基於碼存儲的gps軟體接收機基帶信號實時跟蹤方法

2023-06-08 13:51:56

專利名稱：基於碼存儲的gps軟體接收機基帶信號實時跟蹤方法
技術領域：
本發明涉及GPS軟體接收機實時性跟蹤的改進，尤其是一種基於碼存儲的GPS軟 件接收機基帶信號實時跟蹤方法，屬於電子信息及數位訊號處理技術領域。
背景技術：
目前國內外對GPS軟體接收機跟蹤的實時性研究現狀為 (1)GPS軟體接收機傳統跟蹤採用每單位時間調整碼頻率和碼相位實時產生早碼、 晚碼、即時碼與衛星信號在本地的復現載波。 (2)使用性能強勁的計算機，採用多CPU內核處理或使用長指令並行處理數據方 式提高跟蹤環路速度。 近年來，GPS軟體接收機實時性的研究在國內得到了廣泛的重視和研究，它不僅具 有高度的靈活性、可擴展性和良好的兼容性，能夠有效的降低開發成本，縮短開發周期，而 且將實現與硬體接收機同樣的跟蹤速度，通過軟體算法補償，還可提供更好的跟蹤效果。但 軟體實現比硬體實現需要耗費更多的時間，因此，實時性算法的開發越來越受到重視。
目前傳統跟蹤方法存在的問題 (1)GPS軟體接收機跟蹤環路每單位時間每次都重新生成微調的早碼、晚碼和即時 碼，十分耗時，這段碼產生需要的時間就佔整個跟蹤時間二分之一。 (2)採用擁有多核處理器平臺，更高頻率的CPU，或使用長指令集進行底層編程的 專用計算機，需要的投入的成本較高，不適合在普通PC上完成，更加不利於以後程序在嵌 入式平臺實現柔性的可移植性，沒有普遍意義。

發明內容
本發明的目的是為了解決GPS軟體接收機跟蹤環路每單位時間產生微調的早晚 碼和即時碼耗時、算法對平臺和處理器性能依賴性過大，並考慮到多平臺多設備移植性等 問題，提供一種基於碼存儲的GPS軟體接收機基帶信號實時跟蹤方法，該方法是一種提高 軟體接收機跟蹤實時性和可移植性的GPS信號處理方法，可通過簡單有效的使用預存儲的 已估計的微調產生C/A碼的二進位數據，通過載入內存實現查表實現實時調用早晚碼和即 時碼，從而可在跟蹤中消除本地微調C/A碼產生的時間。
實現上述發明目的採取的如下 —種基於碼存儲的GPS軟體接收機基帶信號實時跟蹤方法，其特徵在於使用射 頻前端採集的GPS中頻採樣數據，統計並確定跟蹤環即時產生的微調的本地C/A碼碼片和 碼頻率微調的偏移範圍，通過實時產生的碼片間隔和碼頻率範圍，確定碼片解析度精度，按 照碼相位和碼頻率確定的解析度，產生32顆衛星的微調的本地C/A碼，按照排列組合順序 存儲為統一的二進位數據文件，生成通用的預存微調的本地C/A碼，跟蹤啟動時，將預存微 調的本地C/A碼數據文件載入內存，根據不同的碼微調和碼頻率，直接查表調用預存微調 的本地C/A碼數據文件，實現實時跟蹤。
預存微調的本地C/A碼的生成及調用具體方法是 (1)在程序改變的前期，將每顆衛星的碼按照可能就出現的碼頻率和碼相位偏移 分組成m個碼頻率和n個碼相位的不同組合，鑑相器的輸出量化在-1到1之間，量化為m 個值，即量化單位為0. 1個碼片，那麼碼頻率對應為m個值；碼相位在0到0. 2之間，即量化 的最終解析度為0. 002 ; (2)生成碼錶，將每顆衛星的m*n組碼按順序排列，保存成二進位文件
& = —l)*m + 10*("l)〗 公式為碼錶的查詢公式，r為碼相位，s為碼頻率，k為排列下標，查找所需碼的位 置，其中0. 002是碼相位量化的單位，每個碼相位都將匹配m個碼頻率，那麼k就是當前r 和s所在的預存微調的本地C/A碼的下標，即排列位置；通過該公式輸入碼頻率和碼相位相 關參數，即可調用對應預存的微調的本地C/A碼。
本發明與現有技術相比，優點及顯著效果為 (1)本發明的軟體接收機實時性改進方法，首先使用射頻前端採集的GPS中頻採 樣數據，確定跟蹤環即時產生的微調的本地C/A碼碼片和碼頻率微調的偏移範圍。範圍確 定後，通過實時產生碼片的間隔和碼頻率範圍，確定碼片解析度精度。將該解析度下的微調 本地C/A碼按照規律預存為二進位數據文件，最後生成的文件即是可通用的微調的本地C/ A碼。跟蹤啟動時，只需一次性將微調的本地C/A碼載入內存，根據不同的碼微調和碼頻率 調整，直接查表調用已預存的微調的本地C/A碼，可極大提高跟蹤的速度。
(2)即時性碼產生時間消失，跟蹤時間縮短一半。 (3)低成本，可重用性不需要使用性能較高的設備，成本消耗降低，碼存儲的方 法具通用性，具有普遍意義。
(4)準確性能準確完成跟蹤要求，跟蹤不失鎖，得到信息無損失。


