卫星定位信号的实时处理方法技术

本发明专利技术公开了一种卫星定位信号的实时处理方法，该方法事先生成一维的累加表、二维的正／余弦表和三维的伪随机码表并存储，在进行卫星定位信号处理的时候通过查找表的方法得到本地载波和伪随机码，使用位异或操作完成卫星信号与本地载波和伪随机码的混合，混合后的结果直接输入累加表，将查表结果进行累加得到相关结果，根据相关结果进行捕获、跟踪和解调处理。本发明专利技术使用查找表和位操作方法，省去了实时生成本地载波和伪随机码所花费的时间，大大减少了进行相关运算的时间，能够用极小的运算量，完成卫星定位信号的捕获、跟踪和解调处理，适用于各种需要进行实时处理的卫星定位信号处理平台。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于导航定位的信号接收与处理
，具体指GPS (全球定位 系统)。该专利技术方法适用于地面、临近空间、机 载/星载等定位信号的软件接收系统实时处理与应用开发领域。
技术介绍
卫星定位信号使用伪随机码对导航电文进行扩频调制，并将扩频后的电文 信息以BPSK方式调制到高频载波上。为了得到有用的导航信息，用户需要对接 收到的卫星信号进行捕获、跟踪和解调等一系列处理。这些处理的核心思想是 用本地产生的载波和伪随机码与接收到的卫星信号进行相关运算，以完成对卫 星信号的解扩和解调。传统的硬件接收处理系统，使用专用的基带处理芯片ASIC，对卫星信号进 行解扩和解调，本地载波和伪随机码信号通过晶振驱动ASIC中的硬件电路产生。 硬件接收处理系统由于采用专用芯片进行处理，系统功能一经设定，就基本不 能再进行改变，系统的可升级性、可修改性以及可移植性都较差。近年来，受软件无线电思想的影响，越来越多的卫星定位信号接收处理系 统采用软件架构实现。采用软件架构实现的软件接收系统，仅需要一个射频前 端和一个A/D采样器，采样后的中频卫星信号使用数字信号处理的方法进行信号解扩和解调。软件接收处理系统与传统的硬件接收系统相比更具灵活性，可以 在不改变硬件设计的情况下很容易开发新的算法、增加新的功能。而且由于软 件接收处理系统的硬件部分简单，软件部分可以运行于一般的通用处理器上(如计算机、DSP、 ARM等)，因此软件接收系统可以很方便的与其它系统进行整合。 然而目前大部分的卫星定位信号软件接收处理系统，都使用后处理方式。因为 这些系统需要在处理时产生本地载波和伪随机码，并将本地载波和伪随机码与 输入的中频卫星数据进行逐点相乘并相加，来得到相关结果。以上操作以处理 lms的GPS中频数据为例，若射频前端的中频采样频率是12MHz，则需要产生 各包含12000个数据点的本地正弦载波、余弦载波、即时码、超前码、滞后码， 并将GPS中频数据与本地载波和伪随机码进行相乘与相加，需要进行12000x6 次乘加操作。为了进行实时定位，至少需要4个通道对GPS信号进行并行处理， 以上运算需要重复4次，而且这些运算需要在lms内完成，才能保证对信号进 行实时处理。如此巨大的运算量，使得软件接收处理系统难以进行实时处理。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，它能够用极小的 运算量，完成卫星定位信号的捕获、跟踪和解调处理，解决定位信号软件接收 处理系统难以进行实时处理的技术问题。本专利技术的具体步骤如下(1)生成一维累加表、二维正/余弦表和三维伪随机码表。三张表只需要 产生一次，并存储下来，下次进行处理时只需要读取这三张表，而不需要再次 产生。二维正/余弦表的第一维对应载波频率，第二维对应正/余弦采样值。正/ 余弦表的产生方法是正/余弦信号以A/为频率步长，以数字中频卫星信号的中频IF为中心频率点，存储-10kHz 10kHz之间一个毫秒的正/余弦采样值，如 公式1所示<formula>formula see original document page 5</formula> (1)sin = sin(2;r Fc . / Fs)其中<formula>formula see original document page 5</formula>为本地载波频率，Fs为采样频率，=0，l,2.....(N-l)， N为lms的采样点数。三维伪随机码表的第一维对应伪随机码的类型(即时、超前、滞后三种)， 第二维对应伪随机码的起始相位，第三维对应伪随机码的采样值。