卫星导航接收机中的多通道协同控制方法和装置的制作方法

专利名称：卫星导航接收机中的多通道协同控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种卫星导航接收机中的多通道协同控制方法和装置。
技术背景
随着卫星导航技术研究的不断深入，卫星导航接收机的应用不仅深入军事、测 绘、通信、遥感等军用领域，其在汽车定位系统、个人手持通信终端等民用领域的应用 也日益广泛。GNSS系统作为一种星基导航系统，它利用用户到位置已知的卫星的距离 或方向角等信息进行定位和导航。目前已经建成并投入使用的卫星定位导航系统有美国 的GPS系统，俄罗斯的GLONASS系统以及正在发展中的欧洲的Galileo系统和中国的北 斗(Compass)卫星导航系统。
卫星导航接收机通过从足够多的卫星信号中，获得信号传播时间信息和卫星位 置信息，根据这些信息计算得到接收机的位置、时间和速度等。为了进行导航定位解 算，导航接收机至少需要从不同的4颗卫星得到信息。接收机需要先与接收到的卫星信 号完成粗同步，即扩频信号的捕获过程，得到伪随机码的相位偏移和信号载波多普勒偏 移。再由跟踪过程得到伪码相位、载波频率/相位的精确估计值，对导航信号进行实时 跟踪，解扩后得到该卫星信号中调制的信息。
由于导航定位至少需要卫星导航接收机可以捕获后稳定跟踪4颗卫星的信号， 因此给接收机配置多捕获通道和多跟踪通道就可以提高接收机的工作效率，缩短首次定 位时间。这相当于是一种以资源为代价换取时间优势的解决方法。对多捕获通道和多跟 踪通道的接收机来说，多通道的协同控制成为整个接收机系统得以正常运转的基础。控 制逻辑的设计方式也直接影响到多通道协同工作的效率，决定了接收机资源配置的优化 程度。因此，多通道协同控制方法和装置也是研究卫星导航接收机中不可或缺的组成部 分。发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种卫星导航接收机中的多通道协 同控制方法和装置。
卫星导航接收机中的多通道协同控制方法的步骤如下1)将GPS和BD-2两种模式下所有可用卫星纳入待搜索卫星列表，开机时，控制模 块中的核心状态机位于初始化状态，直接选取搜索列表中的前N颗卫星顺序置入所有N 个捕获通道，并顺序开启捕获通道进行捕获；2)初始化完成后，控制模块中的核心状态机进入协同工作状态，对各捕获通道的捕 获结束标志进行轮询监听，一旦侦听到某个捕获通道完成捕获，则进入下一步对当前通 道捕获结果的处理流程，各捕获通道的捕获结果通过数据缓存模块同步缓存；3)判断当前捕获是否成功，若捕获成功，则查找是否存在空闲的跟踪通道，若存在 则将当前捕获结果置入该空闲跟踪通道，开启通道使能，完成从捕获到跟踪的切换和信5息交互，若捕获失败，则位选信号无效，完成对当前捕获结果的处理；4)根据所采用的卫星搜索机制选择下一颗待捕卫星，检测是否存在重捕请求，若有 则优先响应重捕请求，否则在搜索卫星列表中顺序选择一颗健康状况良好且搜索状态标 识为可搜索的卫星进行捕获；5)对当前处理的捕获通道进行复位清零，然后将所选择的待捕卫星编号和模式置入 该通道，进行下一轮捕获；6)控制模块的核心状态机回到协同工作状态的初始子状态，即轮询监听状态。
所述的将GPS和BD-2两种模式下所有可用卫星纳入待搜索卫星列表，开机时， 控制模块中的核心状态机位于初始化状态，直接选取搜索列表中的前N颗卫星顺序置入 所有N个捕获通道，并顺序开启捕获通道进行捕获步骤，包括1)将GPS和BD-2两种模式下所有可用卫星编号和模式信息纳入待搜索卫星列表， 列表被顺序存储在存储模块中，每颗卫星对应一个地址所属的存储单元，从地址0到地 址36存储BD-2的卫星信息，从地址37到地址73存储GPS卫星信息，需要获得卫星信 息进行捕获时从该存储模块中读取；2)开机时，控制模块中的核心状态机位于初始化状态INI，将待搜索卫星列表中的 前N颗卫星的卫星编号和模式依次置入N个捕获通道，并依次开启捕获通道使能，直接 开始捕获；3)初始化完成后，核心状态机跳出初始化状态INI，初始化状态INI只在每次开机时 进入一次，之后接收机的控制模块一直工作在协同工作状态MAIN。
所述的初始化完成后，控制模块中的核心状态机进入协同工作状态，对各捕获 通道的捕获结束标志进行轮询监听，一旦侦听到某个捕获通道完成捕获，则进入下一步 对当前通道捕获结果的处理流程，各捕获通道的捕获结果通过数据缓存模块同步缓存步 骤，包括1)初始化完成后，状态机切换进入协同工作状态MAIN，MAIN状态下设多个子状 态 sub_state ；2)由于捕获通道输出的捕获结束标志aCq_finiSh和捕获状态aCq_State都是脉冲有效 信号，若两个以上捕获通道同时完成捕获则可能引起捕获结果的丢失，因此控制模块设 置两个电平有效信号acq_channel_freeikg和acq_channel_succikg来记录各个捕获通道当前工作状态，以便进行分时处理，前者表示捕获通道是否空闲，后者表示捕获通道的捕 获是否成功；3)各捕获通道的捕获结果通过数据缓存模块同步缓存，在分时处理中还需保证捕获 通道输出的初始伪码相位在置入跟踪通道之前仍随时间进行累加；4)对各捕获通道的空闲状态标志进行轮询监听，一旦侦听到某个捕获通道处于空闲 状态，则进入下一步对当前通道捕获结果的处理流程。
