专利名称：一种多模导航数据融合装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种卫星导航领域，尤其是一种兼容GPS及北斗导航系统的实测信号和仿真信号相结合的数字中频数据融合装置及方法。
背景技术：
全球导航卫星定位系统(GNSS)在过去几十年间在各个领域已经得到了广泛的应用。目前GNSS包括了美国的GPS、俄罗斯的GL0NASS、中国的北斗(Compass)以及欧盟的Galileo系统。作为中国自主研发的卫星导航系统，北斗系统将在市场中获得越来越重要的地位。而同时支持GPS和北斗系统的多模导航接收机(相对于只支持单一系统的单模导航接收机而言)设计将成为业界主流，而SoC (片上系统)芯片设计是其中最重要的一环。在SoC设计和测试阶段，如何获得可配置的测试数据是其中一个必须解决的重要问题。目前，功能完备导航硬件接收机需要两个功能模块第一个是射频接收模块，具体功能是通过天线接收卫星发射的射频信号(即实测信号)或者模拟器发射的射频信号(即仿真信号)，再经过混频和滤波处理将射频信号变为频率较低的中频信号，最后经过模数转换器采样后成为数字中频数据交给基带处理模块处理；第二个是基带处理模块，负责对射频接收模块输出的数字中频数据进行捕获和跟踪，获取导航电文信息和各个卫星的传播时间信息，再利用这些信息经过一定的数学运算处理得到接收机的位置、速度、时间信息，实现定位功能。另一类接收机——导航软件接收机，则采用软件无线电的方法，利用高速芯片的计算能力，从软件的角度实现了基带处理模块的功能。基带处理模块的SoC芯片设计和软件接收机设计的测试验证工作大致相同，均为实测信号或者仿真信号作为测试激励，采用第三方射频接收模块采集得到数字中频数据，提供给SoC芯片或者软件接收机处理，得到测试结果，同时利用一台可靠的参考接收机获取理论结果，将测试结果和理论结果进行比较得到测试结论。现有的导航模拟器和第三方射频采集卡往往只支持GPS或者北斗其中一个系统，因此，多模导航接收机的设计者，采用的测试方法往往是利用GPS和北斗各自的测试装置，来测试各自系统的性能。但由于两套测试装置之间的互通性和互操作性限制，系统时钟往往无法同步，进而导致测试装置无法联合协同工作，设计者无法测试GPS和北斗联合定位性能，该问题已经成为目前多模导航接收机设计的重要瓶颈之一。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种多模导航数据融合装置及方法，针对现有导航SoC设计测试装置的不足，提出了一种基于通用计算机平台的软件方式实现的多模导航数据融合装置及方法。该装置利用现有的单模测试装置和通用计算机平台，在不增加额外装置的前提下，不仅能方便地融合GPS和北斗单模测试中频数据，得到GPS和北斗系统联合定位的所要求多模导航数据，而且能够实现不同采样率、分辨率中频数据的融合，增加中频数据来源的多样性和灵活性，通过更换接收机类型，还可以扩展支持其他导航系统数据的融合。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种多模导航数据融合装置，该装置包括数字信号处理模块、采样同步修正模块、数值调整模块和融合模块，数字信号处理模块的输出作为采样同步修正模块的输入，采样同步修正模块的输出作为数值调整模块的输入，GPS和北斗软件接收机得到的信噪比输出作为噪声生成模块的输入，数值调整模块和噪声生成模块的输出一起作为融合模块的输入。一种多模导航数据融合方法，该方法采用上述多模导航数据融合装置，包括步骤如下I)所述数字信号处理模块接收GPS和北斗数字中频数据，分别进行采样率和中频调整，得到调整后的中频数据；2)所述采样同步修正模块接收调整后的数字中频信号，利用GPS和北斗软件接收机分析各自的中频数据，获得接收机采集数据的时间差，并对调整后的中频数据进行采样同步修正，得到同步修正后的中频数据；3)所述数值调整模块对同步修正后的数据浮点化和归一化，得到调整后的中频数据；4)所述噪声生成模块利用GPS和北斗软件接收机得到的信噪比，和用户需求比较，生成相应的噪声数据以改变信噪比；5)所述融合模块对数值调整后的中频数据和附加噪声数据相加并重新量化，得到融合的多模中频数据。所述数字信号处理模块对输入的GPS中频数据和北斗中频数据分别下变频至基带，通过升降频法，将两者采样率调整一致，再通过上变频将两者通带错开。所述采样同步修正模块对输入的调整过的GPS和北斗中频数据用各自的软件接收机进行分析，获得接收机采集数据的时间差，对超前的采样数据进行丢弃，得到采样同步修正后的中频数据。所述数值调整模块对同步修正后的不同分辨率的定点数据进行浮点化，分析其中部分数据，获得数据的功率预期值，将每个浮点数据除以功率预期值的平方根，得到数值归一化的浮点数据。所述噪声生成模块利用GPS和北斗软件接收机测量中频数据的信噪比，和用户需求比较，生成相应的噪声数据以改变信噪比。所述融合模块对数值调整后的浮点数据和噪声数据直接相加，并对数据按扩频信号的优化量化方式进行重新量化，得到融合的多模中频定点数据。