一种改进型混合通道结构gps基带处理器的制作方法

专利名称：一种改进型混合通道结构gps基带处理器的制作方法
技术领域：
本发明 属于卫星导航定位领域，涉及GPS基带处理器，尤其涉及一种改进型混合 通道结构GPS基带处理器，主要应用于靠伪距测量进行卫星定位的GPS接收机。
背景技术：
卫星导航及定位系统已经广泛的应用于社会发展的各个领域。在导航方面，卫星 导航系统可以为船舶，汽车，飞机等运动物体进行定位导航。例如船舶远洋导航和进港引 水，飞机航路引导和进场降落，汽车自主导航，地面车辆跟踪和城市智能交通管理，紧急救 生，个人通讯终端(与手机，PDA，电子地图等集成一体)等。在测绘测量方面，卫星导航系 统可以提供各种等级的测量精度，例如大地测量，控制测量，道路和各种线路放样，水下地 形测量，地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测，精细农业等方面。除了用于导航、定 位、测量外，由于卫星导航系统的空间卫星上载有的精确时钟可以发布时间和频率信息，因 此，以空间卫星上的精确时钟为基础，在地面监测站的监控下，传送精确时间和频率是卫星 导航系统的另一重要应用，应用该功能可进行精确时间或频率的控制，可为许多工程实验 服务。由此可见卫星导航系统关系着国民经济的各个方面，有着广泛的用途，因此研制 高性能的GPS接收机有着重大的意义。在现有技术中，如中国专利号为200810113981. 5的 "GPS接收机”，该接收机将捕获通道和跟踪通道互相独立开，在GPS接收机完成卫星信号的 捕获功能之后，捕获通道即被关闭。接收机进入跟踪状态之后，占用大量硬件资源的捕获通 道被关闭而进入功能闲置期。显而易见，该接收机硬件结构存在硬件资源利用效率低和占 用芯片面积大的缺陷。

发明内容
本发明的目的是为了提高GPS基带处理器通道硬件资源的利用效率，在分析现有 基于伪距测量的捕获跟踪电路基础上，根据其电路特点，对现有GPS基带处理器的捕获跟 踪电路的缺陷进行了研究和改进。提出一种改进型混合通道结构GPS基带处理器，实现了 捕获和跟踪电路相兼容，使得捕获电路在完成其捕获功能之后，可以经寄存器配置成跟踪 通路，能在更小的硬件面积下实现卫星信号的捕获和跟踪功能，或在相同的硬件面积下增 强卫星信号的捕获和跟踪功能，从而大大提高了硬件电路资源的利用率。本发明目的是通过以下的技术方案来实现。一种改进型混合通道结构GPS基带处理器，它是多个捕获通道和跟踪通道相结合 的改进型混合通道基带处理模块，包括(I)N个混合通道模块，它包括N个混合通道，是可配置为捕获通道和跟踪通道的 改进型混合通道，按照工作状态转换自动配置为多个捕获通道或多个跟踪通道；(2) 一个时序单元模块或称时基模块，它单独为各个混合通道和寄存器控制模块 提供时序信号；
(3) 一锁存器和一寄存器组，外部的输入信号通过锁存器之后送入各个混合通道， 混合通道的运算和结果输出都是通过相应寄存器的配置来完成控制(4) 一相关数据寄存器，用于存储各路混合通道和子通道的相关数据值；(5) 一测量数据寄存器，用于存储各路混合通道和估计子通道的测量值；(6) 一外部总线接口，用于连接混合通道同外部的功能模块进行数据交换。所述的一种改进型混合通道结构GPS基带处理器，其在于所述多个捕获通道和跟 踪通道相结合的改进型混合通道基带处理模块包括N个混合通道，每个混合通道内又包括 M个子通道，混合通道和子通道实行按工作状态配置(1)捕获状态通道配置当GPS接收机工作于捕获状态时，各个子通道工作在捕获状态，此时配置有MN个 捕获通道，通过控制寄存器的设置使各个子通道有不同的载波生成速率和码生成速率，实 现对卫星信号的快速捕获；每个混合通道内部的子通道采用本地的载波生成器简称为载波 NCO和C/A码生成器简称为C/A码NC0，并用本地C/A码生成器产生的C/A码周期脉冲信 号dump信号多路选择器进行选择来确定累加数据输出的时刻；混合道个数N的取值范围为 3 18 ；子通道个数M的取值范围为3 9 ；(2)跟踪状态通道配置当GPS接收机成功捕获到卫星信号后，配置为N个混合通道的跟踪工作模式每M 个子通道合并成一个跟踪通道，此时每一个跟踪通道的M个子通道公用一个载波NC0，由一 个C/A码NCO经过M个不同的码延时，将M个不同码延时的码信号对应送入第1，2，……， M路子通道中，此时各个子通道共用该C/A码产生器产生的C/A码周期脉冲信号dump，经 dump信号多路选择器进行选择，此时M路子通道相当于合并成为1路跟踪通道，实现跟踪卫 星信号的功能；(3)或者跟踪通道和捕获通道混合配置当GPS接收机成功捕获到卫星信号之后，配置N个混合通道的跟踪工作模式每个 混合通道的M个子通道又分工为T个子通道合并成一个跟踪通道，T个子通道公用一个载 波NC0，由一个C/A码NCO经过T不同的码延时，将T个不同码延时的码信号对应送入第1， 2,3,……，T路子通道中，而且此时各个子通道共用该C/A码产生器产生的C/A码周期脉 冲信号DUMP，此时T路子通道相当于合并成为1路跟踪通道，实现跟踪卫星信号的功能，同 时，其余的M-T路子通道仍保持原来捕获通道的配置，继续工作在捕获工作模式。