专利名称：Gps和glonass多信道相关器的编码混合器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及卫星信号追踪系统，主要是指一种GPS和GL0NASS多信道相关器 的编码混合器。
背景技术：
已知GPS采用码分多址信号，GL0NASS采用平分多址信号。传统的卫星信号追踪 系统只能接收GPS或GL0NASS信号，不能同时接收GPS和GL0NASS信号。发明内容本实用新型的目的就是提供一种GPS和GL0NASS多信道相关器的编码混合器，通 过编混码、累加和丢弃、编码相位计数、编码拨动计数、历元计数，实现了一台接收机可同时 接收GPS和GL0NASS多信道信号，较好地克服了现有技术存在的不足。实现本实用新型技术方案是包括编混码器、累加和丢弃器、编码相位计数器、编 码拨动计数器、历元计数器，其中编混码器经累加和丢弃器、编码相位计数器、编码拨动计 数器与历元计数器连接。该编码混合器还包括寄存器，该寄存器包括控制寄存器、状态寄存器、累加器数 据寄存器、测量数据寄存器。本实用新型具有的有益效果采用编混码器、累加和丢弃器、编码相位计数器、编 码拨动计数器、历元计数器的方式，实现了一台接收机可同时接收GPS和GL0NASS多信道信号。
图1是本的实用新型框图。其中ADC (数模转换)；MUX (多路复选器)；SIG MAG (信号强度)；TESTOiHi);NA PROW BAND CONVERTER (导航可编程基带整流器)；SELECT SOURCE&SELCET MODE (选择信号源 & 选择模式)；SOURCE SELECTOR (信号源选择)；CARRIER DCO (载波 DC0)；CARRIER CYCLE COUNTER (载波周期计数器)；32-BITACCUMULATE&DUMP Q_TARCKING (32-位累加 &清空 Q_ 追踪)；3 2-B I TACCUMULATE&DUMP Q_TARCKING (32-位累加 &清空 Q_ 提示)；CODE SLEW (编码位滑动)；C/A, L2, GLO CODE GENERATOR (C/A, L2, GLO 编码发生器)；[0021]CODE PHASE COUNTER (编码相位计数器)；CODE DCO (编码 DC0)；EPOCH COUNTER (历元计数器)；32-BIT ACCUMULATE&DUMP I_TARCKING (32_ 位累加 &清空 1_ 追踪)；32-BIT ACCUMULATE&DUMP I_TARCKING (32_ 位累加 &清空 1_ 提示)；IN and OUT DATA BUks (输入输出总线)；图2是本实用新型的整合载波相位图，展示了积分载波相位等式是如何被推到出 来的。其中1.Reading at TICo (在 TICo 时刻读取)CHX-CARtLDa^PHASh = PH02. Reading at TICo (在 TICo 时刻读取)=CHX-CARtLDOU3HASE1 = PH1CHx.CARR.CYCLEi = K1+!3. Reading at TICo (在 TICo 时刻读取):CHx_CARR_DCO_PHASE2 = PH2CHx_CARR_CYCLE2 = K2+1Δ Yl = 2 π Kl+ (2 π —PHO) +PHl= 2 π (K1+D-PH0+PH1= 2 π (CHX_CARR_CYCLE1-CHX_CARR_DCO_PHASEO/1204+CHX_CARR_DCO_PHASE1/1024)；LASTΣΣΔΥ1 =2π( '=1 CHX_CARR_CYCLE 1 -CHX_CARR_DCO_PHASEO/1024-CHX一 CARR_DCO—PHASELAST/1024);NOTE :The carrier cycle counter counter value is stored at everyTIC and the counter is reset(注意载波周期计数器的数字在每个TIC时刻被存储，同时计数器复位)图3是本实用新型的TAME标记发生器的结构图。