所述的判断当前捕获是否成功，若捕获成功，则查找是否存在空闲的跟踪通 道，若存在则将当前捕获结果置入该空闲跟踪通道，开启通道使能，完成从捕获到跟踪 的切换和信息交互，若捕获失败，则位选信号无效，完成对当前捕获结果的处理步骤， 包括1)若当前通道捕获成功①判断当前结束捕获的通道是否为重捕模式；②若当前为重捕模式，则直接选择原来失锁时保留的通道作为跟踪通道；③若当前为普通捕获模式，则顺序轮询所有跟踪通道，选择第一个空闲通道用于跟踪；④开启数据缓存模块位选信号，将捕获结果置入所选择的跟踪通道，开启该通道使 能，完成从捕获到跟踪的切换以及相关信息交互。更新该卫星状态为已跟踪，后续搜索 不再捕获，同时占用跟踪通道数加1;2)若当前通道捕获失败，则数据缓存模块位选信号无效。若当前为重捕模式，则释 放失锁时保留的跟踪通道，占用跟踪通道数减1，跟踪通道已满标志full清零，同时重新 将该星在搜索列表中的卫星搜索状态置为有效，下一轮可以继续对其搜索；3)完成到跟踪的切换之后，判断所有跟踪通道是否已被全部占用，若被全部占用则 关闭所有非重捕模式下的捕获通道。
所述的根据所采用的卫星搜索机制选择下一颗待捕卫星，检测是否存在重捕请 求，若有则优先响应重捕请求，否则在搜索卫星列表中顺序选择一颗健康状况良好且搜 索状态标识为可搜索的卫星进行捕获步骤，包括1)先检测是否存在重捕请求，重捕相关信息存放在重捕请求模块中，一旦有跟踪通 道发生失锁，由跟踪控制器判断是否需要进行重捕，若需重捕则将重捕信息写入重捕请 求模块，判决失锁重捕的控制不属于本发明的控制范围；2)若有重捕请求先响应重捕请求，否则先匹配卫星健康状况，若当前选择的卫星健 康状况不佳则放弃，并将指向搜索列表的指针地址加1，然后对下一颗被选卫星进行健康 状况的评估，主控制器只对健康状况良好的进行捕获；3)卫星健康状况由一个寄存器记录，由负责解调电文、帧同步的外部控制器将从历 书中得到的不健康卫星编号信息实时传送给本发明的控制模块，控制模块先用健康状况 缓存模块对它们进行缓存，然后在控制逻辑中进行实时读取不健康卫星编号信息，修改 保存卫星健康状况的寄存器，更新卫星健康状况；4)若当前选择卫星的健康状况良好，则再匹配卫星搜索状态，卫星搜索状态同样由 一寄存器记录，有效状态表示当前卫星需要被搜索，无效状态表示当前卫星已经被正常 跟踪不需要被再次搜索，将指向搜索列表的指针地址加1，然后对下一颗被选卫星先进行 健康状况的评估；5)当卫星搜索列表被遍历一次之后，重新将列表指针复位到列表初始位置，进行下 一轮的遍历。
所述的对当前处理的捕获通道进行复位清零，然后将所选择的待捕卫星编号和 模式置入该通道，进行下一轮捕获步骤，包括1)把从列表或者从重捕请求模块读取的待捕卫星编号和系统模式，接入捕获通道数 据端口 ；2)对当前捕获通道进行复位清零，清零持续时间需要若干个系统时钟；3)捕获通道使能重新有效，清零信号无效，通道进入占用状态；4)产生捕获信息置入信号的有效脉冲，将接入捕获通道数据端口的待捕卫星信息置 入捕获通道。
卫星导航接收机中的多通道协同控制装置包括如下模块控制模块，数据缓存 模块，重捕请求模块，卫星健康状态缓存模块，捕获模块，跟踪模块；捕获模块由N个 捕获通道组成，由控制模块输出捕获控制字对它们的协同工作进行控制，各捕获通道的 输出与数据缓存模块相连，各捕获通道的捕获完成标志与控制模块相连；控制模块输出 位选控制信号与数据缓存模块相连，控制数据缓存模块到跟踪模块的输出；数据缓存模 块的输出与跟踪模块相连；跟踪模块由M个跟踪通道组成，由控制模块输出跟踪控制 字对它们的协同工作进行控制；跟踪模块内有通道失锁，且经判决需要重捕，则输出重 捕信息到重捕请求模块；当跟踪模块可以解调全部或部分历书而获得卫星健康状况信息 时，跟踪模块输出信息到卫星健康状况缓存模块；重捕请求模块和卫星健康状况缓存模 块的输出都与控制模块相连。
所述的控制模块包括核心状态机，卫星搜索状态寄存器，卫星健康状况寄存 器，N个捕获通道空闲标志，N个捕获通道成功标志，捕获控制字，跟踪控制字和数据缓 存模块的位选信号；卫星搜索状态寄存器，卫星健康状况寄存器，N个捕获通道空闲标 志，N个捕获通道成功标志与核心状态机的输入相连；捕获控制字，跟踪控制字，数据 缓存模块的位选信号与核心状态机的输出相连。
所述的核心状态机包括相连的两个寄存器state和sub_state ；寄存器state表示两 大工作状态初始化状态INI和协同工作状态MAIN;寄存器sub_state表示两大工作状态 下设的子状态。