所述的一种改进型混合通道结构GPS基带处理器，其在于所述子通道由乘法器1、 载波生成器、C/A码产生器、乘法器2、信号多路选择器、码多路选择器、dump信号多路选择 器和积分清零器组成；输入信号和本路子通道载波生成器输出端连接乘法器1的输入端，乘法器1输出 端和第(M+l)/2路子通道信号经载波解调之后的信号共同作为多路选择器输入端，信号 多路选择器输出端和码多路选择器输出端连接乘法器2输入端，乘法器2输出端连接积 分清零器输入端，dump信号多路选择器连接积分清零器的控制端，积分清零器输出一路子 通道的相关处理数据；码多路选择器的输入端连接本路子通道C/A码产生器的输出端和 (M+l)/2路子通道C/A码产生器的输出端；dump信号多路选择器的输入端连接本路子通道 对应的dump信号和(M+l)/2路子通道对应的dump信号。
所述的一种改进型混合通道结构GPS基带处理器，其在于所述时序单元模块是为基带处理器提供时序信号的独立模块，该模块用于提供精 确的标准时间周期信号TIC;所述基带处理器的全部通道的配置和时序单元模块的TIC信号是通过相应寄存 器的控制来实现。所述的一种改进型混合通道结构GPS基带处理器，其在于所述混合通道结构GPS 基带处理器是以时序单元模块提供的TIC信号为时间基准；
(I)TIC信号用于工作状态转换的标准时间周期定时，GPS基带处理器寄存器组的 状态寄存器和控制寄存器受时序信号TIC的控制，并通过内部总线控制基带处理器N个混 合通道以及每个混合通道内M个子通道的配置；(2)TIC信号用于测量数据输出定时，GPS基带处理器寄存器组接受时序信号TIC 的控制，通过外部总线接口定时输出基带处理信号。所述的一种改进型混合通道结构GPS基带处理器，其在于所述的基带信号处理模 块配置有与功能相应的专用寄存器，实现全寄存器控制；专用寄存器包括控制寄存器、状态 寄存器、相关寄存器和测量寄存器，其中一个控制寄存器为M*N位寄存器，实现N个混合通道及其M个子通道的配置控制； 控制寄存器通过片内总线连接各混合通道及其各个子通道；一个状态寄存器为M*N位寄存器，实现捕获状态和跟踪状态的转换控制；一个相关寄存器，其配置为在每个dump信号到来后读取各个混合通道子通道的 相干累加值，实现以dump信号为周期的通道相干累加值的寄存输出作用；一个测量寄存器，其配置为在每个标准时间信号tic到来后读取各个混合通道子 通道的相干累加值，实现以tic信号为周期的相干累加数据寄存输出作用。所述的一种改进型混合通道结构GPS基带处理器，其在于所述基带处理器通过片 内总线连接各混合通道及其各个子通道，通过基带处理流程接收相关处理数据，有利于软 件操作和交互，其基带处理流程操作步骤如下(1)初始化设置寄存器的参数，配制各个通道工作模式；(2)通道模块对输入信号进行载波解调；(3)通道模块对输入信号进行码解调；(4)通道模块对每路子通道信号进行相关累加并输出相关处理数据；(5)通道模块对混合通道信号进行相关累加并输出相关处理数据；(6)通道模块输出包括捕获通道和跟踪通道相关处理数据送入相关数据寄存器；(7)运行定位结算子程序读取相关数据寄存器或测量数据寄存器的GPS基带处理 数据进行定位结算。一种新的捕获通道和跟踪通道相结合的混合通道结构GPS基带处理器，其构成方 式为输入信号进入接收机之后进入一个用于暂时存储输入信号的锁存器，然后输入信 号从锁存器分别输出到其他各路混合通道；有N个捕获和跟踪功能结合在一起的改进型混合通道，每个混合通道又有M个子 通道。该混合通道的特点在于当GPS接收机工作于捕获状态时，每个通道内部的子通道采用自己的载波生成器和C/A码生成器，并用自己的C/A码生成器产生的dump信号来确定累 加数据输出的时刻，此时各个子通道工作在捕获状态，相当于有M*N个捕获通道，可以通过 寄存器的设置使各个子通道有不同的载波生成速率和码生成速率实现卫星信号的快速捕
