卫星导航信号多分量间功率配比和载波相位关系调整方法与流程

本发明涉及卫星导航技术，特别是一种卫星导航信号多分量间功率配比和载波相位关系调整方法。

背景技术：

卫星导航信号在单个频点内部存在多个信号分量，卫星导航信号生成过程中，将多个信号分量通过固定的恒包络查找表合成为一路正交的复信号，然后通过正交调制实现导航信号的生成，该方法存在如下缺点：

(1)通过固定的恒包络查找表实现将多个信号分量复合为一路信号，无法实现信号分量之间的功率配比和载波相位关系的调整；

(2)固定的恒包络查找表易受到空间单粒子翻转的影响，查找表是导航信号生成中的单点，一旦查找表被单粒子打翻，则下行导航信号生成产生错误，导致导航服务功能中断，该问题可通过三模冗余解决，但是采用通用的三模设计方法对关键寄存器进行加固，无法实现错误纠正功能，导致恒包络查找表的单粒子翻转在轨累积，当某一比特累积出现两位单粒子翻转错误时，导航信号生成产生错误。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了卫星导航信号多分量间功率配比和载波相位关系调整方法，解决了无法实现信号分量之间的功率配比和载波相位关系的调整，某一比特累积出现两位以上单粒子翻转错误时，导航信号生成产生错误的问题，能够灵活调整导航信号多个信号分量之间的功率配比和载波相位关系，具有可靠性高、不易受到单粒子翻转影响的优点。

本发明的技术解决方案是：卫星导航信号多分量间功率配比和载波相位关系调整方法，包括如下步骤：

(1)在地面产生恒包络查找表；所述的恒包络查找表包括卫星导航信号所有分量间的功率配比和载波相位，能够根据卫星导航信号单个频点存在的多个信号分量生成一路正交的复信号，并进行正交调制得到导航信号；

(2)将恒包络查找表上注至导航信号生成载荷，控制导航信号生成载荷使用带有反馈支路的三模冗余接收锁存电路接收并存储恒包络查找表，然后将恒包络查找表置入FPGA内部Slice；所述的带有反馈支路的三模冗余接收锁存电路为带有反馈支路的接收锁存电路的三模冗余设计，实现将恒包络查找表三模判决结果反馈至带有反馈支路的三模冗余接收锁存电路的输入端，使用恒包络查找表三模判决结果对输入信号恒包络查找表进行校正；所述的接收锁存电路为通过FPGA内部的D触发器、LUT实现，实现对恒包络查找表的接收功能；

(3)控制导航信号生成载荷使用恒包络查找表生成导航信号；

(4)当需要更改卫星导航信号分量间的功率配比和载波相位时，产生新的恒包络查找表并上注至卫星信号生成载荷，然后转入步骤(2)。

所述的带有反馈支路的接收锁存电路的方法包括如下步骤：

(1)找出接收锁存电路所有的触发器；

(2)将接收锁存电路触发器的置位关口断开，然后将置位端口连接低电平；

(3)将D触发器的输出信号接FPGA中LUT的输入端口，实现CPU置入；

(4)修改LUT的真值表，直至当写入FPGA的控制信号有效且地址正确时，LUT输出为地面置入的信号，当写入FPGA的控制信号无效或地址不正确时，LUT输出为输入端口1的电平，然后将LUT输出端口接D触发器的输入端口。

所述的有反馈支路的三模冗余接收锁存电路采用TMRTool工具。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过在恒包络查找表中增加注入接口，在不中断卫星导航信号的情况下允许地面通过注入指令参数的方式更改查找表的内容，解决了地面控制系统无法更改导航卫星的恒包络查找表的问题，实现了多个信号分量之间的功率配比和载波相位关系的灵活调整；

(2)本发明通过对带有反馈支路的电路进行三模冗余设计，解决了单粒子翻转后的纠正问题，当恒包络查找表因为单粒子翻转时可以进行纠正，单粒子翻转不会累积，保证了导航信号的稳定连续播发。

附图说明

图1为本发明一种卫星导航信号多分量间功率配比和载波相位关系调整方法原理流程图；

图2为普通恒包络查找表的FPGA接收和存储电路；

图3为普通恒包络查找表的FPGA接收和存储电路的全三模冗余设计；

图4为普通恒包络查找表的FPGA接收和存储电路的部分三模冗余设计；

图5为带有反馈支路的恒包络查找表的FPGA接收和存储电路；

图6为带有反馈支路的恒包络查找表的FPGA接收和存储电路的全三模或部分三模冗余设计电路。

具体实施方式

本发明克服现有技术的不足，提出一种卫星导航信号多分量间功率配比和载波相位关系调整方法，解决了无法实现信号分量之间的功率配比和载波相位关系的调整，某一比特累积出现两位以上单粒子翻转错误时，导航信号生成产生错误的问题，能够灵活调整导航信号多个信号分量之间的功率配比和载波相位关系，具有可靠性高、不易受到单粒子翻转影响的优点，下面结合附图对本发明方法进行说明。