本发明针对卫星导航接收机配置多捕获通道和多跟踪通道的情况，完成各捕获 通道和各跟踪通道之间的协同控制及时序处理，同时基于重捕优先的设计思想并考虑卫 星当前健康状况，在控制逻辑中体现了一种实用的卫星搜索机制。控制模块基于状态机 方式设计控制逻辑。轮询监听各捕获通道的捕获结束标志，一旦侦听到某个捕获通道完 成捕获，则先进入对当前通道捕获结果的处理流程，再根据所采用的搜星机制重新选择 下一颗待捕卫星，然后在复位当前通道后置入待捕卫星信息进行下一轮捕获，状态机重 新回到轮询监听状态。本发明可以提高卫星导航接收机的工作效率，适用于GPS、BD-2 等多种系统。


图1本发明的全部模块及连接框图； 图2本发明中控制模块的电路框图； 图3本发明中核心状态机的电路框图；图4本发明中核心状态机在初始化状态下的状态转移图； 图5本发明中核心状态机在协同工作状态下的状态转移图； 图6本发明中捕获通道完成标志与通道状态标志之间的时序关系图； 图7本发明中数据缓存模块与捕获模块接口定义； 图8本发明中重捕请求模块的接口定义。
具体实施方式
本发明实现了卫星导航接收机中的多通道协同控制装置。控制模块基于状态机方式设计控制逻辑。将GPS和BD-2两种模式下所有可用卫星纳入待搜索卫星列表。开机 时，控制模块控制核心状态机进入初始化状态，开始首轮冷启动捕获。初始化完成后， 核心状态机进入协同工作状态。首先对各捕获通道的捕获结束标志进行轮询监听，一旦 侦听到某个捕获通道完成捕获，则根据当前捕获是否成功进行不同的通道处理操作。完 成处理后，根据所采用的卫星搜索机制选择下一颗待捕卫星。本发明所用搜星机制是基 于重捕优先同时兼顾卫星当前健康状况和搜索状态设计的。选择完成后，对当前处理的 捕获通道进行复位清零，并将所选待捕卫星编号和模式置入该通道，进行下一轮捕获。 核心状态机回到协同工作状态的初始子状态，即轮询监听状态。在实施例中，系统可兼 容GPS和BD-2两种工作模式，系统工作时钟为16.368MHz。
卫星导航接收机中的多通道协同控制方法的步骤如下1)将GPS和BD-2两种模式下所有可用卫星纳入待搜索卫星列表，开机时，控制模 块中的核心状态机位于初始化状态，直接选取搜索列表中的前N颗卫星顺序置入所有N 个捕获通道，并顺序开启捕获通道进行捕获；2)初始化完成后，控制模块中的核心状态机进入协同工作状态，对各捕获通道的捕 获结束标志进行轮询监听，一旦侦听到某个捕获通道完成捕获，则进入下一步对当前通 道捕获结果的处理流程，各捕获通道的捕获结果通过数据缓存模块同步缓存；3)判断当前捕获是否成功，若捕获成功，则查找是否存在空闲的跟踪通道，若存在 则将当前捕获结果置入该空闲跟踪通道，开启通道使能，完成从捕获到跟踪的切换和信 息交互，若捕获失败，则位选信号无效，完成对当前捕获结果的处理；4)根据所采用的卫星搜索机制选择下一颗待捕卫星，检测是否存在重捕请求，若有 则优先响应重捕请求，否则在搜索卫星列表中顺序选择一颗健康状况良好且搜索状态标 识为可搜索的卫星进行捕获；5)对当前处理的捕获通道进行复位清零，然后将所选择的待捕卫星编号和模式置入 该通道，进行下一轮捕获；6)控制模块的核心状态机回到协同工作状态的初始子状态，即轮询监听状态。
所述的将GPS和BD-2两种模式下所有可用卫星纳入待搜索卫星列表，开机时， 控制模块中的核心状态机位于初始化状态，直接选取搜索列表中的前N颗卫星顺序置入 所有N个捕获通道，并顺序开启捕获通道进行捕获步骤，包括1)将GPS和BD-2两种模式下所有可用卫星编号和模式信息纳入待搜索卫星列表， 列表被顺序存储在存储模块中，每颗卫星对应一个地址所属的存储单元，从地址0到地 址36存储BD-2的卫星信息，从地址37到地址73存储GPS卫星信息，需要获得卫星信 息进行捕获时从该存储模块中读取；在实施例中，存放待搜索卫星列表的存储模块用双口 RAM实现，卫星信息以初始化 文件在生成核时一次性写入RAM中。每颗卫星所需存储空间为7bit，其中Ibit存放卫星 模式和6bk存放卫星编号，共有37颗GPS卫星和37颗BD-2卫星需要存储，这样存储 模块的大小为74*7bit=518bit。RAM从地址0到地址36存储BD_2的卫星信息，从地址 37到地址73存储GPS卫星信息。需要获得卫星信息时通过控制RAM读使能和地址进 行读取。
2)开机时，控制模块中的核心状态机位于初始化状态INI。将待搜索卫星列表中的前N颗卫星的卫星编号和模式依次置入N个捕获通道，并依次开启捕获通道使能， 直接开始捕获；
在实施例中，控制模块基于状态机方式设计控制逻辑。图3中的核心状态机分为两 个主状态初始化状态INI和协同工作状态MAIN，由寄存器state表示；两个主状态下 各有多个子状态，用寄存器sub_state表示。图4给出了核心状态机在State=INI时的状态 转移图，SUb_State共有从SO到S7八个状态。通过控制这八个状态的转移，控制模块实 现了将待搜索卫星列表中的前N颗卫星的卫星编号和模式依次置入N个捕获通道，并依 次开启捕获通道使能，直接开始捕获的功能。以下是八个状态的具体实施内容
①SO: 从搜索卫星列表的当前地址star_order_raddr处读取卫星信息。star_order_raddr 初始指向RAM的地址0处，RAM读使能置高；