-M- 犾；当GPS接收机成功捕获到卫星信号之后，每M个子通道(捕获通道)合并成一个 跟踪通道，此时这M个子通道公用一个载波生成器，由一个C/A码生成器经过M不同的码延 时，分别为1路码信号，2路码信号，3路码信号，4路码信号，……M路码信号，将这些码信 号对应送入第1，2，3，4，……M路子通道中，而且此时各个子通道共用该C/A码产生器产生 的dump信号，此时M路子通道相当于合并成为1路跟踪通道，从而实现跟踪卫星信号的功 能；或者当GPS接收机成功捕获到卫星信号之后，也可以这样配置每个混合通道的跟 踪工作模式每τ (参数T的取值范围为0 < T < M)的个子通道(捕获通道)合并成一个 跟踪通道，此时这T个子通道公用一个载波生成器，由一个C/A码生成器经过T不同的码延 时，分别为1支路，2支路，……T支路。将这些码信号对应送入第1，2，3，……T路子通道 中，而且此时各个子通道共用该C/A码产生器产生的dump信号，此时T路子通道相当于合 并成为1路跟踪通道，从而实现跟踪卫星信号的功能。此时的第T+l，M路子通道保持原来 捕获通道的配置，继续工作在捕获的工作模式；包含了一个独立的提供时序单元的模块，该模块用于提供精确的TIC信号，该信 号用于测量数据输出定时；模块功能都用专用寄存器进行配制，从而有利于和软件操作进行交互。本发明的实质性效果是1、本发明采用将捕获跟踪模块功能相结合的混合通道结构，使得捕获通道在完成 其捕获功能之后，可以经寄存器控制配置成跟踪通道，从而大大的提高硬件资源的利用效 率，该混合通道结构可以在不降低系统性能的情况下，大大减少硬件电路面积。2、本发明的改进型混合通道基带处理模块包括有一个产生标准时间信号的时间 基准模块，该模块产生精确的标准时间周期tic信号，该信号用于为测量数据输出定时，比 现有技术中的各个通道独立计时输出数据相比提高了定时精度。3、本发明完全采用了寄存器控制的工作模式，运行软件程序，只需要初始化配置 和读取相应寄存器，便可以完成混合通道捕获功能和跟踪功能的转换，有利于软件和硬件 之间的协调和交互。4、本发明中的捕获跟踪混合电路结构可以移植到其他以伪距测量为基本原理的 导航系统硬件结构，比如中国的北斗II导航系统，欧洲航天局的Galileo系统，俄罗斯的 GLONSS系统中，具有良好的应用前景。


图1是本发明GPS接收机基带处理模块总体结构框图。图2是本发明GPS接收机基带处理模块的混合通道模块的一个捕获跟踪混合通道 含有M个子通道的内部结构框图。图3是本发明第一实施例的一个捕获跟踪混合通道工作在捕获状态时的通道配置示意图。图4是本发明第二实施例的一个捕获跟踪混合通道工作在5路跟踪状态时，各个混合通道的工作模块示意图。图5是本发明第三实施例的一个捕获跟踪混合通道工作在3路跟踪状态时，各个 混合通道的工作模块示意图。
具体实施例方式下面通过附图结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细的描述，实施例以接 收机接收GPS信号为Ll频段(1575. 42MHz) C/A码信号。图1给出本发明GPS接收机基带处理模块的总体结构框图。输入信号101为采样 率16. 368MHz的中频GPS信号，其中心频率为4. 239MHz，由于多谱勒频移的影响，其中心频 率频偏为士5KHz。输入信号分别有同相位支路简称为I路和正交相位支路简称为Q路的两 路信号。输入信号在经过一个锁存器组102后分别传输到混合通道模块11，混合通道模块 11包括第1路混合通道103、第2路混合通道104、第3路混合通道105、……第N路混合通 道106。时基模块107用于提供精确的Ims定时信号——标准时间周期信号tic，该tic信 号用于让各个混合通道在每隔Ims向外输出经过积分清零器处理的相关数据。109为通道 和寄存器间的接口。控制寄存器108通过109接口连接各路混合通道，用于控制各个混合通 道和每个混合通道子通道的工作状态和载波信号产生，以及C/A码产生器的参数设置。状 态寄存器模块110存储各个混合通道的工作状态值，用于获取和调整各个模块的即时工作 状态。相关数据寄存器111用于存储各路混合通道和子通道的相关数据值。测量数据寄存 器112存储各个混合通道的测量值，用于后续的跟踪定位计算。外部CPU或其他控制器可 以通过外部总线接口 113对各个寄存器进行读写从而达到控制各个混合通道状态，读取混 合通道运算结果和测量结果。