一種gnss跟蹤環(huán)路軟件相關(guān)器設(shè)計及自適應(yīng)智能跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種跟蹤環(huán)路相關(guān)器，具體來說，是一種GNSS軟件接收機的跟蹤環(huán)路 相關(guān)器，本發(fā)明還公開了其自適應(yīng)的跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年來，隨著GNSS軟件接收機的廣泛使用W及數(shù)字信號處理技術(shù)的高速發(fā)展， 處理GNSS衛(wèi)星信號的方法越來越趨于利用軟件的方法來實現(xiàn)。運種方法是將"軟件無線電" 的概念引入到GNSS接收機中，在接收機中使ADC模塊在盡量靠近天線的地方把信號數(shù)字化， 接下來再利用軟件對數(shù)字信號進行處理W實現(xiàn)定位，如圖1所示。W前用一系列ASIC忍片進 行射頻接收、基帶信號處理、導(dǎo)航解算等工作的傳統(tǒng)GNSS接收機，除了射頻前端部分沒有發(fā) 生變化之外，后續(xù)基于硬件的所有信號處理模塊都在PC機上被"軟件化"了。在軟件接收機 中，通過軟件進行信號處理有很多優(yōu)勢，如開發(fā)周期短，便于測試和評估的新算法，并且可 W靈活的擴展到新信號系統(tǒng)中去，如GPS L1、L2、L5和其他GNSS系統(tǒng)，如伽利略、北斗等。因 此，在GNSS系統(tǒng)研究中，軟件接收機算法的改進設(shè)計和效率提高十分重要。
[0003] 然而，GNSS接收機的信號處理過程需要進行大量的相關(guān)運算，運種計算能力是普 通PC機難W達到的。WGPS L1頻點的一個跟蹤通道為例，假設(shè)采用5MHz的采樣率，1ms的相 干積分時間，那么每1ms會有5000個信號采樣點，每個采樣點都需要與一個本地載波、Ξ路 偽碼進行相關(guān)積累，而且本地載波與偽碼的值都需要根據(jù)當(dāng)前的參數(shù)實時產(chǎn)生。粗略的估 算可知，對于具備12個并行通道的接收機而言，每1ms需要進行20多萬次乘加運算。因此，大 量文獻都在關(guān)注如何降低軟件接收機信號相關(guān)處理的計算量，使得軟件接收機可W流楊的 運行在PC機上。
[0004] 當(dāng)前的軟件接收機算法已經(jīng)可W在普通PC機上完成GPS L1信號的實時處理，但是 還需要進一步改進:一方面，隨著新GNSS系統(tǒng)的出現(xiàn)W及GNSS現(xiàn)代化發(fā)展，信號帶寬可能比 GPS L1信號高2到10倍（比如中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的B1頻點是GPS L1頻點信號帶寬的2 倍），運對軟件接收機的計算能力提出了新的要求;另一方面，上述的一部分方法是通過損 失信號質(zhì)量來換取計算效率，一部分方法只適用于特定的量化位數(shù)。本發(fā)明試圖給出一種 新的軟件接收機相關(guān)器實現(xiàn)方法，能夠進一步權(quán)衡計算量過大和損失信號質(zhì)量之間的矛 盾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種GNSS跟蹤環(huán)路軟件相 關(guān)器設(shè)計及自適應(yīng)智能跟蹤方法，該方法克服了傳統(tǒng)接收機中對信號載噪比大小、計算復(fù) 雜度和跟蹤準(zhǔn)確度之間矛盾的限制，采取智能衛(wèi)星導(dǎo)航工作模式切換、不同量化規(guī)則的跟 蹤環(huán)路軟件相關(guān)器自適應(yīng)智能匹配和智能導(dǎo)航定位，無論在正常環(huán)境、高動態(tài)環(huán)境還是微 弱衛(wèi)星信號環(huán)境下，都能有效實現(xiàn)無縫定位。
[0006]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種GNSS跟蹤環(huán)路軟件相關(guān)器，包括W下模塊：
[0008] GNSS信號接收與載噪比估計模塊、相關(guān)器選擇模塊、信號相關(guān)器模塊、載波數(shù)控振 蕩器模塊、C/A碼發(fā)生器模塊、移位寄存器、S皿化ble模塊、積分器、碼環(huán)鑒相器、環(huán)路濾波器 模塊；