②Si:RAM读取延时；
③S2:RAM读取延时；
④S3:设当前处理通道标号为i，置入从列表star_0rder_raddr处读取到的卫星编号及 模式。i初始化为0;
⑤cond.l:if当前处理通道不是最后一个空闲的捕获通道，即i<N,则S3->S4,否则 S3->S6 ；实施例中N=6 ；
⑥S4:开启当前第i号捕获通道使能，开始捕获；
⑦S5:通道标号i=i+l;
⑧S6:此时i==N，同样打开此捕获通道，开始捕获；
⑨S7:状态机主状态state从INI跳入MAIN，子状态sub_state还原为SO。捕获通道
标号i和跟踪通道标号j复位为0 ；
3)初始化完成后，核心状态机跳出初始化状态INI，初始化状态INI只在每次开机时 进入一次，之后接收机的控制模块一直工作在协同工作状态MAIN。所述的初始化完成后，控制模块中的核心状态机进入协同工作状态，对各捕获 通道的捕获结束标志进行轮询监听，一旦侦听到某个捕获通道完成捕获，则进入下一步 对当前通道捕获结果的处理流程，各捕获通道的捕获结果通过数据缓存模块同步缓存步 骤，包括
1)初始化完成后，状态机切换进入协同工作状态MAIN，MAIN状态下设多个子状 态 sub_state ；
在实施例中，状态机结束INI状态后，state=MAIN，sub_state=S0。图5给出了核心 状态机在State=MAIN时的状态转移图，sub_state共有从SO到S15共16个状态。通过控 制这16个状态之间的转移，控制模块完成后续所有协同控制功能，也就是说状态机在跳 出INI状态后一直处于MAIN状态。2)由于捕获通道输出的捕获结束标志aCq_finiSh和捕获状态aCq_State都是脉冲 有效信号，若两个及两个以上捕获通道同时完成捕获则可能引起捕获结果的丢失，因此 控制模块设置两个电平有效信号acq_channel_freeflag和acq_channel_succflag来记录各个 捕获通道当前工作状态，以便进行分时处理，前者表示捕获通道是否空闲，后者表示捕 获通道的捕获是否成功；
图2的控制模块中拥有两个寄存器N个捕获通道空闲标志acq_channel_freeflag和N个捕获通道成功标志acq_channel_succflag。实施例中N=6。如时序图6，它们与捕获完 成标志acq_finish和捕获状态acq_state的关系如下
①acq_finish和acq_state是脉冲有效信号。acq_finish脉冲出现表示该捕获通道捕获 结束；aCq_State脉冲出现表示该捕获通道捕获成功。无论捕获是否成功，只要捕获结束 都会出现acq_finish脉冲。 ② acq_channel_freeflag 禾口 acq—channeLsuccflag 是电平有效 言号。acq_channel_ freeflag的0状态表示该捕获通道忙碌，即正在被占用；1状态表示该通道空闲，可以被重 新使用。aCq_Channel_freeflag的0状态表示该捕获通道当前并未捕获成功，包括捕获完 成但失败和捕获尚未完成两种情况；1状态表示通道捕获结束且捕获成功。③当每个系统时钟的上升沿到来时，检测各捕获通道的aCq_finiSh脉冲。一旦 发现某个通道出现acq_finish脉冲则将该通道acq_channel_freeflag置为高电平，然后进行 前续所述协同处理和分时处理流程。当该捕获通道被复位将被再次开启时，acq_channel_ freeflag电平置低，表示该捕获通道开始工作。④同样当每个系统时钟上升沿到来时，检测各通道aCq_State脉冲。一旦发现某 个通道出现acq_state脉冲则将该通道acq_channel_succflag置为高电平，作为该通道向跟 踪切换的请求。acq_channel_succflag在切换完成后被置低。3)各捕获通道的捕获结果通过数据缓存模块同步缓存，在分时处理中还需保证 捕获通道输出的初始伪码相位在置入跟踪通道之前仍随时间进行累加；
在实施例中定义了数据缓存模块与控制模块的数据接口以及数据缓存模块与捕获模 块的数据接口。如图1所示数据缓存模块与控制模块通过位选控制信号连接。位选信 号位宽由捕获通道个数N决定，可扩展。每个比特对应一个通道的选通控制。实施例 中N=6。数据缓存模块与捕获模块的数据接口定义如图7所示。其中NCO在置入跟踪 通道之前仍随时间进行累加，每个系统时钟NCO增加NCO_STEP。实施例中，系统时 钟为16.368M,NCO的值以Q30量化，因此对于GPS信号，码率为1.023MHz，则NCO_ STEP=1.023/16.368*2A30= 67108864 ；对于 BD-2 信号，码率为 2.046MHz，则 NCO_ STEP=2.046/16.368*2A30= 134217728。4)对各捕获通道的空闲状态标志进行轮询监听，一旦侦听到某个捕获通道处于 空闲状态，则进入下一步对当前通道捕获结果的处理流程。在实施例中，该步骤操作对应图5中的SO状态轮询各捕获通道，监测是否存 在空闲通道。