本发明GPS接收机基带处理器的动态工作过程描述如下GPS接收机进行定位第一步是对基带处理器空中卫星信号进行捕获，捕获分为两 个部分，一是对卫星信号的载波进行频率捕获，二是对卫星信号发射的C/A码进行码捕获。 按照这两点要求，捕获电路有本地载波NC0，本地C/A码产生器，和进行积分累加运算器组 成。GPS接收机进行定位第二步是基带处理器对已经捕获到的空中卫星信号进行跟 踪。当捕获电路的积分累加结果大于阈值时，表示已被捕获的卫星信号可用，此时把载波频 率信息和C/A码相位信息送到跟踪电路，由跟踪电路对已经捕获到的卫星信号进行跟踪。 跟踪分为两个部分一是对卫星信号的载波进行频率跟踪，二是对卫星信号发射的C/A码 进行码跟踪，而码跟踪需要将本地产生C/A码进行不同的延时。以M = 5和M = 3为例，按 照跟踪要求的精度不同分别有5路码跟踪模式和3路码跟踪模式。5路码跟踪模式的码延 时信号为最超前支路(EE路)，超前支路(E路)，即时支路(P路)，滞后支路(L路)，最滞 后支路(LL路)。3路码跟踪模式的码延时信号为超前支路(E路)，即时支路(P路)，滞 后支路(L路)。按照这两点要求，跟踪电路有本地载波产生器，本地PN码产生器，本地码延 时产生器和进行积分清零器组成。GPS接收机基带处理器的包括捕获和跟踪的混合通道可以在捕获工作状态，使混合通道的N*M个子通道都作为捕获通道承担快速捕获任务，在GPS接收机进入跟踪状态后转变成为N个跟踪通道，每个跟踪通道有M个子通道，大大提高硬件电路的运行效率。一个专用于产生标准时间信号的时间基准模块，该模块产生精确的标准时间周期 信号，该信号用于测量数据输出定时。本发明的GPS接收机基带处理器采用了全寄存器控制的工作模式，通过软件控制 配置和读取相应寄存器，便可以完成混合通道捕获功能和跟踪功能的转换，有利于软件和 硬件之间的协调和交互。第一实施例图2是GPS接收机基带处理模块实施例的核心模块_混合通道模块的局部结构框 图。混合通道模块11有N个混合通道，每个混合通道都有M个子通道构成。图2所示只给 出了一个捕获跟踪混合通道含有M个子通道的内部结构框图。以M = 5为例，5个子通道分 配为最超前支路简称EE路，超前支路简称E路，即时支路1简称P路，滞后支路简称L路， 最滞后支路简称LL路；将M个不同码延时的码信号对应送入第1，2，3，4，5路子通道中，此 时各个子通道共用该C/A码产生器产生的C/A码周期脉冲信号DUMP，此时5路子通道相当 于合并成为1路跟踪通道，实现跟踪卫星信号的功能。输入信号为两路正交信号即I路正交信号和Q路正交信号，每个子通道都有各自 独立的载波产生器分别产生正弦和余弦载波信号，其中第1子通道的载波产生器为205，第 2子通道的载波产生器为213，第3子通道的载波产生器为220，第4子通道的载波产生器 为228，……，第M子通道的载波产生器为234。每个子通道都有用于相乘运算的乘法器， 其中第1子通道的乘法器为201，第2子通道的为209，第3子通道的为217，第4子通道的 为222，……，第M子通道的为230。每个子通道都有积分清零模块，其中第1子通道的积 分清零模块为204，第2子通道的为212，第3子通道的为219，第4子通道的为225，……， 第M子通道的为233。每个子通道都有dump信号多路选择器，其中第1子通道的dump信号 多路选择器为207，第2子通道的为215，第4子通道的为227，……，第M子通道的为237。 输入信号经过与本地的载波产生器输出的载波信号在乘法器相乘，输入信号经过I路和Q 路载波信号解调之后，分别与C/A码产生器产生的C/A码相乘进行码解调，经载波解调和码 解调之后的信号，输出到积分清零模块，该模块把输入的I路和Q路解调数据进行平方和累 加处理，累加时间由dump信号确定。dump信号按照通道的工作模式不同有两个来源，并通 过dump信号多路选择器进行选择。第二实施例图3给出了本发明第一实施例的一个捕获跟踪混合通道工作在捕获状态时的通 道配置示意图。当基带处理器工作在捕获状态时，N个混合通道及其每个混合通道的M个子 通道都工作在捕获状态。以M = 5为例，图3所示是一个混合通道内参加捕获工作的子通 道。通过控制寄存器模块108设置各个子通道的状态和内部子通道各个模块的参数。在载 波解调时，第1子通道用本地的载波生产器304输出的正弦和余弦载波通过乘法器301与 输入信号的I路和Q路信号进行相乘实现载波解调，所得结果经由第1子通道的信号多路 选择器202选择输入，在乘法器302与本地的C/A码产生器305产生的码进行乘法运算，进 行码解调，此时码的多路选择器206选择的是本地C/A码作为码解调信号传输的dumpl信 号，控制经过码解调的信号进入积分清零模块303，该模块将输入的I路和Q路信号进行平方后再积分累加，并把结果经过低通滤波器，在每一个dump信号时，将运算结果输出到相 关数据寄存器。