專利名稱：基于DLL-Rake跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于定位導(dǎo)航領(lǐng)域，涉及衛(wèi)星定位和通信技術(shù)的交叉應(yīng)用學(xué)科，具體涉及一種基于DLL-Rake (DLL 碼延遲鎖定環(huán)路)跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
多徑信號是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收機(jī)定位的主要誤差源，它對到達(dá)GNSS 接收機(jī)中的直達(dá)信號造成嚴(yán)重干擾，從而導(dǎo)致接收機(jī)的環(huán)路跟蹤誤差和測距誤差，甚至導(dǎo)致衛(wèi)星信號失鎖。因此，處理多徑信號具有非常重要的作用。Rake技術(shù)作為一種提高通信接收機(jī)性能的多徑信號處理方法，已廣泛應(yīng)用于寬帶碼分多址(WCDMA)通信系統(tǒng)。但是由于通信系統(tǒng)接收機(jī)和GNSS接收機(jī)有很大的差別，Rake技術(shù)在GNSS接收機(jī)系統(tǒng)中一直沒有得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于DLL-Rake跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠利用Rake技術(shù)對多徑信號進(jìn)行處理，不僅能提高接收機(jī)的定位精度，還可以利用Rake結(jié)構(gòu)的多相關(guān)器來提高接收機(jī)捕獲衛(wèi)星信號的速度。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
基于DLL-Rake跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)系統(tǒng)，包括基帶處理芯片模塊和GNSS射頻處理芯片模塊，所述基帶處理芯片模塊由12個通道的相關(guān)器模塊和MicroBlaze軟核處理器模塊組成，每個通道的相關(guān)器模塊都從GNSS射頻處理芯片模塊讀取GNSS數(shù)字中頻信號；相關(guān)器模塊利用Rake技術(shù)將每個通道的相關(guān)器分成兩個支路，相關(guān)器模塊將兩個支路對衛(wèi)星信號的相關(guān)累加值以及原始測量值傳送給MicroBlaze軟核處理器模塊，MicroBlaze軟核處理器模塊將根據(jù)相關(guān)累加值控制相關(guān)器模塊，調(diào)整其載波環(huán)路和碼環(huán)路，使系統(tǒng)工作在不同的狀態(tài)，并根據(jù)原始測量值解算PVT信息。本發(fā)明的有益效果是在本發(fā)明基于DLL-Rake跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)中，包括12個衛(wèi)星通道，各個通道在開通的情況下同時進(jìn)行工作；工作過程中，每個通道內(nèi)有 I、Π兩個支路，分別對該通道衛(wèi)星的直達(dá)信號和多徑信號進(jìn)行跟蹤，從而使直達(dá)信號和多徑信號有效地分離，去除了多徑信號對直達(dá)信號的影響，減小測量誤差，提高定位精度；此外，兩個支路分別有三個相關(guān)器來實現(xiàn)對信號的跟蹤，是普通接收機(jī)相關(guān)器數(shù)量的兩倍，在捕獲過程中控制II支路的工作模式，使系統(tǒng)能充分利用這些相關(guān)器，并行捕獲衛(wèi)星信號，從而顯著提高接收機(jī)捕獲衛(wèi)星的速度。


圖1是本發(fā)明基于DLL-Rake跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本發(fā)明的DLL-Rake跟蹤環(huán)路結(jié)構(gòu)圖3是本發(fā)明的衛(wèi)星通道的工作流程3圖4是本發(fā)明的衛(wèi)星捕獲電路示意圖。