專利名稱：一種用于對gps接收信號進行解碼的方法和解碼器的制作方法
技術領域：
本申請涉及對GNSS衛(wèi)星導航定位信號的接收處理，具體涉及對GPS接收信號進行解碼的方法和解碼器。
背景技術：
空間中充斥著各種電磁波信號。由于環(huán)境噪聲的增大,使得GPS無線電信號的載波噪聲比(C/X)下降，而過低的C/X將給GPS信號的捕獲和跟蹤造成困難。在正常環(huán)境中，對于可視的GPS衛(wèi)星，接收到LI頻率信號的C/N。最低為44dB/Hz。一般地，通常的接收信號強度要比該最低值高出3 7dB。而當環(huán)境噪聲迅速増大吋，GPS信號的C/凡降低幅度可達20dB/Hz左右，嚴重影響了 GPS接收信號的實時捕獲和快速跟蹤。為了實現(xiàn)在惡劣 電磁環(huán)境下的GPS信號快速處理，需要對傳統(tǒng)的接收處理算法進行改進或修正。在傳統(tǒng)的GPS信號接收處理方法中，都是通過將接收到的中頻數(shù)據(jù)與本地載波和偽隨機碼進行相乘與相加來進行相關運算，運算量十分巨大。以處理Ims的GPS中頻數(shù)據(jù)為例，若射頻前端的中頻采樣頻率是12MHz，則需要產生均包含12000個數(shù)據(jù)點的本地正弦載波、余弦載波、即時碼、超前碼、滯后碼，并將GPS中頻數(shù)據(jù)與本地載波和偽隨機碼進行相乘與相加，需要進行12000 X6次乘加操作。此外，為了進行實時定位，至少需要4個通道對GPS信號進行并行處理，以上運算需要重復4次，而且這些運算需要在Ims內完成，才能保證對信號進行實時處理。如此巨大的運算量使得GPS軟件接收系統(tǒng)難以進行快速或實時處理。

發(fā)明內容
本申請g在提出一種方案來提高對GPS接收信號的處理速度。根據(jù)本申請的ー個方面，提出了ー種用于對GPS中頻接收信號進行解碼的方法，包括預先生成存儲有多個本地載波的載波表中；預先生成存儲有多個本地偽碼的偽碼表中；將所述中頻接收信號與從所述載波表中查找到的本地復現(xiàn)載波進行異或運算以得到基帶信號；將所述基帶信號與從所述偽碼表中查找到的本地復現(xiàn)偽碼進行異或運算以得到混合信號；以及從所述混合信號中提取解碼信號。根據(jù)本申請的另一方面，提出了一種用于GPS中頻接收信號的解碼器，包括第一異或模塊，將接收的中頻接收信號與從載波表中查找到的本地復現(xiàn)載波進行異或運算以得到基帶信號，其中，所述載波表存儲有預先生成的包括所述本地復現(xiàn)載波在內的多個本地載波；第二異或模塊，將所述基帶信號與從偽碼表中查找到的本地復現(xiàn)偽碼進行異或運算以得到混合信號，其中，所述偽碼表存儲有預先生成的包括所述本地復現(xiàn)偽碼在內的多個本地偽碼；以及解碼結果提取模塊，從所述混合信號中提取解碼信號。根據(jù)本申請的方案，通過將接收的中頻信號與本地復現(xiàn)載波和本地復現(xiàn)碼進行ニ次異或，只需要實時進行兩次運算。相對于現(xiàn)有技術中采用的乘加操作，單在數(shù)據(jù)處理上次數(shù)就提高了 3倍，并且異或運算相對乘加運算的效率也更高。根據(jù)在FPGA+DSP的導航測試環(huán)境中取得的數(shù)據(jù)，根據(jù)本申請的方案在處理速度可提高了 16倍左右。


圖I是根據(jù)本申請ー個示例性實施方式的解碼方法的流程圖。圖2是根據(jù)本申請ー個示例性實施方式的零序列和非零序列取值的示例圖。圖3是根據(jù)本申請ー個示例性實施方式的基帶信號與超前減滯后偽碼混合的示例圖。圖4是根據(jù)本申請ー個示例性實施方式的累加表的結構圖。圖5是根據(jù)本申請ー個示例性實施方式的解碼器的框圖。
圖6是根據(jù)本申請ー個具體實施例的解碼器的結構圖。