圖1是本發明的GPS軟體接收機跟蹤流程圖；
圖2是本發明方法的實現流程具體實施例方式
下面結合附圖對發明的技術方案進行詳細的說明 圖1是本發明的GPS軟體接收機跟蹤流程圖，輸入為射頻前端採集的GPS衛星中 頻信號，信號與相位相差90度的本地振蕩器產生的本地載波相關，產生I路和Q路兩路已 剝離載波的衛星信號，兩路信號與其同步碼相關，即I路與Q路各前後偏離0. 5碼片分別與 已預存的微調的本地C/A碼相關，剝離偽隨機碼，輸出為導航數據信息。其中，同步碼由碼 鑑相器輸出得來，上一次循環的碼鑑相器經濾波輸出值確定了一組碼頻率和碼相位，這組 碼頻率和碼相位指定了唯一一組與預存在空間裡的碼，包括早碼、晚碼和即時碼。GPS衛星 中頻信號就是與這組碼相關，剝離碼，並將剝離碼後的信息送入鑑相器，經過微調，產生下 一次循環所要確定的碼頻率和碼相位。 圖2為使用預存微調本地C/A碼方法的跟蹤流程詳細示意圖，其詳細調用過程如
4下 a、跟蹤開始。 b、將32顆衛星預存的微調的本地C/A碼二進位數據文件載入內存空間中。
c、讀入GPS衛星中頻採樣信號。 d、 GPS衛星中頻信號與本地復現載波相關，去除載波。 e、由輸入參數碼頻率和碼相位調用查找公式，查找對應的同步微調的本地C/A
碼，信號與同步碼相關，去除偽隨機碼。 F、輸出六路信息，繼續下一循環，鑑相濾波。 本發明方法採用PC，在Matlab仿真環境下，對可實施性進行了驗證，最後使用C/ C++語言，證明了本方法的通用性。
權利要求
一種基於碼存儲的GPS軟體接收機基帶信號實時跟蹤方法，其特徵在於使用射頻前端採集的GPS中頻採樣數據，統計並確定跟蹤環即時產生的微調的本地C/A碼碼片和碼頻率微調的偏移範圍，通過實時產生的碼片間隔和碼頻率範圍，確定碼片解析度精度，按照碼相位和碼頻率確定的解析度，產生32顆衛星的微調的本地C/A碼，按照排列組合順序存儲為統一的二進位數據文件，生成通用的預存微調的本地C/A碼，跟蹤啟動時，將預存微調的本地C/A碼數據文件載入內存，根據不同的碼微調和碼頻率，直接查表調用預存微調的本地C/A碼數據文件，實現實時跟蹤。
2. 根據權利要求1所述的基於碼存儲的GPS軟體接收機基帶信號實時跟蹤方法，其特 徵在於預存微調的本地C/A碼的生成及調用具體方法是(1) 在程序改變的前期，將每顆衛星的碼按照可能就出現的碼頻率和碼相位偏移分組 成m個碼頻率和n個碼相位的不同組合，鑑相器的輸出量化在-1到1之間，量化為m個值， 即量化單位為0. 1個碼片，那麼碼頻率對應為m個值；碼相位在0到0. 2之間，即量化的最 終解析度為0. 002 ;(2) 生成碼錶，將每顆衛星的m*n組碼按順序排列，保存成二進位文件A: = [((~^~) — 1) * m +10 * +1)〗 0.002公式為碼錶的查詢公式，r為碼相位，s為碼頻率，k為排列下標，查找所需碼的位置，其 中0. 002是碼相位量化的單位，每個碼相位都將匹配m個碼頻率，那麼k就是當前r和s所 在的預存微調的本地C/A碼的下標，即排列位置；通過該公式輸入碼頻率和碼相位相關參 數，即可調用對應預存的微調的本地C/A碼。
全文摘要
本發明公開了一種基於碼存儲的GPS軟體接收機基帶信號實時跟蹤方法，它是一種基於預存微調的本地C/A碼的二進位存儲，通過查表調用解決GPS軟體接收機跟蹤信號時間中耗時的實時碼的產生問題的方法。在GPS軟體接收機跟蹤環路中，微調的本地C/A碼產生、本地載波產生、相關積分這三個最為耗時的部分中，本地微調生成C/A碼最為耗時，佔用時間佔整個信號跟蹤處理時間的近一半。本發明使用預存微調的本地C/A碼二進位數據的方法，直接載入數據查表調入數據，免去每次跟蹤循環中產生微調的早碼、晚碼以及即時碼耗費的時間，成功消除跟蹤環路中碼產生的時間，使跟蹤速度提高了一倍。
文檔編號G01S19/30GK101762818SQ20091026285
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月11日 優先權日2009年12月11日
發明者季偉波, 曹耀傳, 潘樹國, 王慶 申請人:東南大學