圖中1、基帶處理芯片模塊，2、CNSS射頻處理芯片模塊，3、相關(guān)器模塊，4、 MicroBlaze軟核處理器模塊，5、相關(guān)器內(nèi)部II支路，6、相關(guān)器內(nèi)部I支路，7、本地1徑信號發(fā)生器，8、本地2徑信號發(fā)生器，9、2徑載波跟蹤環(huán)路，10、1徑載波跟蹤環(huán)路，11、2徑碼跟蹤環(huán)路，12、1徑碼跟蹤環(huán)路，13、環(huán)路控制模塊，14、定位解算模塊，15、積分清零器，16、信號檢測控制器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明基于DLL-Rake跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)系統(tǒng)，包括基帶處理芯片模塊1和GNSS射頻處理芯片模塊2，所述基帶處理芯片模塊1由FPGA芯片實現(xiàn)，包括12 個通道的相關(guān)器模塊3和MicroBlaze軟核處理器模塊4，相關(guān)器模塊3由DLL-Rake跟蹤環(huán)路構(gòu)成，每個通道的相關(guān)器模塊3都從GNSS射頻處理芯片模塊2讀取GNSS數(shù)字中頻信號； 相關(guān)器模塊3利用Rake技術(shù)將每個通道的相關(guān)器分成兩個支路旦體結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖 2中的相關(guān)器內(nèi)部I支路6和相關(guān)器內(nèi)部11支路5分別表亍I支路和i i支路，用于處理1徑信號和2徑信號。I支路讀取GNSS射頻處理芯片模塊2的數(shù)字中頻信號后，減去本地2徑信號發(fā)生器8產(chǎn)生的本地復(fù)現(xiàn)2徑信號，然后經(jīng)過1徑載波跟蹤環(huán)路10和1徑碼跟蹤環(huán)路12，得到的相關(guān)累加值提交給環(huán)路控制模塊13，用于環(huán)路控制；獲得的已去除多徑信號影響的原始測量數(shù)據(jù)提交給定位解算模塊14，進(jìn)行定位解算。I支路有兩種工作模式一 Mll和M12，在 Mll模式下Ii支路沒有跟蹤上2徑信號，此時I支路直接處理GNSS射頻處理芯片模塊2給出的數(shù)字中頻信號，不需要減去2徑信號；在M12模式下，II支路跟蹤上2徑信號，此時才需要先減去2徑信號，再進(jìn)行信號處理II支路讀取GNSS射頻處理芯片模塊2的數(shù)字中頻信號后，減去本地1徑信號發(fā)生器7產(chǎn)生的本地復(fù)現(xiàn)1徑信號，然后經(jīng)過2徑載波跟蹤環(huán)路9 和2徑碼跟蹤環(huán)路11，獲得的2徑信號相關(guān)累加值提交給環(huán)路控制模塊13，用于環(huán)路控制。 II支路也有兩種工作模式一 M21和M22，在M21模式下，該通道還沒有捕獲到指定的衛(wèi)星， 此時II支路不需要減去1徑信號，該支路的三個相關(guān)器與I支路的三個相關(guān)器同時進(jìn)行衛(wèi)星信號的并行搜索；在M22模式下，I支路跟蹤上1徑信號，此時才需要先減去1徑信號，再進(jìn)行2徑信號的處理。相關(guān)器模塊3將兩個支路的相關(guān)累加值以及I支路的原始測量值提交給MicroBlaze軟核處理器模塊4，該平臺上運行的軟件將根據(jù)相關(guān)累加值控制相關(guān)器模塊 3，調(diào)整其載波環(huán)路和碼環(huán)路，使系統(tǒng)工作在不同的狀態(tài)，并根據(jù)原始測量值解算PVT (PVT Position、velocity、Time，位置、速度、時間)信息，其流程如圖3所示。具體處理步驟如下
1) 1徑信號捕獲系統(tǒng)有12個衛(wèi)星通道，每個通道有I和II兩個支路，每個支路有三個相關(guān)器。在該狀態(tài)下，I和II兩個支路分別工作在Mll和M21模式，此時六路相關(guān)器并行搜索衛(wèi)星信號，彼此之間的碼相位間隔是半個碼片，如圖4所示。圖中C為本地復(fù)現(xiàn)的載波信號，El, Pl和Ll是I支路產(chǎn)生的三路CA碼信號，E2, P2和L2是II支路的三路信號。將積分清零器15運算得到的六路相關(guān)值提交到信號檢測控制器16進(jìn)行判決，如果任意相鄰兩路超過門限，則進(jìn)入下一狀態(tài)，否則信號檢測控制器16將調(diào)整本地CA碼發(fā)生器或載波發(fā)生器，搜索其他的單元格。2) 1徑信號確認(rèn)在超過門限的單元格繼續(xù)做10次相關(guān)運算，若其中8次超過門限，則調(diào)整本地碼發(fā)生器，使I支路Pl相關(guān)器的值最大，并進(jìn)入下一狀態(tài)；否則返回1徑信號捕獲狀態(tài)。3) 1徑信號微調(diào)逐漸調(diào)整載波環(huán)路和碼環(huán)路的帶寬，1秒鐘后，判斷跟蹤誤差是否低于門限，如果低于門限，則進(jìn)入下一個狀態(tài)；否則返回1徑信號捕獲狀態(tài)。