一种多卫星导航系统兼容的ＧＮＳＳ信号接收方法及其相关器技术方案

本发明专利技术提出一种多卫星导航系统兼容的ＧＮＳＳ信号接收方法，支持目前的ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、北斗和伽利略卫星导航系统的卫星信号的接收。本发明专利技术还公开一种多卫星导航系统兼容的ＧＮＳＳ信号接收相关器，它由Ｎ个多系统相关通道，每个多系统相关通道主要包括载波ＮＣＯ、码ＮＣＯ、伪随机码产生器以及积分与清零模块。码ＮＣＯ输出用于触发伪随机码产生器的脉冲序列，同时产生同速率的方波信号，作为ＢＯＣ（１，１）信号解调方式中的副载波信号，伪随机码产生器最多可产生１４级伪随机码，积分与清零模块具有溢出保护功能，提高了可靠性。多卫星导航系统兼容的ＧＮＳＳ信号接收相关器可兼容四大卫星导航系统，有效提高导航定位的可靠性和连续性，显著降低单系统导航的使用风险。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星通信
，涉及GNSS接收机的信号接收方法，尤其涉及一种 多卫星导航系统兼容的卫星信号接收方法及其接收机的相关器模块。
技术介绍
全球导航卫星系统(GNSS)已经广泛应用于车载导航，便携式导航仪，无线通信设 备中，各大移动通信服务商也在积极开发基于定位服务(LBS)的应用，为用户提供有效、可 靠的基于定位功能的多种服务。这要求各种通信导航设备中的GNSS接收机在各种环境 下，能够连续的导航定位。一般而言，至少需要接收到4颗卫星的信号才能完成导航定位， 但是，在都市区或密林中，由于受到高楼大厦或稠密的植被的遮蔽，卫星信号受到阻碍或衰 减，可见卫星数目急剧减少，从而导致导航定位的中断。现有GNSS接收机大多是GPS接收机，只能接收GPS卫星导航系统的信号。现在 GPS系统包括30颗可用卫星，在空旷的地方，平均可以接收到8颗卫星信号，但是如果是在 都市区内，由于两侧的高楼大厦的遮蔽，可接收卫星数目会急剧减少，如果可接收卫星数目 小于4颗，就无法定位。目前全世界有四个全球导航卫星系统已建成的美国GPS系统和俄罗斯GL0NASS 系统，预计在2011年达到额定M颗星，在建中的欧盟的伽利略系统，预期在2013年完成部 署，投入运行，星座卫星数量达到30颗，以及在建中的中国第二代的北斗系统，预期在2010 年建成，数量为12颗卫星，并预期在2020年建成全球导航卫星系统，星座卫星数量为30 颗。面对全球导航卫星系统的发展趋势，可用卫星数目会增加到100多颗，世界各国 十分关注具有同时接收多个卫星导航系统信号能力的研发，那样即使在复杂的接收环境 中，也能保证在有限的天空中有更多的来自不同系统的卫星信号可供选择应用，不言而喻， GNSS接收机的导航定位信号会更加连续，因而，GNSS接收机的研究开发会更加热络。众所周之，采用单一卫星导航系统，存在下列技术风险和人为控制风险一是系统 服务的可靠性存在不稳定因素，任何一个系统都不可能确保万无一失；二是系统应用受到 多种外界条件的限制，定位的稳定性有时难以保证；三是系统的安全性直面国际大环境的 挑战。因此，兼容多个卫星导航系统，充分利用各个系统的互操作性，提高了导航定位的可 靠性和稳定性，不仅可以最大限度的降低系统应用风险，而且能够显著提高定位性能指标。然而，多卫星导航系统的兼容技术面临诸多的难题首先，上述的四大卫星导航系 统的信号结构不同，比如GPS的C/A码信号采用的BPSK调制方式，而伽利略的粗码信号采 用的是B0C(1，1)调制方式。GL0NASS采用的一个9级的M序列作为扩频码，而其他3个卫 星导航系统采用的是两个M序列组合的扩频码。其次，系统信号结构的不同必然导致系统 解扩码技术的差异。另外，多卫星导航系统的兼容设备在硬件规模和产品价位等方面又会 受到用户方的制约。因此，多卫星导航系统兼容的GNSS信号接收方法必须解决多种信号结7构的兼容、多种系统解扩码技术的兼容、多卫星导航系统的性能和价位的兼顾等问题。显而 易见，多卫星导航系统的兼容技术存在相当大的技术难度。鉴于全球导航卫星系统的发展，GNSS接收技术研究方兴未艾，已有技术的接收机 相关器只能接收一种卫星信号。专利号201152895，名称为“一种GPS信号相关器”的专利， 提出一种GPS信号相关器，只能接收GPS卫星信号。专利号CN1285045，名称为“数字相关 器”的专利，提出了一种GPS和GL0NASS的伪噪声信号接收机的数字相关器，可以接收GPS 和GL0NASS卫星信号，但是不能接收伽利略系统和北斗系统的卫星信号。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决已有技术采用单一卫星导航系统而存在的单一性、稳定性和 可靠性较差的问题，以及克服已有技术存在的上述缺陷，提出了一种多系统兼容的GNSS信 号接收方法，还提出采用该方法构成接收机的相关器模块。