一種基于fpga的兼容新舊體制衛(wèi)星導(dǎo)航信號跟蹤裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)） 的信號跟蹤，更具體地，涉及一種基于FPGA的兼容新舊體制衛(wèi)星導(dǎo)航信號跟蹤裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度，抗干擾，抗多徑，靈敏度等系統(tǒng)特性。各個(gè)衛(wèi) 星導(dǎo)航系統(tǒng)先后推出了各自的現(xiàn)代化方案，如目前美國正在開展"GPS現(xiàn)代化計(jì)劃"、"導(dǎo)航 戰(zhàn)計(jì)劃"、"GPS-III計(jì)劃"。在全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的現(xiàn)代化方案中，各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)均提出 了新的衛(wèi)星信號調(diào)制播發(fā)方式以滿足共享頻段、提高系統(tǒng)性能的目的。新體制信號在帶來 一系列性能提升的同時(shí)，也提升了系統(tǒng)的復(fù)雜度，對地面接收設(shè)備捕獲跟蹤算法提出了更 高的要求。主要包括三個(gè)方面：
[0003] 1、二進(jìn)制偏移載波（B0C)類調(diào)制信號的無模糊跟蹤。
[0004] 2、新增播發(fā)與傳統(tǒng)的導(dǎo)航信號調(diào)制方式，信號頻點(diǎn)完全相同的無電文信號一一導(dǎo) 頻信號處理
[0005] 3、區(qū)分處理同一頻點(diǎn)上采用了多種復(fù)用方式的衛(wèi)星導(dǎo)航信號。
[0006] 與此同時(shí)，老體制的信號仍將保持正常播發(fā)，所以接收機(jī)需要具備兼容新舊體制 信號的能力。
[0007] 在整個(gè)新體制信號框架中，B0C調(diào)制信號的引入對接收機(jī)跟蹤設(shè)計(jì)的影響最大，相 比于傳統(tǒng)的BPSK信號，B0C調(diào)制是在原有BPSK調(diào)制的基礎(chǔ)上，再用一個(gè)二進(jìn)制副載波對 BPSK信號進(jìn)行二次擴(kuò)頻。一般B0C調(diào)制用B0C(fs，fc)來表示，其中fs代表副載波頻率，fc 代表偽碼速率。因?yàn)閒s和fc都是1. 023MHz的整數(shù)倍，所以用B0C(m，n)的表示形式，其中 m表示的是副載波頻率，n表示的是擴(kuò)頻碼速率，它們分別表示1. 023MHz的m倍和n倍。
[0008] GPS現(xiàn)代化方案提出時(shí)間較早并且進(jìn)程明確，該計(jì)劃分為四個(gè)階段體現(xiàn)在多頻信 號方案、新的調(diào)制方式和新的電文格式三方面。迄今為止，GPS部分新頻點(diǎn)新體制信號已經(jīng) 播發(fā)并能參與定位。除傳統(tǒng)的L1C/A，L1P(Y)，L2P(Y)三個(gè)頻點(diǎn)信號以外，其余信號均為 GPS現(xiàn)代化以后的信號。GPS現(xiàn)代化信號包含了B0C類信號，如L1M以及L1C;導(dǎo)頻信號和 數(shù)據(jù)信號共同播發(fā)如L5C;以及采用了新的復(fù)用方式TDDM方式在同一頻點(diǎn)上播發(fā)公開信號 和授權(quán)信號，如：L2CM和L2CL。