4) 1徑信號跟蹤如果跟蹤的衛(wèi)星信號可用，則穩(wěn)定跟蹤2分鐘后進(jìn)入下一狀態(tài)； 否則返回1徑信號捕獲狀態(tài)。5) 2徑捕獲&1徑跟蹤控制Π支路，使其工作在Μ22模式下。此時，該支路先從 GNSS射頻處理芯片模塊2給出的數(shù)字中頻信號中減去I支路復(fù)現(xiàn)的本地信號，然后在碼相位滯后于1徑信號2個碼片的范圍內(nèi)搜索2徑信號。為了提高對2徑信號的檢測能力，使用的積分累加時間為10ms。如果在搜索范圍內(nèi)有超過門限的相關(guān)值，則進(jìn)入下一狀態(tài)；否則返回1徑信號跟蹤狀態(tài)。6) 2徑確認(rèn)&1徑跟蹤在捕獲到2徑信號的位置再做10次相關(guān)運算，每次的積分時間均為10ms，若其中8次超過門限，則進(jìn)入下一狀態(tài)；否則返回1徑信號跟蹤狀態(tài)。7)2徑微調(diào)&1徑跟蹤逐漸調(diào)整II支路的載波環(huán)路和碼環(huán)路的帶寬，1秒鐘后，判斷跟蹤誤差是否低于門限，如果低于門限，則進(jìn)入下一個狀態(tài)；否則返回1徑信號跟蹤狀態(tài)。8)兩支路同時跟蹤此時I和II兩個支路分別工作在M12和M22模式。兩個支路的相關(guān)累加值提交給環(huán)路控制模塊13，用于調(diào)整環(huán)路；已去除多徑信號影響的I支路原始測量數(shù)據(jù)提交給定位解算模塊14，進(jìn)行定位解算。本發(fā)明基于DLL-Rake跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)系統(tǒng)的最終處理結(jié)果通過串口輸出。下面具體介紹各組成部分之間的數(shù)據(jù)傳輸方式。(1)射頻芯片與基帶處理芯片的數(shù)據(jù)連接方式
射頻芯片使用的采樣時鐘頻率是16. 368MHz，得到的數(shù)字中頻信號頻率是4. 188MHz， 由SGN和MAG分別表示其符號和幅度，如下表所示
SGNMAGValue01+300+ 110-111- 3
(2)相關(guān)器與處理器的數(shù)據(jù)連接方式
基帶處理芯片是在FPGA上實現(xiàn)的，它包括相關(guān)器模塊3和MicroBlaze軟核處理器模塊4兩部分。相關(guān)器模塊3作為MicroBlaze軟核處理器模塊4的外部設(shè)備，連接到處理器的OPB總線上的。MicroBlaze軟核處理器模塊4為相關(guān)器模塊3分配一段地址空間，通過對該空間的寄存器進(jìn)行讀寫的操作，來實現(xiàn)與相關(guān)器之間的數(shù)據(jù)通信。其中，只寫寄存器的定義如下
RESET_C0NTR0L 各通道開關(guān)寄存器
權(quán)利要求
1.基于DLL-Rake跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)系統(tǒng)，包括基帶處理芯片模塊(1)和GNSS射頻處理芯片模塊(2)，其特征在于，所述基帶處理芯片模塊(1)由12個通道的相關(guān)器模塊 (3)和MicroBlaze軟核處理器模塊(4)組成，每個通道的相關(guān)器模塊(3)都從GNSS射頻處理芯片模塊(2)讀取GNSS數(shù)字中頻信號；相關(guān)器模塊(3)利用Rake技術(shù)將每個通道的相關(guān)器分成兩個支路，相關(guān)器模塊(3)將兩個支路對衛(wèi)星信號的相關(guān)累加值以及原始測量值傳送給MicroBlaze軟核處理器模塊(4)，Micr0BlaZe軟核處理器模塊(4)將根據(jù)相關(guān)累加值控制相關(guān)器模塊(3)，調(diào)整其載波環(huán)路和碼環(huán)路，使系統(tǒng)工作在不同的狀態(tài)，并根據(jù)原始測量值解算PVT信息。
2.如權(quán)利要求1所述的基于DLL-Rake跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述的相關(guān)器模塊(3)的兩個支路分別為相關(guān)器內(nèi)部 I支路(6)、相關(guān)器內(nèi)部II支路(5)，用于處理1徑信號和2徑信號。
