回路寄存器(32)的控制下输出反馈状态信号(33a)。
6.根据权利要求1、2任一所述可编程导航卫星扩频序列生成器，其特征在于所述工 作状态机(11)以空闲、初始化、工作三种工作模式控制可编程导航卫星扩频序列生成器的 状态复位、初相加载控制、码计数器工作模式控制、时钟选择。
全文摘要
本发明属于卫星导航技术领域，涉及一种可编程导航卫星扩频序列生成器，具有被集成在一片现场可编程门阵列芯片内的输入/输出模块、可配置逻辑单元、数字时钟管理模块、块存储器，其特征在于所述扩频序列码生成器对于不同的导航系统的不同伪随机序列产生方法，可以通过1～6个码生成器单元串联或并联来完成；所述码生成器单元均具有完全相同的工作状态控制器、状态移位控制器、反馈控制器、初值寄存器和输出控制器。本发明用于卫星信号仿真器中的伪随机码生成，可以大大减少硬件资源的开销，为其它功能实现完善留有更大的实现空间，同时也大大减小了现有实时生成式的工作量，而且容易维护。
文档编号G01S19/23GK101887130SQ20101019623
公开日2010年11月17日 申请日期2010年6月9日 优先权日2010年6月9日
发明者何志昆, 刘光斌, 刘冬, 姚志成, 张博, 范志良, 雷雄俊 申请人:中国人民解放军第二炮兵工程学院