具体实施方式
如下对当前第i号捕获通道检测其空闲标志acq_channel_ freeflag是否为高电平若为高电平则cond.l条件有效，进入下一个状态Si;若为低电平 则cond.1条件无效，i=i+l，继续停留在本状态SO。在轮询过程中同时记录当前通道捕 获卫星标号star_index BD-2为O 36,GPS为37 73。所述的判断当前捕获是否成功，若捕获成功，则查找是否存在空闲的跟踪通 道，若存在则将当前捕获结果置入该空闲跟踪通道，开启通道使能，完成从捕获到跟踪 的切换和信息交互，若捕获失败，则位选信号无效。完成对当前捕获结果的处理步骤， 包括
1)若当前通道捕获成功
在实施例中，用图2中的卫星搜索状态寄存器star_search_state表示搜索状态。寄存器位宽为74bit，[36:0]分别对应37颗BD-2卫星，[73:37]分别对应37颗GPS卫星。1 表示无效状态，当前卫星不需要被再次搜索；0表示有效状态，当前卫星仍需被搜索。 每颗星的初始搜索状态均为0。①判断当前 结束捕获的通道是否为重捕模式；
在实施例中，每个捕获通道都支持两种捕获模式普通捕获模式和重捕模式。寄存 器aCq_again为模式标志高电平对应重捕模式；低电平对应普通模式。②若当前为重捕模式，则直接选择原来失锁时保留的通道作为跟踪通道；
③若当前为普通捕获模式，则顺序轮询所有跟踪通道，选择第一个空闲通道用于跟
踪；
④开启数据缓存模块位选信号，将捕获结果置入所选择的跟踪通道，开启该通道使 能，完成从捕获到跟踪的切换以及相关信息交互，更新该卫星状态为已跟踪，后续搜索 不再捕获，同时占用跟踪通道数加1;
在实施例中，以上4个步骤的具体实施方式
对应图5状态转移图中的Sl到S4状态。 以下是这4个状态的具体内容和转移条件
①Si:当前通道刚结束捕获且成功时，更新star_search_state[star_index]为1。开启 对应数据缓存模块位选信号channeLen，将当前通道捕获结果接入到缓存模块的输出端 Π ；
②cond.2:如果当前第i号捕获通道捕获成功，则S1_>S2,否则S1_>S5;
③S2:进入该状态表示捕获已成功，需要选择空闲跟踪进行跟踪。若当前为重捕模 式，则直接选择原来失锁保留的通道；若为普通捕获模式则判断当前第j号跟踪通道是否 为空闲通道。若空闲则开启跟踪通道使能trk_ena,占用通道数trk_nUm增加1;否则进入 cond.3的判决。同时判断trk_mim是否等于跟踪通道总数M，若等于则foll=l。实施例 中 M=16。④cond.3:如果当前检测的第j号跟踪通道是空闲，则S2_>S3,否则j=j+l,S2_>S2;
⑤S3:产生第j号跟踪通道的trk_l0ad上升沿，将已接入缓存模块输出端口的捕获结 果置入当前跟踪通道；
⑥S4:拉低trkjoad，形成有效脉冲；
2)若当前通道捕获失败，则数据缓存模块位选信号无效，若当前为重捕模式，则释 放失锁时保留的跟踪通道，占用跟踪通道数减1，跟踪通道已满标志foil清零，同时重新 将该星在搜索列表中的卫星搜索状态置为有效，下一轮可以继续对其搜索；
在实施例中，该步骤被添加到Sl状态的具体内容中即进入Sl状态后先判断捕获 是否成功，若成功则按前步所述内容操作，否则位选信号channeLen无效。若为重捕模 式，则释放原失锁时保留的跟踪通道，trk_ena复位为0，占用跟踪通道数减1，跟踪通道 已满full标志清零，同时重新将该星在搜索列表中的卫星状态置为有效，表示下一轮可以 对其再次搜索。3)完成到跟踪的切换之后，判断所有跟踪通道是否已被全部占用，若被全部占 用则关闭所有非重捕模式下的捕获通道。当跟踪通道全部被占用时继续进行冷启动捕获已经没有意义，反而增加了不必 要的功率消耗。但对于重捕模式下的捕获通道，由于失锁时已经进行了通道保留，因而可以继续让其完成重捕。具体实施方 式对应图5状态转移图中的S5状态若检测到full标志为1，立即 关闭所有非重捕模式的捕获通道，保留重捕模式的通道，因其已有对应失锁后保留的通 道。否则则进入cond.4，即判断系统跟踪通道是否全部被占用，若全部占用，则跳移到 S14;否则进入cond.5。只有所有跟踪通道均被占用时才进入S14状态。在该状态下，， 进入cond.7，即判断重捕FIFO是否为空若为空则进入S15 ；否则进入S6响应重捕请 求。所述的根据所采用的卫星搜索机制选择下一颗待捕卫星，检测是否存在重捕请 求，若有则优先响应重捕请求，否则在搜索卫星列表中顺序选择一颗健康状况良好且搜 索状态标识为可搜索的卫星进行捕获步骤，包括
1)先检测是否存在重捕请求，重捕相关信息存放在重捕请求模块中，一旦有跟踪通 道发生失锁，由跟踪控制器判断是否需要进行重捕，若需重捕则将重捕信息写入重捕请 求模块，判决失锁重捕的控制不属于本发明的控制范围，本发明的控制模块只负责从重 捕请求模块中读取重捕请求和重捕相关信息；