此时采用的dump信号为由dump多路选择器207选择本地C/A码产生器模 块产生的dumpl信号。同样，第2子通道用本地的载波生成器309输出的正弦和余弦载波 通过乘法器306与输入信号的I路和Q路信号进行相乘完成载波解调，所得结果经由第2子 通道信号多路选择器210选择输入，与本地的C/A码产生器310产生的本地码进行乘法运 算，进行码解调，此时码的多路选择器214选择的是本地C/A码作为码解调的输入信号。信 号经过码解调后进入积分清零模块308，该模块将输入的I路和Q路信号进行平方再积分累 力口，并把结果经过低通滤波器，在每一个dump信号时输出运算结果，此时采用的dump信号 为由dump多路选择器215选择本地C/A码产生器模块产生的dump2信号。同样，第4子通 道用本地的载波生成器319输出的正弦和余弦载波通过乘法器316与输入信号的I路和Q 路信号进行相乘完成载波解调，所得结果经由第4子通道信号多路选择器223选择输入，与 本地的C/A码产生器320产生的码进行乘法运算，进行码解调，此时码的多路选择器226选 择的是本地C/A码作为码解调的输入信号。信号经过码解调后进入积分清零模块318，该模 块将输入的I路和Q路信号进行平方再积分累加，并把结果经过低通滤波器，在每一个dump 信号时输出运算结果，此时采用的dump信号为由dump多路选择器227选择本地C/A码产 生器模块320产生的dump4信号。第5子通道用本地的载波生成器324输出的正弦和余弦 载波通过乘法器321 与输入信号的I路和Q路信号进行相乘完成载波解调，所得结果经由 第5子通道信号多路选择器231选择输入，与本地的C/A码产生器325产生的码进行乘法 运算，进行码解调，此时码的多路选择器选择235的是本地C/A码作为码解调的输入信号。 信号经过码解调后进入积分清零模块323，该模块将输入的I路和Q路信号进行平方再积 分累加，并把结果经过低通滤波器，在每一个dump信号时输出运算结果，此时采用的dump 信号为由dump多路选择器237选择本地C/A码产生器模块产生的dump5信号。第3路子 通道不含载波多路选择器，信号多路选择器，C/A码信号多路选择器，和dump信号多路选择 器，信号在进入第3子通道之后通过与本地的载波生成器314产生的正弦和余弦信号做相 乘运算进行载波解调，其中乘法器为311，所得结果与本地C/A码生成器315产生的C/A码 进行乘法运算312做码解调，信号经过码解调后进入积分清零模块313，该模块将输入的I 路和Q路信号进行平方再积分累加，并把结果经过低通滤波器，在每一个dump信号时输出 运算结果，此时采用的dump信号为由本地C/A码产生的dump3信号。由以上各个子通道的 工作状态描述可以知道，每个子通道都采用其各自的载波NCO，C/A码产生器，dump信号，可 以通过控制寄存器108来对每个子通道进行配置，同时进行不同的载波偏移搜索和码偏移 搜索，把各个混合通道的子通道所得结果与阈值相比较，如果有一个混合通道子通道的累 加值大于阈值，则表示有卫星信号捕获到，此时将该混合通道的子通道的载波生成器参数， C/A码产生器参数，通过控制寄存器108读出，完成捕获功能。第三实施例若卫星信号较弱，为了保证有很好的码跟踪质量，需要对GPS信号进行多路跟踪。 以M = 5为例，需要对GPS信号进行5路跟踪。图4所示为GPS基带处理模块在进入5路跟 踪状态之后的各个混合通道的参加工作的模块示意图。当GPS接收机基带处理模块在进入 跟踪状态后，通过控制寄存器向各个混合通道的第3子通道的载波生成器，C/A码产生器写 入捕获时获得的设置值，完成各个跟踪通道设置。由第3子通道的载波生成器402产生正弦和余弦信号和输入信号相乘完成载波解调401之后，将解调完的信号分别发送到其他各 个子通道，即其他各个子通道的信号多路选择器第1子通道的信号多路选择器为202，第 2子通道为210，第4子通道为223，第5子通道为231，都选择由第3子通道发出的已经进 行完载波解调的信号进行下一步的C/A码解调。