其中40MhzMASTER CLOCK (40Mhz 主时钟)；20-bit counter QO-位计数器)；CNTL (控制)；CONTROL LOGIC (控制逻辑)；21-BIT PROGRAMMABLE D0WM21-位可编程倒计时)；MARK FBx (FBx 标记)；1SEC. TIME MARK (1 秒时刻标记)；EXTERNAL LINE DRIVERS (外部线路驱动)；图4是本实用新型的TAME标记计时的结构图。其中NAVSOLUTION COMPUTATION DELAY (导航结果计算延迟)；TIME BETWEEN TICs IS CONSTANT (TIC 时刻之间的时间间隔是常量)；0UTPUTUTC TIME MARK (输出世界时标记)；图5是本实用新型的更新模式下清空时序。其中IO23CHIPSdO23位)；DUMP (清空)；[0057]C/ACODE CHIPNO (C/A 编码位编号)；Tl =Load 4into CHx_SLEff register = 2*5chip delay (Tl 向 CHx_SLEW 写入 5 = 2*5位延迟)；具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明编码混合器(Code Mixers)编码混合器把来自载波混合器输出的基带I&Q信号 和本地复制生成的PROMPT以及TRACKING编码相乘得到四个独立的相关结果。相关结果会 被送到”累加和丢弃”模块进行积分。“累加和丢弃”(Accumulate and Dump)“累加和丢弃”模块编码对混合器的输出 在一个编码周期内(标称是Ims)进行积分。每个信道都有四个独立的16位累加器。这些 累加器的结果表示了在整个积分过程中I/Q信号和PROMPT以及TRACKING编码的相关性。 因为这些寄存器不具备写覆盖保护机制，其中的数据必须在下个‘DUMP’操作之前就被读 取。编码相位计数器(Code Phase Counter)编码相位计数器计算所生成编码的半位 的个数，然后在每个TIC时刻把这个数值存放到CHx_C0DE_PHASE寄存器。编码拨动计数器(Code Slew Counter)编码拨动计数器用来把生成的编码在范 围0-2047的范围内以半个码位的单位拨动。在更新模式，拨动发生在下个DUMP操作之后。 在预置模式下它发生在下个TIC时刻。所有的波动操作都和当前的编码相位有关。每次需 要拨动操作的时候都要多编码拨动计数器进行写入操作。在拨动过程中相应信道的累加器 是被禁用的，以使第一个结果有效。当一个拨动操作被写入时信道被禁用，那么拨动将在信 道被启用的同时发生。历元计数器(Epoch Counter)历元计数器持续计算一秒间隔内的编码周期。这个 被表达为一个表示以Ims位单位的积分时间(0-19)的5位字，加上一个包含以20ms为单 位的计数(0-49)的6位字。历元计数器可以预先被加载以和来自卫星的数据流同步。历 元计数器的值在更新模式下会马上被传送到计数器，或者在预置模式下，在下个TIC时刻 被传送。历元计数器的数值在每个TIC时刻被锁存至CHx_EP0CH寄存器。另外它的瞬时值 可以从CHx_EP0CH_CHECK寄存器查验到。编码发生器编程对每个信道，CHx_SATCNTL寄存器根据如下被编程1.设置S0URCESEL位选择输入信号源2.设置TRACK_SEL位设置追踪臂编码为”提前”或者”落后”(相对于”准时”臂)。3.设置G2_L0AD位选择要求的PRN编码。4.根据期望的编码相位偏差对CHx_C0DE_SLEW寄存器编程。拨动操作会在CHx_ RSTB被释放时生效。第一个DUMP操作会为信道生成累加数据以及设置相关的CHx_NEW_ ACCUM_DATA 状态位。5.释放 RESET_C0NTR0L 的 CHx_RSTB 位以激活信道。当编码时钟被禁用(用来拨动编码相位)“积分”和”丢弃”模块保持重置。