在实施例中，重捕请求模块FIFO实现。FIFO的输入信号位宽为91bit具体接口定义 如图8所示，深度为16。外围跟踪控制器负责将重捕请求依次压入FIFO中，控制模块只 负责从FIFO中读取重捕请求和重捕相关信息。FIFO有一个输出端empty指示当前FIFO 的状态1表示当前FIFO空，0表示非空。因此检测是否存在重捕请求只需判断empty 的值。2)若有重捕请求先响应重捕请求，否则先匹配卫星健康状况，若当前选择的卫 星健康状况不佳则放弃，并将指向搜索列表的指针地址加1，然后对下一颗被选卫星进行 健康状况的评估，主控制器只对健康状况良好的进行捕获；
具体实施时先进入图5的cond.5，即检测重捕FIFO是否为空，若重捕FIFO为空， 则存放卫星列表的RAM读使能有效，进入S8状态；否则FIFO读取使能有效，进入S6 状态。在S8状态中判断cond.6，即若当前待捕卫星健康状况不佳则返回S5状态，列表 RAM地址加1，评价下一颗卫星的健康状况；否则把该状态作为一个RAM读取延时，进 入S9状态。3)卫星健康状况由一个寄存器记录，由负责解调电文、帧同步的外部控制器将 从历书中得到的不健康卫星编号信息实时传送给本发明的控制模块，控制模块先用健康 状况缓存模块对它们进行缓存，然后在控制逻辑中进行实时读取不健康卫星编号信息， 修改保存卫星健康状况的寄存器，更新卫星健康状况；
在实施例中，用图2的卫星健康状况寄存器health_State表示卫星的健康状态。寄存 器位宽为74bit，[36:0]分别对应37颗BD-2卫星，[73:37]分别对应37颗GPS卫星。1 表示健康状况良好，适合捕获；0表示健康状况不佳，不需要再进行捕获。每颗星的初 始健康状况均为1。图2中的健康状况缓存模块用FIFO实现。FIFO的输入信号位宽为7bit，其中 Ibit存放卫星模式和6bit存放卫星编号，深度为16。外围跟踪控制器负责将解调出的健 康信息依次压入FIFO中，控制模块只负责从FIFO中读取不健康卫星的编号和模式，实 时更新health_state。FIFO有一个输出端empty指示当前FIFO的状态1表示当前FIFO空，O表示非空。

4)若当前选择卫星的健康状况良好，则再匹配卫星搜索状态，卫星搜索状态同 样由一寄存器记录，有效状态表示当前卫星需要被搜索，无效状态表示当前卫星已经被 正常跟踪不需要被再次搜索，将指向搜索列表的指针地址加1，然后对下一颗被选卫星先 进行健康状况的评估；
在实施例中，用图2的卫星搜索状态寄存器star_search_state来表示卫星的健康状 态。前文已经描述了该寄存器的定义逻辑，这里不再赘述。具体实施时在cond.6中添加 判断条件，即判断当前卫星的star_search_state值，若为1则进入S9状态；否则返回S5 状态。5)当卫星搜索列表被遍历一次之后，重新将列表指针复位到列表初始位置，进 行下一轮的遍历。所述的对当前处理的捕获通道进行复位清零，然后将所选择的待捕卫星编号和 模式置入该通道，进行下一轮捕获步骤，包括
1)把从列表或者从重捕请求模块读取的待捕卫星编号和系统模式，接入捕获通道数 据端口 ；
2)对当前捕获通道进行复位清零，清零持续时间需要若干个系统时钟；
3)捕获通道使能重新有效，清零信号无效，通道进入占用状态；
4)产生捕获信息置入信号的有效脉冲，将接入捕获通道数据端口的待捕卫星信息置 入捕获通道。在实施例中，以上4个步骤的具体实施方式
对应图5状态转移图中的S9到S13 和S15状态。以下是这6个子状态的具体内容和转移条件
①S9: ram读取延时；
②S10:把从ram读取的待捕卫星编号和系统模式接入捕获通道数据端口；
③Sll:重置当前处理的捕获通道，reset延时为15个系统时钟；
④S12:捕获通道使能重新有效，清零信号Clr信号置1，通道空闲标志置0，进入占 用状态；
⑤S13:acq_set置为高电平，置入待捕获当前卫星编号及系统模式；
⑥S15:拉低aCq_Set，形成脉冲，同时通道捕获成功标志清零，当前处理捕获通道标 号+1，返回SO进行下一轮处理。如图1所示，卫星导航接收机中的多通道协同控制装置包括如下模块控制模 块，数据缓存模块，重捕请求模块，卫星健康状态缓存模块，捕获模块，跟踪模块；捕 获模块由N个捕获通道组成，由控制模块输出捕获控制字对它们的协同工作进行控制， 各捕获通道的输出与数据缓存模块相连，各捕获通道的捕获完成标志与控制模块相连； 控制模块输出位选控制信号与数据缓存模块相连，控制数据缓存模块到跟踪模块的输 出；数据缓存模块的输出与跟踪模块相连；跟踪模块由M个跟踪通道组成，由控制模块 输出跟踪控制字对它们的协同工作进行控制；跟踪模块内有通道失锁，且经判决需要重 捕，则输出重捕信息到重捕请求模块；当跟踪模块可以解调全部或部分历书而获得卫星 健康状况信息时，跟踪模块输出信息到卫星健康状况缓存模块；重捕请求模块和卫星健 康状况缓存模块的输出都与控制模块相连。