伪随机码表 的产生方法是伪随机码以l/m个采样点为相位步长，存储初始相位从0 4个 采样点的即时(CA — prompt)、超前(CA — early)和滞后(CA — late )伪随机码一个毫 秒的采样值，如公式2所示<table>table see original document page 5</column></row><table>其中CA()为伪随机码函数，F^为伪随机码频率，Fs为采样频率，r为码起始相位r = ixFCA /(mxFs),i = 0,1,…4xm ， = 0,1,2….,(N-l),N为lms的采样点数。正/余弦采样值以及即时(CA—prompt)、超前(CA」arly)和滞后(CAJate)伪随 机码采样值都是用lbit量化补零成2bit，如表1所示，即量化值作为符号位，补 一个零作为幅值位，并且将4个采样值存储成一个字节。表l:正/余弦和伪随机码的补零方式<table>table see original document page 6</column></row><table>(2)读取一个周期的2bit量化的数字中频卫星信号，将数字中频信号与 本地的正/余弦载波进行混合，得到混合后的正交信号(I)/同相信号(Q)。(3)将混合后的正交信号和同相信号，再与本地超前(E)、滞后(L)和即时(P) 码进行混合，混合后的信号查累加表并将查表结果进行累加，得到同相超前 (I_E)、同相滞后CLU、同相既时(1—P)和正交超前(Q—E)、正交滞后(Q—L)、 正交即时(Q—P)，共六个相关累加结果。其中步骤(2)和步骤(3)中的混合操是以字(word)为单位进行位异或运算， 即用一个字(word)的待混合信号与一个字(word)的本地信号进行位异或，得到 一个字(word)的混合结果， 一个字包含了8个数据点。因此一次位异或运算完成了8个数据点的混合，提高了运算效率。(4) 根据步骤(3)得到的六个相关累加结果进行捕获、跟踪和解调处理。(5) 重复步骤(2)(3)(4)，对数字中频卫星信号进行连续的、实时的处理。 本专利技术的创新点在于(1)使用事先生成二维正/余弦表和三维伪随机码表的方法，在进行定位 信号处理的时候，本地载波和伪随机码只需要通过查表的方法得到，省去了即 时产生本地载波和伪随机码的大量运算。(2) 二维正/余弦表中的正/余弦采样值和三维伪随机码表中的码采样值， 都是用lbit量化，补零为2bit， 4个值存储成1个字节。使用这种结构方法， 只需要用位异或操作就能完成卫星信号与本地载波、伪随机码的混合。提高了 混合操作效率。而且这种结构方法将符号位和幅值位存储在一起，因此混合后 的结果可以直接查累加表，而不需要将符号和幅值进行重新组合后再査累加 表。本专利技术的技术效果省去了即时产生本地载波和伪随机码所花费的巨大运算量，使用位异或操 作实现卫星信号与本地载波、伪随机码的混合，大大减少了卫星定位信号处理 中核心的相关运算所需要的时间，解决了卫星定位信号软件接收处理系统的实 时性差的问题。应用本专利技术的方法在计算机平台上成功实现了用软件对输入的 GPS卫星定位信号进行实时处理，并且软件运行时只占用了少量的CPU和内存 资源。 附图说明图1是卫星定位信号处理框图。图2是累加表结构图。图3是正/余弦查找表结构图。 图4是伪随机码査找表结构图。 图5是信号混合操作图。 具体实施例方式下面结合附图和实施实例对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星定位信号的实时处理方法，其特征在于它包括以下步骤：Ａ．生成一维累加表、二维正／余弦表和三维伪随机码表；Ｂ．读取一个周期的２ｂｉｔ量化的数字中频卫星信号，将数字中频信号与本地的正／余弦载波进行混合，得到混合后的正交信号（Ｉ）／同相信 号（Ｑ）；Ｃ．将混合后的正交信号和同相信号，再与本地超前（Ｅ）、滞后（Ｌ）和即时（Ｐ）码进行混合，混合后的信号查累加表并将查表结果进行累加，得到同相超前（Ｉ＿Ｅ）、同相滞后（Ｉ＿Ｌ）、同相既时（Ｉ＿Ｐ）和正交超前（Ｑ＿Ｅ）、正交滞后（Ｑ＿ Ｌ）、正交即时（Ｑ＿Ｐ），共六个相关累加结果；Ｄ．根据步骤Ｃ得到的六个相关累加结果进行捕获、跟踪和解调处理；Ｅ．重复步骤Ｂ、Ｃ、Ｄ，对数字中频卫星信号进行连续的、实时的处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓江平，张雷，王建宇，舒嵘，易炯，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]