由第3子通道的C/A码产生器409产生的 C/A码经过5路不同的延时，即最超前支路(EE路)，超前支路(E路)，即时支路(P路)，滞 后支路(L路)，最滞后支路(LL路)，这5路信号每路信号之间都有半个码片的相位偏差， E E路为最超前的相位支路，E路比EE路落后半个码片，P路又比E路落后半个码片，L路 相比P路滞后半个码片 ，LL路比L路滞后半个码片。这5路不同的C/A码信号分别送入5 个子通道中，也就是说其他各个子通道的C/A码多路选择器分别选择由第3通道产生的C/ A码信号来进行码解调，其中第1子通道的码多路选择器206选择EE路C/A码作为码解调 信号的输入码，第2子通道的码多路选择器214选择E路C/A码作为码解调信号的输入码， 第4子通道的码多路选择器226选择L路C/A码作为码解调信号的输入码，第5子通道的 码多路选择器235选择LL路C/A码作为码解调信号的输入码，而P路C/A码直接作为第3 子通道的码解调信号。在各路信号经过码解调之后进入积分清零模块，该模块使用的dump 信号全都是由第3子通道的C/A码产生器产生dump3信号，即此时的第1、2、4、5子通道的 dump信号多路选择器207、215、227、237，都会选择第3子通道的dump3信号作为输入信号。 此时5路子通道相当于合并成为一路跟踪通道，载波相位信息、码相位的测量信息和历元， 通过测量数据寄存器模块112经外部总线接口 113向外输出数据，可以实现对卫星信号进 行5路不同的C/A码相位跟踪。第四实施例若卫星信号较强，每个混合通道仅对GPS信号进行3路码信号跟踪，其他2路子通 道可以转换为参加新的卫星信号捕获通道，此实例实现了更加合理的配置各路通道资源。 以M = 5和M = 2为例，图5所示为GPS基带处理模块在进入3路跟踪状态和2路捕获状态 之后的各个混合通道的参加工作的模块示意图。每3个子通道合并成一个跟踪通道，此时 这3个子通道公用一个载波NC0，由一个C/A码NCO经过3不同的码延时，3个子通道分配 为E路，P路，L路；将3个不同码延时的码信号对应送入第2，3，4路子通道中，而且此时各 个子通道共用该C/A码产生器产生的C/A码周期脉冲信号DUMP，此时3路子通道相当于合 并成为1路跟踪通道，实现跟踪卫星信号的功能，同时，第1，5路2个子通道仍保持原来捕 获通道的配置，继续工作在捕获工作模式。当GPS接收机基带处理模块在进入3路跟踪状 态后，通过控制寄存器向各个混合通道的第3子通道的载波生成器，C/A码产生器写入完成 捕获时获得的参数值，完成各个跟踪通道设置。由第3子通道的载波生成器507产生正弦 和余弦信号和输入信号相乘完成载波解调之后，将解调完的信号分别发送到第2、4子通道 的信号多路选择器第2子通道为信号多路选择器210，第4子通道为223，它们都选择由第 3子通道发出的已经完成载波解调的信号，进行下一步的C/A码解调。由第3子通道的C/ A码产生器512产生的C/A码经过3路不同的延时，即超前支路(E路)，即时支路(P路)， 滞后支路(L路)，这3路信号每路信号之间都有半个码片的相位偏差，E路为超前的相位支 路，P路又比E路落后半个码片，L路相比P路滞后半个码片。这3路不同的C/A码信号分 别送入第2、3、4的子通道中，也就是说第2、4路子通道的C/A码多路选择器分别选择由第 3通道产生的C/A码信号来进行码解调，其中第2子通道的码多路选择器214选择E路C/A码作为码解调信号的输入码，第4子通道的码多路选择器226选择L路C/A码作为码解调 信号的输入码，而C/A码的P路直接作为第3子通道的码解调信号。在各路信号经过码解 调之后进入积分清零模块，该模块使用的dump信号全都是由第3子通道的C/A码产生器产 生dump3信号，即此时的第2、4子通道的dump信号多路选择器215、227，都会选择第3子 通道的dump3信号作为输入信号。此时3路子通道相当于合并成为一路跟踪通道，载波相 位信息、码相位的测量信息和历元，通过测量数据模块112经外部总线接口 113向外输出数 据，可以实现对卫星信号进行3路不同的C/A码相位跟踪。在第2、3、4路子通道设置成为 3路码相位跟踪通道时，第1、5路子通道可以设置成为捕获状态，通过控制寄存器模块108 设置第1、5子通道的状态和各个模块的参数。在输入信号进行载波解调时，第1子通道采 用本地的载波生成器504输出的正弦和余弦载波通过乘法器501与输入信号的I路和Q路 信号进行相乘解调，所得结果经由第1子通道信号多路选择器202选择输入，与本地的C/A 码产生器505产生的码进行乘法运算，进行码解调，此时码的多路选择器206选择的是本地 C/A码作为码解调的输入信号。