如图2所示，控制模块包括核心状态机，卫星搜索状态寄存器，卫星健康状况 寄存器，N个捕获通道空闲标志，N个捕获通道成功标志，捕获控制字，跟踪控制字和数 据缓存模块的位选信号；卫星搜索状态寄存器，卫星健康状况寄存器，N个捕获通道空 闲标志，N个捕获通道成功标志与核心状态机的输入相连；捕获控制字，跟踪控制字， 数据缓存模块的位选信号与核心状态机的输出相连。 如图3所示，核心状态机包括相连的两个寄存器state和sub_state;寄存器state 表示两大工作状态初始化状态INI和协同工作状态MAIN;寄存器sub_state表示两大工 作状态下设的子状态。
权利要求
1.一种卫星导航接收机中的多通道协同控制方法，其特征在于它的步骤如下1)将GPS和BD-2两种模式下所有可用卫星纳入待搜索卫星列表，开机时，控制模 块中的核心状态机位于初始化状态，直接选取搜索列表中的前N颗卫星顺序置入所有N 个捕获通道，并顺序开启捕获通道进行捕获；2)初始化完成后，控制模块中的核心状态机进入协同工作状态，对各捕获通道的捕 获结束标志进行轮询监听，一旦侦听到某个捕获通道完成捕获，则进入下一步对当前通 道捕获结果的处理流程，各捕获通道的捕获结果通过数据缓存模块同步缓存；3)判断当前捕获是否成功，若捕获成功，则查找是否存在空闲的跟踪通道，若存在 则将当前捕获结果置入该空闲跟踪通道，开启通道使能，完成从捕获到跟踪的切换和信 息交互，若捕获失败，则位选信号无效，完成对当前捕获结果的处理；4)根据所采用的卫星搜索机制选择下一颗待捕卫星，检测是否存在重捕请求，若有 则优先响应重捕请求，否则在搜索卫星列表中顺序选择一颗健康状况良好且搜索状态标 识为可搜索的卫星进行捕获；5)对当前处理的捕获通道进行复位清零，然后将所选择的待捕卫星编号和模式置入 该通道，进行下一轮捕获；6)控制模块的核心状态机回到协同工作状态的初始子状态，即轮询监听状态。
2.根据权利要求1所述的一种卫星导航接收机中的多通道协同控制方法，其特征在 于，所述的将GPS和BD-2两种模式下所有可用卫星纳入待搜索卫星列表，开机时，控制 模块中的核心状态机位于初始化状态，直接选取搜索列表中的前N颗卫星顺序置入所有 N个捕获通道，并顺序开启捕获通道进行捕获步骤，包括1)将GPS和BD-2两种模式下所有可用卫星编号和模式信息纳入待搜索卫星列表， 列表被顺序存储在存储模块中，每颗卫星对应一个地址所属的存储单元，从地址O到地 址36存储BD-2的卫星信息，从地址37到地址73存储GPS卫星信息，需要获得卫星信 息进行捕获时从该存储模块中读取；2)开机时，控制模块中的核心状态机位于初始化状态INI，将待搜索卫星列表中的 前N颗卫星的卫星编号和模式依次置入N个捕获通道，并依次开启捕获通道使能，直接 开始捕获；3)初始化完成后，核心状态机跳出初始化状态INI，初始化状态INI只在每次开机时 进入一次，之后接收机的控制模块一直工作在协同工作状态MAIN。
3.根据权利要求1所述的一种卫星导航接收机中的多通道协同控制方法，其特征在 于，所述的初始化完成后，控制模块中的核心状态机进入协同工作状态，对各捕获通道 的捕获结束标志进行轮询监听，一旦侦听到某个捕获通道完成捕获，则进入下一步对当 前通道捕获结果的处理流程，各捕获通道的捕获结果通过数据缓存模块同步缓存步骤， 包括1)初始化完成后，状态机切换进入协同工作状态MAIN，MAIN状态下设多个子状 态 sub_state ；2)由于捕获通道输出的捕获结束标志aCq_finiSh和捕获状态aCq_State都是脉冲有效 信号，若两个以上捕获通道同时完成捕获则可能引起捕获结果的丢失，因此控制模块设 置两个电平有效信号acq_channel_freeflag和acq_channel_succflag来记录各个捕获通道当前工作状态，以便进行分时处理，前者表示捕获通道是否空闲，后者表示捕获通道的捕 获是否成功；3)各捕获通道的捕获结果通过数据缓存模块同步缓存，在分时处理中还需保证捕获 通道输出的初始伪码相位在置入跟踪通道之前仍随时间进行累加；4)对各捕获通道的空闲状态标志进行轮询监听，一旦侦听到某个捕获通道处于空闲 状态，则进入下一步对当前通道捕获结果的处理流程。
4.根据权利要求1所述的一种卫星导航接收机中的多通道协同控制方法，其特征在 于，所述的判断当前捕获是否成功若捕获成功，则查找是否存在空闲的跟踪通道，若 存在则将当前捕获结果置入该空闲跟踪通道，开启通道使能，完成从捕获到跟踪的切换 和信息交互，若捕获失败，则位选信号无效，完成对当前捕获结果的处理步骤，包括1)若当前通道捕获成功①判断当前结束捕获的通道是否为重捕模式；②若当前为重捕模式，则直接选择原来失锁时保留的通道作为跟踪通道；③若当前为普通捕获模式，则顺序轮询所有跟踪通道，选择第一个空闲通道用于跟踪；④开启数据缓存模块位选信号，将捕获结果置入所选择的跟踪通道，开启该通道使 能，完成从捕获到跟踪的切换以及相关信息交互，更新该卫星状态为已跟踪，后续搜索 不再捕获，同时占用跟踪通道数加1;2)若当前通道捕获失败，则数据缓存模块位选信号无效，若当前为重捕模式，则释 放失锁时保留的跟踪通道，占用跟踪通道数减1，跟踪通道已满标志full清零，同时重新 将该星在搜索列表中的卫星搜索状态置为有效，下一轮可以继续对其搜索；3)完成到跟踪的切换之后，判断所有跟踪通道是否已被全部占用，若被全部占用则 关闭所有非重捕模式下的捕获通道。