[0009] GNSS衛(wèi)星信號送入GNSS信號載噪比估計模塊W獲得當(dāng)前的信號強度，而后由相關(guān) 器選擇模塊選擇適合的量化規(guī)則W及相關(guān)器，經(jīng)過選擇的量化規(guī)則和相關(guān)器在SumTable模 塊內(nèi)對由載波數(shù)控振蕩器模塊產(chǎn)生的載波復(fù)制信號和由C/A碼發(fā)生器模塊產(chǎn)生并且經(jīng)過移 位寄存器移位運算得到的復(fù)制C/A碼信號W及輸入的數(shù)字中頻信號進行運算，而后將運算 結(jié)果送入積分器、碼環(huán)鑒相器、環(huán)路濾波器中。
[0010] -種GNSS跟蹤環(huán)路軟件相關(guān)器的自適應(yīng)智能跟蹤方法，包括步驟如下：
[0011] 1)通過軟件接收機接收GNSS衛(wèi)星信號，將捕獲到的衛(wèi)星信號送入GNSS信號載噪比 估計模塊W獲得當(dāng)前的信號強度；
[0012] 2)相關(guān)器選擇模塊通過對當(dāng)前信號強度進行判斷，選擇適合的量化規(guī)則W及相關(guān) 器；
[0013] 3)載波數(shù)控振蕩器模塊用W產(chǎn)生，該信號符號位Lsgn分別通過一個正弦表和余弦 表然后與輸入的數(shù)字中頻信號X(n)的符號位XSGN相乘形成I、Q兩路混頻信號；
[0014] 4)C/A碼發(fā)生器模塊主要用W產(chǎn)生超前、即時、滯后的復(fù)制C/A碼，上述I、Q兩路混 頻信號分別同時與C/A碼發(fā)生器模塊中產(chǎn)生的超前復(fù)審化/A碼CSGN-E、即時復(fù)制C/A碼CSGN-P、 滯后復(fù)制C/A碼CSGN-L進行相關(guān)運算生成I、Q兩路信號，即I、Q兩路Rsgn-e,p,l信號，分別為16-化GN、i p-Rsgn、k-化GN、q廣化GN、q廣化GN、q廣化GN，此時I、Q支路上的信號就是只含數(shù)據(jù)比特的基 帶信號的符號位。
[0015] 5)移位寄存器對輸入的數(shù)字中頻信號的幅值位Xmag和載波數(shù)控振蕩器模塊產(chǎn)生的 載波復(fù)制信號幅值位Lmag進行移位運算，分別產(chǎn)生數(shù)字中頻信號的幅值位和載波復(fù)制信號 幅值位的超前、即時、滯后信號 Xmag-e , P, L 和 Lmag-e , P, L 即 Xmag-e，Xmag-p，Xmag-l 和 Lmag-e，Lmag-p，Lmag-l ; [0016] 6)根據(jù)相關(guān)器選擇模塊確定下來的當(dāng)前量化規(guī)則，在SumTable模塊中對Xmag-e,p,l、 LmAC-E,P,L和化GN-E,P,L進行運算最終得到只含數(shù)據(jù)比特的基帶信號的值；
[0017] 7)只含數(shù)據(jù)比特的基帶信號后續(xù)送入積分器、碼環(huán)鑒相器、環(huán)路濾波器等后續(xù)模 塊。
[0018] 相關(guān)器選擇模塊通過對接收到的數(shù)字中頻信號的載噪比大小進行判斷，在后續(xù)跟 蹤環(huán)路中選擇適合的量化規(guī)則并自適應(yīng)智能匹配適應(yīng)的信號相關(guān)器W達到跟蹤準(zhǔn)確度、計 算復(fù)雜度和載噪比損失之間的平衡:若載噪比大于等于40地/Hz,則衛(wèi)星信號為強，若載噪 比大于等于30地/Hz并小于40地/Hz，則衛(wèi)星信號為強度適中，若載噪比小于30地/Hz，則衛(wèi) 星信號為弱；所述衛(wèi)星信號為強時選擇對載波Ibit量化、對數(shù)字中頻信號化it量化的信號 相關(guān)器，衛(wèi)星信號弱時選擇對載波化it量化、對數(shù)字中頻信號化it量化的信號相關(guān)器，衛(wèi)星 信號強度適中時選擇對載波1.化it量化、對數(shù)字中頻信號1.化it量化的信號相關(guān)器。
[0019] 所述的Ibit信號相關(guān)器:被量化的信號僅有兩個量化取值，只有符號位，沒有幅值 位;2bit信號相關(guān)器:被量化的信號有4個量化取值，有符號位和幅值位；1.5bit信號相關(guān) 器:被量化的信號有3個量化取值，有符號位和幅值位，其中幅值位的作用等同于一個0電平 有效的使能端。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0021] (1)本發(fā)明GNSS軟件接收機與普通硬件接收機相比，實現(xiàn)簡單，成本低廉，易于優(yōu) 化，便于測試和評估的新算法，開發(fā)周期短，并且可W靈活的擴展到新信號系統(tǒng)中去。