只有当拨动操作完成之后才会开始累加相关结果。多信道搜索一颗卫星可以通过使用MULTI信道地址和适当差异的编码拨动值。读取累加数据在每个”丢弃”操作相应的CHx_NEW_ACCUM_DATA状态位会在ACCUM_STATUS_A寄存 器中被设置。状态寄存器和所有的累加寄存器(CHx_l_TRACK，CHx_Q_TRACK, CHx_l_PR0MPT, CHx_Q_PR0MPT)被映射都连续的地址。如果需要，在每个ACCUM_INT中断，这些寄存器数据 都可以作为一个连续的区块被读取。或者，状态寄存器可以被轮训。现在累加寄存器是写覆 盖保护的，所以当新的数据生效时系统必须很快响应。是否需要在每个DUMP操作都处理累 加操作取决于具体的应用。读取这些寄存器数据的顺序是可以选择的，但是理想的是CHx_ Q_PR0MPT寄存器最后被读取，因为这会重置CHx_NEW_ACCUM_DATA位。ACCUM_STATUS_B的 CHx_MISSED_ACCUM位指示新的累加数据丢失了。这些寄存器位只能通过写入CHx_ACCUM_ RESET或者重新激活信道来清除。搜索其他编码相位当期望在下个编码相位进行相关，比如之后一整个码位，C0DE_SLEW要被编程写入 2(单位是半个码位)。拨动操作会在下个DUMP进行。C0DE_SLEW的效果和当前的编码相位 有关。要重复C0DE_SLEW，寄存器要被重新写入，哪怕拨动的大小是一样的。—旦卫星信号被探测到(达到了相关阈值)，编码和载波的追踪循环就可以关闭 了。追踪循环的参数必须被整合到软件中以适应具体的应用。数据位同步数据位同步算法应该找到数据位传输的时刻。处理器计算当前的一毫秒历元。然后把这个数值写入1MS_EP0CH计数器。理想状态下，历元计数器的访问应该发 生在每个DUMP的累加寄存器写入操作之后。或者，历元计数器可以任由它自行运转，偏差由软件在每次它读取历元寄存器的 时候加上去。注意如果积分操作穿越位元边界，积分结果会很小。读取测量数据在每个TIC时刻，测量数据都会被锁存在测量数据寄存器中CHx_EP0CH，CHx_C0DE_PHASE,CHx_CARRIER_DCO_PHASE,CHx_CARRIER_CYCLE_HIGH,CHx_CARRIER_CYCLE_LOff,CHx_C0DE_DC0_PHASE.ACCUM_STATUS_B或者MEAS_STATUS_A寄存器必须在一个大于TIC频率的频率上进 行轮询(以查验一个TIC是否已经发生)，否则测量数据会丢失。ACCUM_INT或者MEAS_INT 事件可以用来启动这个操作。测量数据的读取既可以由中断发动也可以是轮询的。对于中 断发动的防范微处理器在每个MEAS_INT中断后读取ACCUM_STATUS_B或者MEAS_STATUS_A 寄存器，如果TIC位被设置，跟着就读取测量数据。对于轮询法，ACCUM_STATUS_A寄存器总 是在ACCUM_INT中断后被读取。另外ACCUM_STATUS_B寄存器在每个ACCUM_INT中断后被 读取以保证没有累加数据被丢失以及检查TIC位(以及几个状态位)。软件检查TIC位来确定新的测量数据已经可以被读取。预置模式(Preset Mode)寄存器的PRESET/UPDATEB位置高位，每个信道都可以被编程进入预置模式。当TIC事件发生，卫星编码，历元数值和拨动数被加载，一个新的相位被编程写入 编码数字控制振荡器，这个相位和振荡器中之前的数值无关。在TIC时间之前信道根据它 之前的设置运作。预置模式多载波数字控制振荡器和载波周期计数器没有影响。—旦预置模式被开动，那它应该被允许运行至结束。要求的运行序列如下1.寄存器选择预置模式，同时写入合适的新设置2.加载编码和载波数字控制振荡器增量数值。注意这些立即生效所以会影响当 前的测量。3.加载以下的寄存器CHx_C0DE_DC0_PHASE,CHx_C0DE_SLEff andCHx_EP0CH_C0UNT_L0AD·CHx_EP0CH_C0UNT_L0AD最后加载很重要，因为它会激活下个TIC的预置操作。