5.根据权利要求1所述的一种卫星导航接收机中的多通道协同控制方法，其特征在 于，所述的根据所采用的卫星搜索机制选择下一颗待捕卫星，检测是否存在重捕请求， 若有则优先响应重捕请求，否则在搜索卫星列表中顺序选择一颗健康状况良好且搜索状 态标识为可搜索的卫星进行捕获步骤，包括1)先检测是否存在重捕请求，重捕相关信息存放在重捕请求模块中，一旦有跟踪通 道发生失锁，由跟踪控制器判断是否需要进行重捕，若需重捕则将重捕信息写入重捕请 求模块，判决失锁重捕的控制不属于本发明的控制范围；2)若有重捕请求先响应重捕请求，否则先匹配卫星健康状况，若当前选择的卫星健 康状况不佳则放弃，并将指向搜索列表的指针地址加1，然后对下一颗被选卫星进行健康 状况的评估，主控制器只对健康状况良好的进行捕获；3)卫星健康状况由一个寄存器记录，由负责解调电文、帧同步的外部控制器将从历 书中得到的不健康卫星编号信息实时传送给本发明的控制模块，控制模块先用健康状况 缓存模块对它们进行缓存，然后在控制逻辑中进行实时读取不健康卫星编号信息，修改 保存卫星健康状况的寄存器，更新卫星健康状况；4)若当前选择卫星的健康状况良好，则再匹配卫星搜索状态，卫星搜索状态同样由 一寄存器记录，有效状态表示当前卫星需要被搜索，无效状态表示当前卫星已经被正常跟踪不需要被再次搜索，将指向搜索列表的指针地址加1，然后对下一颗被选卫星先进行 健康状况的评估；5)当卫星搜索列表被遍历一次之后，重新将列表指针复位到列表初始位置，进行下 一轮的遍历。
6.根据权利要求1所述的一种卫星导航接收机中的多通道协同控制方法，其特征在 于，所述的对当前处理的捕获通道进行复位清零，然后将所选择的待捕卫星编号和模式 置入该通道，进行下一轮捕获步骤，包括1)把从列表或者从重捕请求模块读取的待捕卫星编号和系统模式，接入捕获通道数 据端口 ；2)对当前捕获通道进行复位清零，清零持续时间需要若干个系统时钟；3)捕获通道使能重新有效，清零信号无效，通道进入占用状态；4)产生捕获信息置入信号的有效脉冲，将接入捕获通道数据端口的待捕卫星信息置 入捕获通道。
7.—种如权利要求1所述方法设计的卫星导航接收机中的多通道协同控制装置，其 特征在于，包括如下模块控制模块，数据缓存模块，重捕请求模块，卫星健康状态缓 存模块，捕获模块，跟踪模块；捕获模块由N个捕获通道组成，由控制模块输出捕获控 制字对它们的协同工作进行控制，各捕获通道的输出与数据缓存模块相连，各捕获通道 的捕获完成标志与控制模块相连；控制模块输出位选控制信号与数据缓存模块相连，控 制数据缓存模块到跟踪模块的输出；数据缓存模块的输出与跟踪模块相连；跟踪模块由 M个跟踪通道组成，由控制模块输出跟踪控制字对它们的协同工作进行控制；跟踪模块 内有通道失锁，且经判决需要重捕，则输出重捕信息到重捕请求模块；当跟踪模块可以 解调全部或部分历书而获得卫星健康状况信息时，跟踪模块输出信息到卫星健康状况缓 存模块；重捕请求模块和卫星健康状况缓存模块的输出都与控制模块相连。
8.根据权利要求7所述的一种卫星导航接收机中的多通道协同控制装置，其特征在 于，所述的控制模块包括核心状态机，卫星搜索状态寄存器，卫星健康状况寄存器，N 个捕获通道空闲标志，N个捕获通道成功标志，捕获控制字，跟踪控制字和数据缓存模 块的位选信号；卫星搜索状态寄存器，卫星健康状况寄存器，N个捕获通道空闲标志，N 个捕获通道成功标志与核心状态机的输入相连；捕获控制字，跟踪控制字，数据缓存模 块的位选信号与核心状态机的输出相连。
9.根据权利要求7所述的一种的卫星导航接收机中的多通道协同控制装置，其特征在 于，所述的核心状态机包括相连的两个寄存器state和sub_state ；寄存器state表示两大工 作状态初始化状态INI和协同工作状态MAIN;寄存器sub_state表示两大工作状态下设 的子状态。
全文摘要
本发明公开了一种卫星导航接收机中的多通道协同控制方法和装置。它针对卫星导航接收机配置多捕获通道和多跟踪通道的情况，完成各捕获通道和各跟踪通道之间的协同控制及时序处理，同时基于重捕优先的设计思想并考虑卫星当前健康状况，在控制逻辑中体现了一种实用的卫星搜索机制。控制模块基于状态机方式设计控制逻辑。轮询监听各捕获通道的捕获结束标志，一旦侦听到某个捕获通道完成捕获，则先进入对当前通道捕获结果的处理流程，再根据所采用的搜星机制重新选择下一颗待捕卫星，然后在复位当前通道后置入待捕卫星信息进行下一轮捕获，状态机重新回到轮询监听状态。本发明可以提高卫星导航接收机的工作效率，适用于GPS、BD-2等多种系统。
文档编号G01S19/33GK102023302SQ201010592798
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者李云飞, 李立言, 沈颖洁, 赵民建, 钟杰 申请人:浙江大学