[0022] (2)本發(fā)明可W根據(jù)不同時段不同環(huán)境接收到不同強度GNSS衛(wèi)星信號的情況，進 行智能衛(wèi)星導(dǎo)航工作模式切換、不同量化規(guī)則的跟蹤環(huán)路軟件相關(guān)器自適應(yīng)智能匹配和智 能導(dǎo)航定位。相較于其他單一模式的軟件接收機跟蹤環(huán)路更加智能化、自主化，能夠合理的 平衡計算復(fù)雜度、量化損失和跟蹤準(zhǔn)確度之間的矛盾，適應(yīng)能力強。
[0023] 本發(fā)明針對軟件接收機在不同時段不同環(huán)境接收到不同強度GNSS衛(wèi)星信號的情 況，進行智能衛(wèi)星導(dǎo)航工作模式切換、不同量化規(guī)則的跟蹤環(huán)路軟件相關(guān)器自適應(yīng)智能匹 配和智能導(dǎo)航定位。本發(fā)明無論在正常環(huán)境、高動態(tài)環(huán)境還是微弱衛(wèi)星信號環(huán)境下，都能充 分利用不同量化規(guī)則的跟蹤環(huán)路軟件相關(guān)器進行智能自適應(yīng)匹配，在跟蹤準(zhǔn)確度、計算復(fù) 雜度和量化損失之間取得平衡，可有效實現(xiàn)城市交通、林蔭路、隧道等多種環(huán)境下的無縫定 位。
【附圖說明】
[0024 ]圖1為本發(fā)明的技術(shù)背景圖；
[002引圖2為本發(fā)明的算法流程圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明實施例原理示意圖；
[0027] 圖4為本發(fā)明Bits皿運算示意圖；
[002引圖5為本發(fā)明1.化it相關(guān)器示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細(xì)說明：
[0030] 如圖2所示，本發(fā)明的GNSS跟蹤環(huán)路軟件相關(guān)器設(shè)計及自適應(yīng)智能跟蹤方法，針對 軟件接收機在不同時段不同環(huán)境接收到不同強度GNSS衛(wèi)星信號的情況，進行智能衛(wèi)星導(dǎo)航 工作模式切換、不同量化規(guī)則的跟蹤環(huán)路軟件相關(guān)器自適應(yīng)智能匹配和智能導(dǎo)航定位。無 論在正常環(huán)境、高動態(tài)環(huán)境還是微弱衛(wèi)星信號環(huán)境下，都能充分利用不同量化規(guī)則的跟蹤 環(huán)路軟件相關(guān)器進行智能自適應(yīng)匹配，在跟蹤準(zhǔn)確度、計算復(fù)雜度和量化損失之間取得平 衡，可有效實現(xiàn)城市交通、林蔭路、隧道等多種環(huán)境下的無縫定位，具體步驟如下：
[0031] (1)按位并行算法
[0032] a)通過軟件接收機接收GNSS衛(wèi)星信號，將捕獲到的衛(wèi)星信號送入GNSS信號載噪比 估計模塊W獲得當(dāng)前的信號強度；
[0033] b)相關(guān)器選擇模塊通過對當(dāng)前信號強度進行判斷，選擇適合的量化規(guī)則W及相關(guān) 器；
[0034] C)載波數(shù)控振蕩器模塊用W產(chǎn)生載波復(fù)制信號，該信號符號位Lsgn分別通過一個 正弦表和余弦表然后與輸入的數(shù)字中頻信號X(n)的符號位XSGN相乘形成I、Q兩路混頻信號；
[0035] d)C/A碼發(fā)生器模塊主要用W產(chǎn)生超前、即時、滯后的復(fù)制C/A碼，上述I、Q兩路混 頻信號分別同時與C/A碼發(fā)生器模塊中產(chǎn)生的超前復(fù)審化/A碼CSGN-E、即時復(fù)制C/A碼CSGN-P、 滯后復(fù)制C/A碼CSGN-L進行相關(guān)運算生成I、Q兩路信號（即I、Q兩路Rsgn-e,p,l信號，分別為iE- Rsgn、ip-RsGN、il-Rsgn、qE-I?SGN、qp-I?SGN、化-化GN)。此時I、Q支路上的信號就是只含數(shù)據(jù)比特的基 帶信號的符號位。
[0036] e)移位寄存器對輸入的數(shù)字中頻信號的幅值位Xmag和載波數(shù)控振蕩器模塊產(chǎn)生的 載波復(fù)制信號幅值位Lmag進行移位運算，分別產(chǎn)生數(shù)字中頻信號的幅值位和載波復(fù)制信號 幅值位的超前、即時、滯后信號Xmag-e , P, L和 Lmag-e , P, L (即 Xmag-e，Xmag-p，Xmag-l和 Lmag-e，L