[0009] 歐盟Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)自20世紀(jì)90年代開始論證，2004年初步完成信號 體制的設(shè)計(jì)，2006和2008年分別發(fā)射一顆在軌試驗(yàn)衛(wèi)星。從設(shè)計(jì)之初到最終公布I⑶， Galileo系統(tǒng)信號經(jīng)過了多輪設(shè)計(jì)，其間提出了多種設(shè)計(jì)理念，在信號調(diào)制、電文播發(fā)等方 面提出了眾多創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)，并能高度兼容美國GPS系統(tǒng)和俄羅斯GLONASS系統(tǒng)。Galileo 系統(tǒng)信號調(diào)制設(shè)計(jì)部分也包含了B0C類信號，導(dǎo)頻信號和數(shù)據(jù)信號共同播發(fā)。Galileo系統(tǒng) 不同的衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航信號類型也不完全相同。Galileo系統(tǒng)方案中還充分考慮了導(dǎo)航系 統(tǒng)的應(yīng)用范圍和不同需求，制定了包括公開服務(wù)，關(guān)于生命安全類服務(wù)，公共管制服務(wù)等多 種服務(wù)類型，并計(jì)劃了收費(fèi)方案。Gali1eo系統(tǒng)方案現(xiàn)已論證較為完備并且其先進(jìn)性也較優(yōu) 于GPS系統(tǒng)。
[0010] 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是我國獨(dú)立研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，包括北 斗一號（Beidou)和北斗二號（Compass)兩代系統(tǒng)。北斗一號是我國獨(dú)立研制開發(fā)的衛(wèi)星 導(dǎo)航定位通信系統(tǒng)，又稱為雙星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，是一個(gè)已投入使用的區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)， 由三顆北斗定位衛(wèi)星（一顆備用衛(wèi)星）、地面控制中心為主的地面部分與北斗用戶終端三 部分組成。北斗二號將由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供開放服務(wù)和 授權(quán)服務(wù)。二代北斗系統(tǒng)信號的結(jié)構(gòu)方案還沒有最終敲定，根據(jù)中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用管 理中心的負(fù)責(zé)人在維也納工作組會(huì)議上公布的未來"北斗二號"所使用的頻段及其調(diào)制方 式，我國北斗系統(tǒng)信號的結(jié)構(gòu)也將大體遵循衛(wèi)星導(dǎo)航信號現(xiàn)代化的三個(gè)方向。
[0011] 目前，針對B0C類信號跟蹤的研宄主要集中在解決B0C類信號自相關(guān)函數(shù)的多 峰性造成的跟蹤模糊問題，包括單邊帶跟蹤或者兩個(gè)邊帶組合跟蹤、碼相關(guān)參考波形技術(shù) CCRW(CodeCorrelationReferenceWaveform)、偽相關(guān)函數(shù)方法（PCF)、GatingFunction 算法、跳峰法（Bump-Jump)，新增一個(gè)環(huán)路跟蹤副載波將副載波和PRN碼進(jìn)行分別獨(dú)立跟 蹤，誤差獨(dú)立估計(jì)方法、邊帶自消除技術(shù)（ASPeCT)和通用化副峰抑制技術(shù)（GRASS)方法。對 于雙通道信號傳輸，目前主要方法包括，導(dǎo)頻通道可以和數(shù)據(jù)通道分別進(jìn)行相參累加運(yùn)算 組合；可以利用導(dǎo)頻通道的數(shù)據(jù)為已知數(shù)據(jù)的特性，數(shù)據(jù)通道和導(dǎo)頻可以采用不同的碼鑒 別器和鎖相環(huán)鑒別器以適應(yīng)不同環(huán)境的要求的方法等。
