一种基于FPGA的多模GNSS信号相关方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的多模GNSS信号相关方法和系统，该方法基于现场可编程门阵列，对载波剥离和码相关运算模块进行了资源优化，使得解调模块消耗的查找表个数由8个减少为7个，运行效率提升了20％；同时使得码相关运算模块的资源占用减少了3848个LUT，为FPGA总资源减少了6％。可以节约占用的硬件资源，有助于后续的功能扩展；可以提升运算效率，对信号的量化处理降低了硬件实现的复杂度；利用流水线处理，对于大数据量的情况下处理更加高效。对于大数据量的情况下处理更加高效。对于大数据量的情况下处理更加高效。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的多模GNSS信号相关方法和系统


[0001]本专利技术涉及卫星通信
，特别涉及一种基于FPGA的多模GNSS信号相关方法和系统。

技术介绍

[0002]目前大多数GNSS(Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统)系统中的导航卫星所发射的信号都用了DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum，直接序列扩频)的通信体制，并都采用相位调制的载波调制方式，对于单路的导航信号分量来讲它们都可以按照如下方式表示：
[0003]S
RF
(t)＝A
RF
(t)D[t
‑
τ(t)]C[t
‑
τ(t)]cos[φ(t)][0004]其中，A
RF
(t)为信号幅度；D[t
‑
τ(t)]为该颗卫星广播的导航电文数据码信号，在某些导频信号通道中不含导航点位数据，可认为D[t
‑
τ(t)]＝1；C[t
‑
τ(t)]为扩频序列本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的多模GNSS信号相关方法，其特征在于，包括以下步骤：基于现场可编程门阵列，采用时分复用的方式，在一个物理通道上实现多个逻辑通道以分别处理多个全球导航卫星GNSS系统不同卫星信号数据；生成本地载波并将本地载波的正弦和余弦载波信号量化为由电平值
±
1和
±
2编码；应用流水线处理方式对所述GNSS卫星信号数据进行量化符号判断和查表操作后，与所述量化后的本地载波相乘，得到载波剥离信号数据；计算卫星信号数据时延，将数据时延转换为码片的延迟相位数，并计算所属卫星信号数据的码相位，生成粗测距码C/A码；将所述N路C/A码延迟1ms，分别与载波剥离信号数据相乘，并进行相干累计，得到通道N的GNSS卫星信号相关功率。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多模GNSS信号相关方法，其特征在于，所述采用时分复用的方式，在一个物理通道上实现多个逻辑通道以分别处理多个全球导航卫星GNSS系统不同卫星信号数据，包括：将输入的GNSS卫星信号数据存储在缓存区中，每一段待处理的数据长度为l，单位为ms；将长度为l的卫星信号数据平均分为N份，N为所接收到的卫星信号数据中包含的卫星的个数，并对N段数据进行相关运算；当处理第一颗卫星的数据信号时，将时分开关切换到1，相关通道的载波和C/A码都配置成针对第一颗卫星的数据；当处理完第一颗卫星的数据后，时分开关切换到2，处理第二颗卫星的数据，处理方法与第一颗卫星的处理方法一致；重复以上步骤，直到时分开关切换到N；提取下一个长度为l的数据重复处理，直到所有接收到的卫星信号数据处理完成。3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多模GNSS信号相关方法，其特征在于，所述生成本地载波并将本地载波的正弦和余弦载波信号量化为由电平值
±
1和
±
2编码，包括：由数字信号处理DSP生成不同的载波控制字控制载波振荡器生成本地载波频率，其计算公式如下：其中，f0为本地载波频率，F
CW
为频率控制字，F
dp
为频率控制字为1时的多普勒频移控制字，L为相位累加器的为数，F
CLK
为输入的采样时钟频率；将生成的本地载波频率经过相位阶段后输入到利用IP和存储的正弦和余弦表中，采用+1和+2的量化信号表示正弦信号，用
‑
1和
‑
2的量化信号表示余弦信号。4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多模GNSS信号相关方法，其特征在于，所述载波剥离信号数据，根据如下方式获取：载波剥离使用接收到的卫星信号与本地载波信号相乘的方式，计算公式如下所示：d(t)＝u(t)
·
c(t)其中，d(t)为载波剥离后的信号，u(t)为量化后的GNSS卫星信号；c(t)为正弦或余弦本
地载波信号；将本地载波信号的正弦和余弦载波信号量化为+1和+2、
‑
1和
‑
2；将上述公式化简为如下载波分离公式，对载波信号进行符号和数值判断，即对接收到的信号进行线性处理，得到固定的映射关系：其中，d(t)为载波剥离后的信号，u(t)为量化后的GNSS信号；c(t)为正弦或余弦载波信号。5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多模GNSS信号相关方法，其特征在于，所述计算卫星信号数据时延，将数据时延转换为码片的延迟相位数，并计算所属卫星信号数据的码相位，生成粗测距码C/A码，包括：在直射信号接收机中解算定位结果得到卫星接收机的高度h，跟踪卫星的仰角θ，C/A码的码相位以及卫星的编号；根据如下公式计算卫星信号相对于直射信号的延迟距离ρ
GEO
：ρ
GEO
＝(2h+d)
·
sin(θ)其中，ρ
GEO
为延迟距离，h为接收机天线高度，d为接收机距离卫星距离，θ为入射角；计算延时：τ＝ρ
GEO
/c其中，τ为延时，ρ
GEO
为延迟距离，c为电磁波的传播速度；相位译码器将延迟时间转换为码片的延迟相位数，计算公式如下：NO
pha
＝2πτ/s其中，NO
pha
为码片的延迟相位数，τ为延时，s为C/A码单个码片的长度；计算GNSS卫星信号的码相位，计算公式如下：M＝SVN
pha
‑
NO
pha
其中，SVN
pha
为直射信号C/A码的码相位；NO
pha
为信号相对于直射信号的C/A码码相位延迟数；N为C/A码的最大相位值1022；P为信号的C/A码码相位；根据计算得到的码相位，从ROM中查找两个移位寄存器的初值；当检测到标志位信号线为高电平时，移位寄存器将读取到的值作为初值，并开始产生C/A码；当码序列达到1023个周期并且标志微信号线为低电平时，执行复位操作，将移位寄存器全部置1，等待下一次C/A码生成。6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多模GNSS信号相关方法，其特征在于，所述将所述N路C/A码延迟1ms，分别与载波剥离信号数据相乘，并进行相干累计，得到通道N的GNSS卫星信号相关功率，包括：生成N路延迟C/A码矩阵A
N
×
Z
；将C/A码模块得到的N路量化C/A码组成一个N
×
Z的矩阵，
其元素都为+1或者
‑
1；如下矩阵所示：其中，a、u和q分别表示矩阵元素，Z表示1ms的数据量；根据矩阵A
N
×
Z
改写为如下公式：改写为如下公式：其中，n的取值为1～N；u
n
...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛广月，李博闻，李杰，卢洋洋，
申请(专利权)人：中交信捷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：