信号经过码解调后进入积分清零模块503，该模块将输入的 I路和Q路信号进行平方后相加，并把结果经过低通滤波器，在每一个dump信号时输出运 算结果，此时采用的dump信号为由dump多路选择器207选择本地C/A码产生器模块产生 的dumpl信号。同样在输入信号进行载波解调时，第5子通道用本地的载波生成器516输 出的正弦和余弦载波通过乘法器515与输入信号的I路和Q路信号进行相乘解调，所得结 果经由第5子通道信号多路选择器231选择输入，与本地的C/A码产生器518产生的码进 行乘法运算，进行码解调，此时码的多路选择器选择235的是本地C/A码作为码解调的输入 信号。信号经过码解调后进入积分清零模块519，该模块将输入的I路和Q路信号进行平方 后相加，并把结果经过低通滤波器，在每一个dump信号时输出运算结果，此时采用的dump 信号为由dump多路选择器237选择本地C/A码产生器模块产生的dump5信号。可见第1、 5路子通道可以为独立的捕获通道，完成捕获功能，此时整个混合通道就变换成为一个3路 码跟踪通道加上2路独立的捕获通道，既能开始强卫星信号的跟踪，又能继续新的卫星信 号捕获，有效的利用了硬件资源。由此以上说明可以看到本发明很好的将GPS接收机基带处理器需要完成的两大 功能卫星信号的捕获和卫星信号的跟踪，进行了结合，运用同一硬件电路，在与现存GPS 接收机将捕获和跟踪模块各自独立分开的电路情况相比，占用硬件电路资源的最小，能够 不降低任何电路性能，完成卫星信号的跟踪和捕获功能。
尽管上面对本发明的具体实施方式
进行描述，但本发明给出的实施例并不限制实 施方式范围，对本技术领域的技术人员来讲，只要各种变化在所附权利要求限定和确定的 本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的实例均在保护之 列。
权利要求
一种改进型混合通道结构GPS基带处理器，它是多个捕获通道和跟踪通道相结合的改进型混合通道基带处理模块，包括(1)N个混合通道模块，它包括N个混合通道，是可配置为捕获通道和跟踪通道的改进型混合通道，按照工作状态转换自动配置为多个捕获通道或多个跟踪通道；(2)一个时序单元模块或称时基模块，它单独为各个混合通道和寄存器控制模块提供时序信号；(3)一锁存器和一寄存器组，外部的输入信号通过锁存器之后送入各个混合通道，混合通道的运算和结果输出都是通过相应寄存器的配置来完成控制；(4)一相关数据寄存器，用于存储各路混合通道和子通道的相关数据值；(5)一测量数据寄存器，用于存储各路混合通道和估计子通道的测量值；(6)一外部总线接口，用于连接混合通道同外部的功能模块进行数据交换。
2.根据权利要求书1所述的一种改进型混合通道结构GPS基带处理器，其特征在于 所述多个捕获通道和跟踪通道相结合的改进型混合通道基带处理模块包括N个混合通道， 每个混合通道内又包括M个子通道，混合通道和子通道实行按工作状态配置(1)捕获状态通道配置当GPS接收机工作于捕获状态时，各个子通道工作在捕获状态，此时配置有MN个捕获 通道，通过控制寄存器的设置使各个子通道有不同的载波生成速率和码生成速率，实现对 卫星信号的快速捕获；每个混合通道内部的子通道采用本地的载波生成器简称为载波NCO 和C/A码生成器简称为C/A码NC0，并用本地C/A码生成器产生的C/A码周期脉冲信号dump 信号多路选择器进行选择来确定累加数据输出的时刻；混合道个数N的取值范围为3 18 ；子通道个数M的取值范围为3 9 ；(2)跟踪状态通道配置当GPS接收机成功捕获到卫星信号后，配置为N个混合通道的跟踪工作模式每M个子 通道合并成一个跟踪通道，此时每一个跟踪通道的M个子通道公用一个载波NC0，由一个C/ A码NCO经过M个不同的码延时，将M个不同码延时的码信号对应送入第1，2，……，M路 子通道中，此时各个子通道共用该C/A码产生器产生的C/A码周期脉冲信号dump，经dump 信号多路选择器进行选择，此时M路子通道相当于合并成为1路跟踪通道，实现跟踪卫星信 号的功能；(3)或者跟踪通道和捕获通道混合配置当GPS接收机成功捕获到卫星信号之后，配置N个混合通道的跟踪工作模式每个混 合通道的M个子通道又分工为T个子通道合并成一个跟踪通道，T个子通道公用一个载波 NC0,由一个C/A码NCO经过T不同的码延时，将T个不同码延时的码信号对应送入第1，2， 3，……，T路子通道中，而且此时各个子通道共用该C/A码产生器产生的C/A码周期脉冲 信号DUMP，此时T路子通道相当于合并成为1路跟踪通道，实现跟踪卫星信号的功能，同时， 其余的M-T路子通道仍保持原来捕获通道的配置，继续工作在捕获工作模式。