3.如權(quán)利要求2所述的基于DLL-Rake跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述相關(guān)器內(nèi)部〖支路(6)包括本地2徑信號產(chǎn)生器(8)、1徑載波跟蹤環(huán)路(10)和1徑碼跟蹤環(huán)路(12 )，所述相關(guān)器內(nèi)部II支路(5 )包括本地1徑信號產(chǎn)生器(7 )、2徑載波跟蹤環(huán)路(9 ) 和2徑碼跟蹤環(huán)路(11)，所述MicroBlaze軟核處理器模塊(4)包括環(huán)路控制模塊(13)和定位解算模塊(14);相關(guān)器內(nèi)部I支路(6)讀取GNSS射頻處理芯片模塊(2)的數(shù)字中頻信號后，減去本地2徑信號產(chǎn)生器(8)產(chǎn)生的本地復(fù)現(xiàn)2徑信號，然后經(jīng)過1徑載波跟蹤環(huán)路 (10)和1徑碼跟蹤環(huán)路(12)，得到的相關(guān)累加值提交給環(huán)路控制模塊(13)，用于環(huán)路控制； 獲得的已去除多徑信號影響的原始測量數(shù)據(jù)提交給定位解算模塊(14)，進(jìn)行定位解算。
4.如權(quán)利要求3所述的基于DLL-Rake跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述相關(guān)器內(nèi)部1支路(6)包括Mll工作模式和M12工作模式，在Mll工作模式下，相關(guān)器內(nèi)部II 支路(5)沒有跟蹤上2徑信號，此時相關(guān)器內(nèi)部I支路(6)直接處理GNSS射頻處理芯片模塊 (2)給出的數(shù)字中頻信號，不需要減去2徑信號；在M12工作模式下，相關(guān)器內(nèi)部II支路(5) 跟蹤上2徑信號，此時需要先減去2徑信號，再進(jìn)行信號處理；相關(guān)器內(nèi)部II支路(5)讀取 GNSS射頻處理芯片模塊(2)的數(shù)字中頻信號后，減去本地1徑信號產(chǎn)生器(7)產(chǎn)生的本地復(fù)現(xiàn)1徑信號，然后經(jīng)過2徑載波跟蹤環(huán)路(9)和2徑碼跟蹤環(huán)路(11)，獲得的2徑信號相關(guān)累加值提交給環(huán)路控制模塊(13 )，用于環(huán)路控制。
5.如權(quán)利要求3所述的基于DLL-Rake跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述相關(guān)器內(nèi)部II支路(5)包括M21工作模式和M22工作模式，在M21工作模式下，在通道還沒有捕獲到指定的衛(wèi)星時，相關(guān)器內(nèi)部Π支路(5)不需要減去1徑信號，該支路的三個相關(guān)器與相關(guān)器內(nèi)部I支路(6)的三個相關(guān)器同時進(jìn)行衛(wèi)星信號的并行搜索；在Μ22工作模式下， 相關(guān)器內(nèi)部I支路(6)跟蹤上1徑信號，此時需要先減去1徑信號，再進(jìn)行2徑信號的處理。
6.如權(quán)利要求1所述的基于DLL-Rake跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述的基帶處理芯片模塊(1)由FPGA芯片構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的基于DLL-Rake跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述的相關(guān)器模塊(3)由DLL-Rake跟蹤環(huán)路構(gòu)成。
全文摘要
基于DLL-Rake跟蹤環(huán)路的GNSS接收機(jī)系統(tǒng)屬于定位導(dǎo)航領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括基帶處理芯片模塊和GNSS射頻處理芯片模塊，基帶處理芯片模塊由12個通道的相關(guān)器模塊和MicroBlaze軟核處理器模塊組成，每個通道的相關(guān)器模塊都從GNSS射頻處理芯片模塊讀取GNSS數(shù)字中頻信號；相關(guān)器模塊將兩個支路對衛(wèi)星信號的相關(guān)累加值以及原始測量值傳送給MicroBlaze軟核處理器模塊，MicroBlaze軟核處理器模塊將根據(jù)相關(guān)累加值控制相關(guān)器模塊，調(diào)整其載波環(huán)路和碼環(huán)路，使系統(tǒng)工作在不同的狀態(tài)，并根據(jù)原始測量值解算PVT信息。本發(fā)明提高了GNSS接收機(jī)的定位精度和接收機(jī)捕獲衛(wèi)星的速度。
文檔編號G01S19/13GK102176026SQ201110023078
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者姜毅, 孫曉文, 張晶泊, 張淑芳, 胡青 申請人:姜毅, 孫曉文, 張晶泊, 張淑芳, 胡青