中断(Interrupts)存在一个中断源INT0UT.默认的INTOUT周期是505. 05s。这个周期可以通过 PR0G_ACCUM_INT寄存器或者通过改变SYSTEM_SETUP寄存器的INTERRUPT_PERIOD位来重新设置。默认的TIC 周期是 99. 9999ms。它可以通过 PR0G_TIC_HIGH 禾Π PR0G_TIC_L0ff 寄存器重新配置。硬件信号处理引入的信号通道延时当期望从GNSS信号产生一个精确的时钟参考或者给位置定位加上时间标记，接 收机的延时必须加以考虑。信号通道延时包括两部分，一个是模拟通道延时，随着温度和组 件公差变动，一个数字通道延时，如果振荡器漂移变动可以无视，那它就是常数。数字延时的估值简单些，它由以下几部分组成1.从前端的(SMPCLK) SIGN和MAG位的采样边缘到采样锁存重采样(比从SMPCLK 到前端传播延时少175ns)的时间。2.加上相关器在相同的SIGN和MAG位上的相关操作所需时间(175ns)。3.加上累加器中用来锁存采样数据的延时。4.减去相关操作和累加器锁存相位(75ns)之前的TIC时钟相位之间的时间。通过射频接收机的模拟延时被设置为滤波器中的组延时参数，对于C/A编码所用 的贷款或在1到2ms的范围内，所以淹没在数字延时中。但是它是可以被测量和修正的。积分载波相位测量相关器追踪信道的硬件允许通过CHx_CARRIER_CYCLE_HIGH/_LOW和CHx_ CARRIER_DCO_PHASE寄存器的作为测量数据一部分的测量值在每个TIC时刻被采样。CHx_ CARRIER_CYCLE_HIGH/_LOff寄存器包含了 20位元的载波数字控制振荡器的正向零相交 的数值；这会比过去的整个周期的数值多一 G位在_HIGH，16位在_L0W寄存器)。CHx_CARRIER_DCO_PHASE寄存器包含了周期小数或者相位，以及10位的分辨率来给出2/2046弧度的增量。要获取几个TIC周期的积分载波相位，所需要做的就是在每个TIC时刻读取CHx_ CARRIER_CYCLE_HIGH和_L0W寄存器并且对读取值求和。当载波周期测量是从一个正向零 相交到下个正向零相交，这会给出一个比完整的载波周期高1的数值。最后的载波周期小数必须被加到这个数值上，而开始的载波周期小数必须被减 去。两个数值都是从CHx_CARR_DCO_PHASE寄存器被读取。总的相位变化可以如下被计算 出来积分载波相位=2 π * Σ Numbers in Carrier Cycle Counter+final Carrier DCO phase-Initial Carrier DCO phase图2展示了这个等式是如何被推到出来的。这个积分载波相位可以和”delta”距离(到各个卫星的距离变化)联系起来。当 和卫星的轨道参数一起使用，” delta”距离会给出一个定位点之间接收机的移动测量值，这 个测量值是相对于定位点里的，所以可以用来对它们做平滑。它同时也可以直接给出速度 值。” delta”距离是包含噪声的而且大多数数值取决于卫星的运动，所以速度的确定必须使 用来自充分分离的TIC的数据。对于位置平滑所有的”delta”距离都会被包含在导航滤波 器的输入中。该滤波器会执行一个” delta”距离和距离的动态平均。生成时间记号(TMARK)时间记号(Time Mark)发生器被设计成每一秒提供一个可以和给定的时间基(比 如接收机时间基，GPS, GL0NASS世界协调时同步单元或者世界协调时)同步的时间记号输 出信号。时间记号在某个可编程的和TIC相关的延时后生成。选择的结构(参见图3)只涉及到时钟在高频驱动的最少的硬件所以给出了比较 低的能量消耗。举个例子，为了同步时间记号到世界协调时(UTC)，软件可以有以下的操作流程 (参见图4)1.偶尔捕获测量数据(在任一的TIC时刻)用来2.解算测量时刻的世界协调时(t0)。注意分辨率只能精确到接收机中的硬件传 输速度，一般是几个毫秒，除非这些延时被校准过而且世界协调时分辨率根据校准结果被 修正。