如图1所示为本发明公开的卫星导航信号多分量间功率配比和载波相位关系调整方法流程图，包括以下步骤：

(1)导航信号生成载荷预存一份恒包络查找表，实现导航信号的多个信号分量复用。假设本发明方法中信号分量的个数为N，则恒包络查找表的行数为2^N行，列数为1列；每个信号分量的电平为+1或-1，因此每个信号分量可采用1bit二进制数表示；N个信号分量可采用N个二进制数表示；在某一时刻，每一个信号分量均为某一固定状态(+1或-1)，N个信号分量所组成的二进制数为m＝0～2^N-1之间的任意一个数，该数对应恒包络查找表中的第m行第1列的内容。恒包络查找表以信号分量之间的功率配比和载波相位关系为输入条件，利用成熟技术，例如POCET算法，产生行数为2^N行，列数为1列的表格。

(2)如果地面用户需要更改多个信号分量的载波相位关系和功率配比，生成新的恒包络查找表，并利用地面控制系统向导航卫星注入新的恒包络查找表；

(3)导航信号生成载荷接收新的查找表，按照顺序置入FPGA中。

(4)FPGA接收恒包络查找表后，存储在FPGA内部Slice中，设计带有反馈支路的电路实现恒包络查找表的接收和存储。

(5)对上述带有反馈支路的电路进行部分三模冗余设计；本发明方法中的三模冗余设计过程采用TMRTool工具实现。

(6)通过设计电路检验是否实现三模判决结果反馈至输入端，保证三模判决结果对输入信号进行校正，实现1比特单粒子翻转的纠正。

(7)地面注入的查找表取代原有的查找表，实现导航信号恒包络调制。

步骤(4)中的带有反馈支路的电路的实现方法，包括如下步骤：

(1)在导航卫星有效载荷的CPU接收地面注入的恒包络查找表，然后将该查找表的内容转发给FPGA；

(2)FPGA实现从CPU中接收恒包络查找表数据的电路；

(3)找出该部分电路中所有的触发器；

(4)图2所示为普通恒包络查找表的FPGA接收和存储电路，该电路可实现接收地面注入的恒包络查找表功能，对该部分电路进行全三模冗余设计，得到如图3所示的电路，如图3所示为普通恒包络查找表的FPGA接收和存储电路的全三模冗余设计；对该部分电路进行部分三模冗余设计，得到如图4所示电路，如图4所示为普通恒包络查找表的FPGA接收和存储电路的部分三模冗余设计；可以看出，图3和图4所示的三模冗余设计仅对LUT查找表电路和D出发器电路进行了三模冗余设计，没有反馈修正功能，如果出现了单粒子翻转，会导致错误bit随时间的累积。

(5)将触发器的置位关口断开，然后将置位端口连接低电平。

(6)将D触发器的输出信号接入FPGA内部的LUT的输入端口1，利用反馈回路实现CPU置入功能，如图5所示为带有反馈支路的恒包络查找表的FPGA接收和存储电路。

(7)修改LUT的真值表的内容，实现如下功能：

如果CPU写入FPGA的控制信号有效且地址正确，则LUT输出为地面置入的信号；如果CPU写入FPGA的控制信号无效或地址不正确，则LUT输出为输入端口1的电平。

(8)将LUT输出接入D触发器的输入端。

如图2所示为普通恒包络查找表的FPGA接收和存储电路，对该电路进行全三模冗余设计，得到如图3所示的电路，对该电路进行部分三模冗余设计，得到如图4所示的电路。图3、图4虽然进行了三模冗余设计，但是由于没有反馈回路，无法实现单粒子翻转的修正，如图6所示为带有反馈支路的恒包络查找表的FPGA接收和存储电路的全三模或部分三模冗余设计电路，图6由于存在反馈回路，三模冗余后仍存在反馈回路，可实现单粒子翻转的修正。可以看出，无论是全三模冗余设计还是部分三模冗余设计方法，对关键寄存器进行加固，均无法实现错误纠正功能，导致恒包络查找表的单粒子翻转在轨累积，当某一比特累积出现两位单粒子翻转错误时，导航信号生成产生错误。

如图5所示为带有反馈支路的恒包络查找表的FPGA接收和存储电路，对该电路进行全三模冗余或部分三模冗余设计，得到如图6所示电路。可以看出，该电路将三模冗余后的输出结果回馈回输入端，对输入端的单粒子翻转故障进行校正，保证了单粒子翻转不会随时间累积。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。