具體實施例方式下面參照附圖結合示例性的實施方式描述本申請的實施方式。圖I示出了根據(jù)本申請的示例性實施方式、用于對接收到GPS中頻信號進行解碼的方法100。如圖所示，在步驟S101，預先生成本地載波并將生成的載波存儲為載波表。載波表中存儲正弦和余弦信號。對于一般的GPS接收機或系統(tǒng)，多普勒頻率范圍為-10 +IOkHz，因此，在一個實施方式中，載波表可僅存儲頻率在中頻附近-10 +IOkHz范圍內的正弦和余弦信號。此外，為了節(jié)省存儲空間，在一個實施方式中，載波表中可只存儲頻率間隔為100Hz、初始相位為O的正弦和余弦信號。盡管與存儲具有精確頻率和連續(xù)相位的正弦和余弦信號相比，使用不精確的頻率將會對相關運算引起一定的信噪比損失，但采用上述頻率間隔帶來的信噪比損失基本可以忽略不計。例如，如果頻率分辨率為IHz則需要存儲20001組正/余弦信號，對于每個頻率點還需要存儲具有不同初始相位的正/余弦信號，這將需要上Gbyte的存儲空間。而對于只存儲頻率間隔為100Hz、初始相位為O的正弦和余弦信號的情況，損失的信噪比如下ASNR = 201og,0(S1^y 'P-)其中，Af為頻率誤差，T為相關運算的積分時間。由于載波表中的正/余弦信號的頻率間隔為100Hz，最大的頻率誤差不會超過50Hz，因此，對于Ims的相關積分，造成的信噪比損失最大值為0. 035dB，基本可以忽略不計。根據(jù)ー個實施方式，載波表中存儲的正弦和余弦信號均使用2-bit表不，包含
I-bit符號位和Ι-bit零值填充位,例如可如表I所示。
符號位填充位值
0O+1
1O-1 .表I2-bit的采樣值可按時間先后順序，由低位到高位連續(xù)存儲到32-bit字中。ー個32-bit字存儲16個采樣值。對于16. 368MHz采樣的正弦/余弦信號，Ims包含16368個采樣點，因此需要4092byte存儲空間。載波表需要I. 57MB空間來存儲-10 +IOkHz之間的總共201組正弦和余弦采樣值。在步驟S102，預先生成本地偽碼并將生成的偽碼存儲成PRN(偽隨機序列)碼表，即，偽碼表。PRN碼表中存儲的偽碼可具有零多普勒頻率。存儲的偽碼可包括即時偽碼和超前減滯后偽碼。即時偽碼使用2-bit表示,包含Ι-bit采樣值和l_bit零填充,與載波表中正/余弦信號的2-bit表不方式一祥。超前減滯后偽碼具有3種取值0、-2和+2。根據(jù)ー個實施方式，可使用零序列和非零序列表示3種取值。例如，零序列表示超前減滯后偽碼中取值為O的采樣點，如果采樣點的值為0，則零序列中的對應的點也為O否則為I。零序列同樣 使用2-bit進行表示，包含Ι-bit采樣值和Ι-bit填充位，例如可如表2所示。
權利要求
1.ー種用于對GPS中頻接收信號進行解碼的方法，包括 預先生成存儲有多個本地載波的載波表中； 預先生成存儲有多個本地偽碼的偽碼表中； 將所述中頻接收信號與從所述載波表中查找到的本地復現(xiàn)載波進行異或運算以得到基帶信號； 將所述基帶信號與從所述偽碼表中查找到的本地復現(xiàn)偽碼進行異或運算以得到混合信號；以及 從所述混合信號中提取解碼信號。
2.如權利要求I所述的方法，其中，每個中頻接收信號、每個本地載波和每個本地偽碼均采用2-bit數(shù)據(jù)表示，并且中頻接收信號、本地載波和本地偽碼分別組合到int型數(shù)據(jù)中。
3.如權利要求I所述的方法，其中，所述載波表中存儲的所述多個本地載波的頻率在所述中頻接收信號的頻率加上多普勒頻移的范圍內。
4.如權利要求2所述的方法，其中，每個本地載波均包括正弦值和余弦值，將所述中頻接收信號與所述本地復現(xiàn)載波進行異或運算包括 將所述中頻接收信號與所述本地復現(xiàn)載波對應的正弦值和余弦值分別進行異或運算，從而得到的所述基帶信號包括I路信號和Q路信號。
5.如權利要求4所述的方法，其中，將所述基帶信號與所述本地復現(xiàn)偽碼進行異或運算包括 將所述I路信號和所述Q路信號分別與所述本地復現(xiàn)偽碼進行異或運算，以得到I路混合信號和Q路混合信號。