[0012] 但是，目前的現(xiàn)有技術(shù)中還未有一種較完善的，各方面性能最優(yōu)的，兼容新舊體制 信號的跟蹤裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明提供一種基于FPGA的兼容新舊體制衛(wèi)星導(dǎo)航信號跟蹤裝置，采用相同結(jié) 構(gòu)的通道跟蹤不同調(diào)制方式的信號，兼容所有多系統(tǒng)互操作信號，提高接收機(jī)的使用靈活 性。
[0014] -種基于FPGA的兼容新舊體制衛(wèi)星導(dǎo)航信號跟蹤裝置，包含具備輸出5路不同相 位副載波能力的副載波生成器、輸出5路不同相位的偽隨機(jī)碼生成器、副載波NC0和碼NC0、 副載波工作方式選擇器、乘法器和累加器；所述的副載波NC0和碼NC0分別與環(huán)路控制模塊 相連，所述的副載波工作方式選擇器實(shí)現(xiàn)副載波與偽隨機(jī)碼獨(dú)立和組合兩種工作模型；所 述的乘法器和累加器，支持向環(huán)路控制模塊輸出累加和；
[0015] 該裝置的工作模式包括：
[0016] 1)傳統(tǒng)跟蹤模式：當(dāng)跟蹤傳統(tǒng)環(huán)路時(shí)，關(guān)閉跳峰檢測模塊，并屏蔽副載波發(fā)生器 將其輸出置位全1，碼發(fā)生器輸出超前，當(dāng)前，滯后三路信號，向環(huán)路控制模塊輸入6組累加 和。在環(huán)路控制時(shí)，關(guān)閉聯(lián)合累加和模塊，聯(lián)合鑒別器模塊。同時(shí)，也關(guān)閉跳峰檢測模塊以 及SLL鑒別器模塊；此時(shí)，環(huán)路便退化至傳統(tǒng)跟蹤模式；
[0017] 2)跳峰法跟蹤模式：當(dāng)跟蹤低速率副載波B0C信號時(shí)，選擇使用跳峰法。相關(guān)通 道部分采用PRN碼NC0控制副載波生成器，副載波生成器和PRN碼生成器同時(shí)生成甚超前， 超前，當(dāng)前，滯后，甚滯后5路信號，向環(huán)路控制部分輸出10路累加和；
[0018] 3)DET跟蹤模式：當(dāng)跟蹤高速率副載波B0C信號時(shí)，選擇使用DET法；當(dāng)選擇使用 DET算法的時(shí)候，則關(guān)閉環(huán)路控制中的跳峰檢測模塊，啟動(dòng)副載波控制環(huán)路生成副載波環(huán)路 控制字控制副載波NCO,并利用副載波NCO控制副載波的生成；副載波生成器生成1路超 前，3路當(dāng)前，1路滯后副載波信號，PRN碼發(fā)生器，生成1路超前，3路當(dāng)前，1路滯后碼信號， 向環(huán)路控制部分輸出10路累加和；
[0019] 4)MB0C信號跟蹤模式：MB0C信號跟蹤算法模式采用兩路跟蹤模塊，主信號功率跟 蹤模塊以及副功率跟蹤模塊。兩個(gè)跟蹤模塊的控制信號需完全相同，保持兩通道的完全一 致性，即碼頻率控制字，載波頻率控制字需完全相同，副載波頻率控制字需與調(diào)制信號副載 波速率成比例；當(dāng)采用跳峰法時(shí)，主功率信號跟蹤模塊負(fù)責(zé)跳峰檢測而副功率跟蹤模塊負(fù) 責(zé)聯(lián)合主功率跟蹤模塊生成控制信息；
[0020] 5)數(shù)據(jù)導(dǎo)頻聯(lián)合模式：數(shù)據(jù)導(dǎo)頻信號跟蹤算法模式需要采用兩路跟蹤模塊，數(shù)據(jù) 信號跟蹤模塊以及導(dǎo)頻信號跟蹤模塊。兩個(gè)跟蹤模塊的控制信號需完全相同，保持兩通道 的完全一致性，即碼頻率控制字，載波頻率控制字，副載波頻率控制字均完全相同；采用數(shù) 據(jù)信號跟蹤模塊負(fù)責(zé)聯(lián)合導(dǎo)頻信號跟蹤模塊生成控制信息。
[0021] 本發(fā)明的有益效果：該裝置可以根據(jù)需要跟蹤的信號靈活地配置跟蹤模式，跟蹤 方法，實(shí)現(xiàn)所有新舊體制信號的兼容處理。另外，這對每一種特定的信號，都配有特定的性 能優(yōu)良的跟蹤方法，即通過該裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的新體制信號處理，達(dá)到未來衛(wèi)星導(dǎo)航 接收機(jī)，多系