本发明所提供的基于通用计算机平台的软件方式实现的多模导航数据融合装置及方法，对GPS和北斗单模导航系统数字中频数据，统一采样率和错开中频；利用GPS和北斗软件接收机分析各自调整后的中频数据，获得接收机采集数据的时间差，并对调整后的中频数据进行采样同步修正，另一方面获得两个系统的信噪比，提供给噪声生成模块；对同步修正后的数据进行数值归一化，统一分辨率；利用噪声生成模块生成用户需要的附加噪声数据，提供给融合模块；附加噪声数据和调整后的两个系统中频数据相加，并重新量化，得到融合后的多模中频数据。本发明的上述技术方案，利用现有的单模测试装置和通用计算机平台，在不增加额外装置的前提下，不仅能方便地融合GPS和北斗单模测试中频数据，得到GPS和北斗系统联合定位的所要求多模导航数据，具有简便性和通用性；而且能够实现不同采样率、分辨率中频数据的融合，增加中频数据来源的多样性和灵活性，通过更换软件接收机类型，还可以扩展支持其他导航系统数据的融合。
图1是本发明的设计原理框图2是本发明的中频调整模块组成框图3是本发明的采样率调整模块组成框图4是本发明的采样同步修正模块组成框图
图5是本发明的数值调整模块组成框图6是本发明的噪声生成模块组成框图7是本发明的融合模块组成框图8是本发明一具体实施例的框图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。图1所示，本发明所公开的一种多模导航数据融合装置，包括依次连接的数字信号处理模块101、采样同步修正模块102、数值调整模块103、噪声生成模块104和融合模块105，数字信号处理模块输出作为采 样同步修正模块的输入，采样同步修正模块的作为数值调整模块的输入，软件接收机的信噪比输出作为噪声生成模块的输入，数值调整模块和噪声生成模块的输出一起作为融合模块的输入。以下是本发明所公开的采用上述装置来对多模导航数据融合方法的详细解释和说明。原始GPS单模导航中频数据是通过射频接收模块采集GPS射频信号得到的，分为实信号和复信号采集两类，采样率在数兆赫兹和数十兆赫兹之间，中频在数兆赫兹；原始北斗数据是通过射频接收模块采集北斗射频信号得到的，采样率在数兆赫兹和数十兆赫兹之间，中频在数兆赫兹。对于GPS系统LI频点的C/A码而言，未量化的各颗卫星中频采样信号表达式如下
权利要求
1.一种多模导航数据融合装置，其特征在于， 该装置包括数字信号处理模块、采样同步修正模块、数值调整模块、噪声生成模块和融合模块，数字信号处理模块的输出作为采样同步修正模块的输入，采样同步修正模块的输出作为数值调整模块的输入，GPS和北斗软件接收机的信噪比输出作为噪声生成模块的输入，数值调整模块和噪声生成模块的输出一起作为融合模块的输入。
2.一种多模导航数据融合方法，该方法采用权利要求1所述的多模导航数据融合装置，包括步骤如下 1)所述数字信号处理模块接收GPS和北斗数字中频数据，分别进行采样率和中频调整，得到调整后的中频数据； 2)所述采样同步修正模块接收调整后的数字中频信号，利用GPS和北斗软件接收机分析各自的中频数据，获得接收机采集数据的时间差，并对调整后的中频数据进行采样同步修正，得到同步修正后的中频数据； 3)所述数值调整模块对同步修正后的数据浮点化和归一化，得到数值调整后的中频数据； 4)所述噪声生成模块利用GPS和北斗软件接收机得到的信噪比，和用户需求比较，生成相应的噪声数据以改变信噪比； 5)所述融合模块对数值调整后的中频数据和附加噪声数据相加并重新量化，得到融合的多模中频数据。
3.根据权利要求2所述的多模导航数据融合方法，其特征在于，所述数字信号处理模块对输入的GPS中频数据和北斗中频数据分别下变频至基带，通过升降频法，将两者采样率调整一致，再通过上变频将两者通带错开。
4.根据权利要求2所述的多模导航数据融合方法，其特征在于，所述数值调整模块对同步修正后的不同分辨率的定点数据进行浮点化，分析其中部分数据，获得数据的功率预期值，将每个浮点数据除以功率预期值的平方根，得到数值归一化的浮点数据。
5.根据权利要求2所述的多模导航数据融合方法，其特征在于，所述融合模块对数值调整后的浮点数据和噪声数据直接相加，并对数据按扩频信号的优化量化方式进行重新量化，得到融合的多模中频定点数据。
全文摘要
一种多模导航数据融合装置及方法，包括对GPS和北斗单模导航系统数字中频数据统一采样率和错开中频；利用其软件接收机分析各自调整后的中频数据，获得接收机采集数据的时间差，并对调整后的中频数据进行采样同步修正，获得两个系统的信噪比，提供给噪声生成模块；对同步修正后的数据进行数值归一化，统一分辨率；利用噪声生成模块生成用户需要的附加噪声数据，提供给融合模块；附加噪声数据和调整后的两个系统中频数据相加，并重新量化，得到融合后的多模中频数据。本发明不仅能方便融合GPS和北斗单模测试中频数据，得到两个系统联合定位所要求的多模导航数据，而且能够融合不同采样率、分辨率中频数据，增加中频数据来源的多样性和灵活性。
文档编号G01S19/48GK103048672SQ201210537280
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者高建南, 许良备, 邓宁, 疏凤, 应忍冬, 刘佩林, 郁文贤 申请人:上海交通大学, 上海美迪索科电子科技有限公司