一、多系统信号结构的兼容分析卫星导航接收机接收到的数字中频信号r(t)表示式为r(t) = A · cs(t) · c(t) · D(t) · cos(2 π ft+θ )(1)式中，时间t = η · Ts, Ts为数字中频信号的采样时间间隔，η为整数序列；A为接 收到信号的幅度；cs(t)为接收到信号的副载波调制对于BPSK调制，cs (t)为常数1 ；对于 BOC(Ll)调制，cs (t)为一个方波，其电平1表示为逻辑1，电平0表示为逻辑-1 ；c(t)为 接收到信号的扩频码对于GL0NASS卫星导航系统，共用一个扩频码；对于其他卫星导航系 统，每个系统信号都有各自唯一的扩频码，电平1表示为逻辑1，电平0表示为逻辑-1 ；D (t) 为接收到的信号中包含的数据；cos (2 π ft+ θ )为被调制的载波，式中f为载波中心频率， θ为载波相位。二、从数字中频信号中提取数据D (t)卫星导航接收机从数字中频信号中提取数据D (t)需要完成以下步骤1)配置相关器(1)配置相关器模块相关器模块包括若干个相关器通道，每个相关器通道由乘法器、载波NC0、码NC0、 调制制式选择器、伪随机码产生器、积分与清零电路以及累加数据寄存器组成；(2)配置相关器通道组卫星导航接收机(简称接收机)配置的相关器具有若干个相关器通道；2)锁存中频信号对输入的中频数字信号进行锁存，并输出到各个相关器通道；3)产生基带信号(1)接收机的载波NCO包括相位累加器和正弦波映射表两部分。(2)载波NCO受频率控制字控制生成相应的复数正弦波；(3)相位累加器不断累加频率控制字，如果超出字长限制，自动溢出，并且继续累 加；(4)相位累加器的高3位作为量化后的载波相位，通过查表得到对应的相差90度 的两个正弦波，组成一对正交的复数载波信号；(5)通过控制载波NCO的频率控制字来产生与输入中频信号同频率的复数载波 信号；该复数载波信号要与输入信号的中心频率相同，并且要与输入信号的载波相位相同； 复数载波信号表示为Jexp (_j2 JifnTs-θ )其中f是载波NCO输出载波信号的中心频率， θ是载波的初始相位。(6)中频数字信号与载波NCO产生的复数载波信号相乘，得到中频数字信号下变 频处理所得的基带信号Χ (η)，X (η)表示为χ (n) = 2 · r (nTs) exp (-j2 π fnTs-j θ )(2)将式⑴代入式⑵中，由于后续的信号处理有低通滤波，滤除中频数字信号中的 高频分量可以忽略，故基带信号x(n)化简为式(3)χ (n) = A · cs (nTs) · c (nTs) · D (nTs)(3)。4)伪随机码解扩(1)控制码NCO产生与输入中频信号同速率f。的脉冲序列，以及与脉冲序列周期 相同的方波信号CS(IiTs)，其中Ts为脉冲序列的脉冲宽度，方波信号的占空比为50% ；(2)由上述产生的脉冲序列触发伪随机码产生器，产生速率为f。的伪随机码序列 c(nTs-T)，其中τ为时间延迟；同时，产生定时信号，其周期等于伪随机码序列的周期；(3)计算解扩码对于B0C(1，1)调制信号，将方波信号CS(IiTs)和伪随机码序列相乘，得到的解扩 码为 cs (nTs) c (riTs- τ )；对于BPSK调制信号，可忽略方波信号，伪随机码直接形成为解扩码c本文档来自技高网...

【技术保护点】
多卫星导航系统兼容的ＧＮＳＳ信号接收方法，它包括以下步骤：１）接收多卫星导航系统数字中频信号（１）设置若干个多系统相关器通道；（２）输入的多卫星导航系统数字中频信号经由锁存器锁存后输入到每个多系统相关器通道；２）基于同频复数载波的基带信号生成（１）控制载波ＮＣＯ产生与输入中频信号同频率的复数载波；（２）由本步骤２）之（１）载波ＮＣＯ产生的复数载波与锁存的数字中频信号相乘，得到下变频处理后的基带信号ｘ（ｎ）；３）按多卫星导航系统体制选择相应伪随机码的解扩（１）控制码ＮＣＯ产生与输入中频信号的扩频码同速率的脉冲序列，同时产生与脉冲序列周期相同的方波信号；（２）采用可编程配置兼容多系统的伪随机码产生器产生伪随机码；（３）由步骤３）之（１）产生的脉冲序列，驱动伪随机码产生器产生与输入扩频码同速率的伪随机码序列，同时产生定时信号，其周期等于伪随机码序列的周期；（４）选择解扩码算式对两种体制的调制信号设置调制控制字，通过调制控制字来控制选择解扩码算式，得到解扩码：对于ＢＯＣ（１，１）调制信号，解扩码算式为方波信号和伪随机码序列相乘，得到解扩码；对于ＢＰＳＫ调制信号，解扩码算式为伪随机码序列，伪随机码序列直接成为解扩码；（５）计算得到解扩的基带信号由步骤２）之（２）生成的基带信号ｘ（ｎ）与步骤３）之（４）得到的解扩码相乘，得到解扩的基带信号；４）积分与清零处理（１）低通滤波，解扩的基带信号经低通滤波器，滤除步骤３）之（５）得到的解扩基带信号中携带的高频分量；（２）由步骤３）之（３）产生的定时信号作为控制积分的时间间隔；（３）在每个积分时间间隔内，采用带溢出检测的累加器，把解扩得到并滤除高频分量的解扩基带信号进行累加，累积信号能量，放大基带信号幅度，提高信噪比；（４）积分完成后，把累加数据存储到累加数据寄存器中，即接收到的卫星信号数据；同时清零累加器，准备下一个时间间隔的积分。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何文涛，徐建华，殷明，
申请(专利权)人：杭州中科微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]