3.根据权利要求书1所述的一种改进型混合通道结构GPS基带处理器，其特征在于 所述子通道由乘法器1、载波生成器、C/A码产生器、乘法器2、信号多路选择器、码多路选择 器、dump信号多路选择器和积分清零器组成；输入信号和本路子通道载波生成器输出端连接乘法器1的输入端，乘法器1输出端和第(M+l)/2子通路信号经载波解调之后的信号共同作为信号连接信号多路选择器输入端， 信号多路选择器输出端和码多路选择器输出端连接乘法器2输入端，乘法器2输出端连接 积分清零器输入端，dump信号多路选择器连接积分清零器的控制端，积分清零器输出一路 子通道的相关处理数据；码多路选择器的输入端连接本路子通道C/A码产生器的输出端和 (M+l)/2路子通道C/A码产生器的输出端；dump信号多路选择器的输入端连接本路子通道 对应的dump信号和(M+l)/2路子通道对应的dump信号。
4.根据权利要求书1所述的一种改进型混合通道结构GPS基带处理器，其特征在于所述时序单元模块是为基带处理器提供时序信号的独立模块，该模块用于提供精确的标准时间周期信号TIC;所述基带处理器的全部通道的配置和时序单元模块的TIC信号是通过相应寄存器的 控制来实现。
5.根据权利要求书1所述的一种改进型混合通道结构GPS基带处理器，其特征在于 所述混合通道结构GPS基带处理器是以时序单元模块提供的TIC信号为时间基准；(1)TIC信号用于工作状态转换的标准时间周期定时，GPS基带处理器寄存器组的状态 寄存器和控制寄存器受时序信号TIC的控制，并通过内部总线控制基带处理器N个混合通 道以及每个混合通道内M个子通道的配置；(2)TIC信号用于测量数据输出定时，GPS基带处理器寄存器组接受时序信号TIC的控 制，通过外部总线接口定时输出基带处理信号。
6.根据权利要求书1所述的一种改进型混合通道结构GPS基带处理器，其特征在于 所述的基带信号处理模块配置有与功能相应的专用寄存器，实现全寄存器控制；专用寄存 器包括控制寄存器、状态寄存器、相关寄存器和测量寄存器，其中一个控制寄存器为M*N位寄存器，实现N个混合通道及其M个子通道的配置控制；控制 寄存器通过片内总线连接各混合通道及其各个子通道；一个状态寄存器为M*N位寄存器，实现捕获状态和跟踪状态的转换控制；一个相关寄存器，其配置为在每个dump信号到来时读取各个混合通道子通道的相干 累加值，实现以dump信号为周期的通道相干累加值的寄存输出作用；一个测量寄存器，其配置为在每个标准时间信号tic到来时读取各个混合通道子通道 的相干累加值，实现以tic信号为周期的相干累加数据寄存输出作用。
7.根据权利要求书1或2或3或4或5或6所述的一种改进型混合通道结构GPS基 带处理器，其特征在于所述基带处理器通过片内总线连接各混合通道及其各个子通道，通 过基带处理流程接收相关处理数据，有利于软件操作和交互，其基带处理流程操作步骤如 下(1)初始化设置寄存器的参数，配制各个通道工作模式；(2)通道模块对输入信号进行载波解调；(3)通道模块对输入信号进行码解调；(4)通道模块对每路子通道信号进行相关累加并输出相关处理数据；(5)通道模块对混合通道信号进行相关累加并输出相关处理数据；(6)通道模块输出包括捕获通道和跟踪通道相关处理数据送入相关数据寄存器；(7)运行定位结算子程序读取相关数据寄存器或测量数据寄存器的GPS基带处理数据进行定位结算。
全文摘要
公开一种改进型混合通道结构GPS基带处理器，它有N个混合通道，每个混合通道含有M个子通道，在捕获和跟踪状态时每个子通道可以根据工作状态的需求，灵活配置参加捕获和跟踪工作的通道数目。在捕获模式时可配置成M*N个捕获通道进行卫星信号捕获，在完成捕获后，转入N个跟踪通道的M路码跟踪工作模式，或者转换成(M-T)*N个捕获通道工作模式加N个跟踪通道的T路码跟踪工作模式。本发明混合通道结构与传统的将捕获通道和跟踪通道分开的GPS接收机基带处理器结构的区别在于通道完成捕获后不关闭通道模块，自动转为完成跟踪功能，从而成倍提高整体电路的资源利用率，本发明新型的混合通道结构GPS基带处理器可移植到其他基于伪距测量的卫星导航系统的硬件电路中。
文档编号G01S1/02GK101943748SQ20091010058
公开日2011年1月12日 申请日期2009年7月8日 优先权日2009年7月8日
发明者李晓江, 韩少男 申请人:杭州中科微电子有限公司