6.如權利要求I所述的方法，其中，每個本地偽碼均包括即時偽碼和超前減滯后偽碼，將所述基帶信號與所述本地復現(xiàn)偽碼進行異或運算包括 將所述基帶信號與所述即時偽碼和所述超前減滯后偽碼分別進行異或運算以得到即時支路混合信號和超前減滯后支路混合信號。
7.如權利要求I所述的方法，其中，從所述混合信號中提取所述解碼信號包括 對所述混合信號中的數(shù)據(jù)進行累加以得到所述解碼信號。
8.如權利要求5所述的方法，其中，從所述混合信號中提取所述解碼信號包括 對所述I路混合信號和Q路混合信號中的數(shù)據(jù)分別進行累加以得到所述解碼信號。
9.如權利要求6所述的方法，其中，從所述混合信號中提取所述解碼信號包括 對所述即時支路混合信號和所述超前減滯后支路混合信號中的數(shù)據(jù)分別進行累加以得到所述解碼信號。
10.一種用于GPS中頻接收信號的解碼器，包括 第一異或模塊，將接收的中頻接收信號與從載波表中查找到的本地復現(xiàn)載波進行異或運算以得到基帶信號，其中，所述載波表存儲有預先生成的包括所述本地復現(xiàn)載波在內的多個本地載波； 第二異或模塊，將所述基帶信號與從偽碼表中查找到的本地復現(xiàn)偽碼進行異或運算以得到混合信號，其中，所述偽碼表存儲有預先生成的包括所述本地復現(xiàn)偽碼在內的多個本地偽碼；以及解碼結果提取模塊，從所述混合信號中提取解碼信號。
11.如權利要求10所述的解碼器，其中，每個中頻接收信號、每個本地載波和每個本地偽碼均采用2-bit數(shù)據(jù)表示，并且中頻接收信號、本地載波和本地偽碼分別組合到int型數(shù)據(jù)中。
12.如權利要求10所述的解碼器，其中，所述載波表中存儲的所述多個本地載波的頻率在所述中頻接收信號的頻率加上多普勒頻移的范圍內。
13.如權利要求11所述的解碼器，其中，每個本地載波均包括正弦值和余弦值，所述第ー異或模塊將所述中頻接收信號與所述本地復現(xiàn)載波對應的正弦值和余弦值分別進行異或運算，從而得到的所述基帶信號包括I路信號和Q路信號。
14.如權利要求13所述的解碼器，其中，所述第二異或模塊將所述I路信號和所述Q路信號分別與所述本地復現(xiàn)偽碼進行異或運算，以得到I路混合信號和Q路混合信號。
15.如權利要求10所述的解碼器，其中，每個本地偽碼均包括即時偽碼和超前減滯后偽碼，所述第二異或模塊將所述基帶信號與所述即時偽碼和所述超前減滯后偽碼分別進行異或運算以得到即時支路混合信號和超前減滯后支路混合信號。
16.如權利要求10所述的解碼器，其中，所述解碼結果提取模塊對所述混合信號中的數(shù)據(jù)進行累加以得到所述解碼信號。
17.如權利要求14所述的解碼器，其中，所述解碼結果提取模塊對所述I路混合信號和Q路混合信號中的數(shù)據(jù)分別進行累加以得到所述解碼信號。
18.如權利要求15所述的解碼器，其中，所述解碼結果提取模塊對所述即時支路混合信號和所述超前減滯后支路混合信號中的數(shù)據(jù)分別進行累加以得到所述解碼信號。
19.如權利要求10所述的解碼器，進ー步包括 反饋控制模塊，根據(jù)所述解碼結果提取模塊提取的所述解碼信號控制從所述載波表和所述偽碼表查找出的所述本地復現(xiàn)載波和所述本地復現(xiàn)偽碼。
全文摘要
公開了用于對GPS中頻接收信號進行解碼的方法和解碼器。根據(jù)一個實施方式的方法包括預先生成存儲有多個本地載波的載波表中；預先生成存儲有多個本地偽碼的偽碼表中；將所述中頻接收信號與從所述載波表中查找到的本地復現(xiàn)載波進行異或運算以得到基帶信號；將所述基帶信號與從所述偽碼表中查找到的本地復現(xiàn)偽碼進行異或運算以得到混合信號；以及從所述混合信號中提取解碼信號。
文檔編號G01S19/37GK102866408SQ20111019508
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權日2011年7月7日
發(fā)明者林琿, 張雷, 王建宇 申請人:香港中文大學