3. Compute on which 100ms TIC,tm,to take the next sample of measurement data such that 计算在哪个100毫秒TIC时刻对下个测量数据进行采样以满足UTCTIMEMARK-tm = δ 1+ δ 2这里UTC TIME MARK =和一个世界协调时秒同步的期望时间记号δ 1 = k χ (time between TICs)，这里 k = INTEGER 而且 δ 1 >导航结果计算延 时。δ 2 =时间记号和100ms_TIC标记” tr”之间的时间偏差(拥有50ns的分辨率)δ 2 < (TIC时刻之间的时间)[0138]4.在时刻tm捕获测量数据。在时刻tm计算Nav结果。在UTC时刻传输Nav结果。 通过已知的振荡器漂移，时间记号生成器单元加上的25ns延时以及校准过的传播延时，计 算DOWN COUNT，要编程输入可编程倒数计数器的数值以把时间记号延时δ 2。5.在tr事件发生之前对倒数计数器编程写入DOWN COUNT值。6.在 tr 时间之后 2000ms 内输出 ARINC DATA (跟随 ARINC743)。7.定位tm+1然后返回步骤4。世界协调时(UTC)误差预算以下的误差预算都和时间记号(Time Mark)的产生有关系总误差=TDOP+时钟分辨率+振荡器漂移残余误差。+计算引入误差。+时间记号传输通过器件/线路产生的延时。.+ 硬件中的传输延时，从天线到相关器到测量数据采样器。其中的典型值是1. TDOP 当选择可用性(SA)打开，估计值为177ns (2 δ数)2.时钟分辨率50ns (在21位可编程倒数计数器中)。3.振荡器漂移残余误差(a)来自从上个振荡器漂移计算开始的TCXO上的温度变化⑴TQCO最大斜率是士 lppm/°C(ii)温度最大变化是5°C /minute(iii)振荡器漂移每秒计算一次所以在世界协调时记号中最多存在一秒钟。比如以lppm/°C χ 5°C /min χ Isec = 83ns作为温度步进变化或者41. 5ns (取整到 50ns)作为线性斜率(b)因为漂移估值中最大的误差是50ns(大致猜测)总的振荡器漂移误差= (a)+ (b) >> 100ns.4.计算引入误差假设为足够多的有用位被保留所以这个误差趋近于0。5.时间记号传输通过器件/线路产生的延时这个会根据GPS接收机的输出通过 使用倒数计数器的反馈来校正和补偿，会存在残余误差，因为(a)时钟分辨率=50ns(b)反馈延时校正=25ns (估计值)6.硬件中的传输延时这些都被估计在几个毫秒的范围内所以是时间记号(Time Mark)同步错误的主要组成部分。当整个硬件设计已经完成，一个估计算法可以被包含在软 件中以提高总的精确度。总误差=177ns+50ns+100ns+0+75ns+硬件延时总误差=402ns+硬件延时.寄存器详细描述
权利要求1.一种GPS和GL0NASS多信道相关器的编码混合器，其特征是包括编混码器、累加和丢 弃器、编码相位计数器、编码拨动计数器、历元计数器，其中编混码器经累加和丢弃器、编码 相位计数器、编码拨动计数器与历元计数器连接。
2.如权利要求1所述的GPS和GL0NASS多信道相关器的编码混合器，其特征是所述编 码混合器还包括寄存器，该寄存器包括控制寄存器、状态寄存器、累加器数据寄存器、测量 数据寄存器。
专利摘要一种GPS和GLONASS多信道并行相关器的编码混合器，包括编混码器、累加和丢弃器、编码相位计数器、编码拨动计数器、历元计数器，其中编混码器经累加和丢弃器、编码相位计数器、编码拨动计数器与历元计数器连接。
文档编号G01S19/30GK201837723SQ20102020980
公开日2011年5月18日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者庄巍, 王星, 王泽复, 谢德明, 陈跃斌 申请人:北京联星科通微电子技术有限公司