專利名稱：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號的接收方法及接收機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，尤其涉及一種融合全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPQ、格洛納斯 (GL0NASS)系統(tǒng)、伽利略((Galileo)系統(tǒng)和北斗(BD)系統(tǒng)中至少兩者的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) (GNSS)信號的接收方法，以及一種GNSS信號接收機。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用已發(fā)展成為全球性的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，并正經(jīng)歷著從以車輛應(yīng)用為主體的市場格局轉(zhuǎn)變?yōu)橐詡€人消費應(yīng)用為主流的市場格局。便攜式導(dǎo)航設(shè)備(PND)在過去幾年全球范圍內(nèi)的快速發(fā)展，成為了技術(shù)在消費類產(chǎn)品中最成功的應(yīng)用之一。隨著GNSS的發(fā)展，導(dǎo)航產(chǎn)品的定位功能將可以由多個衛(wèi)星系統(tǒng)實現(xiàn)，歐洲 Galileo系統(tǒng)、美國GPS系統(tǒng)、俄羅斯GL0NASS系統(tǒng)、中國北斗系統(tǒng)等多種系統(tǒng)共存的局面在未來會成為一種重要的應(yīng)用趨勢。多種系統(tǒng)共存比只使用單一系統(tǒng)更安全，但也在成本、功耗和物理尺寸方面對接收機、設(shè)備等硬件提出了更高的要求。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)從GPS時代向GNSS時代的轉(zhuǎn)化， 雙星座或多星座的兼容接收機會成為未來衛(wèi)星導(dǎo)航定位接收機的主流產(chǎn)品。兼容接收機的優(yōu)勢在于有利于提高導(dǎo)航定位的精度和可用性、連續(xù)性、完好性。 具體而言，由于衛(wèi)星數(shù)量的成倍增加，在接收視野受到可能的遮掩和阻擋時，仍然保證有足夠的衛(wèi)星實現(xiàn)定位功能，在城市環(huán)境中這一優(yōu)點極具實用價值，這意味著定位服務(wù)將具有更高的可用性和連續(xù)性。衛(wèi)星數(shù)量的增加也會在一定程度上改善幾何精度因子，提供更高的定位精度。當(dāng)某個衛(wèi)星導(dǎo)航星座出現(xiàn)異常情況時，其它系統(tǒng)的衛(wèi)星信號仍然可以保證接收機的正常工作。接收機自主完好性檢測性能也同可見衛(wèi)星數(shù)量正相關(guān)，5顆衛(wèi)星情況下只能檢測出衛(wèi)星故障但卻不能找出并剔除故障衛(wèi)星，6顆以上衛(wèi)星條件下則可以檢測出故障衛(wèi)星，從而利用剩下的健康衛(wèi)星完成定位解算。但是目前僅GPS和Galileo系統(tǒng)在互操作性設(shè)計方面取得明顯的進展，GPS的Ll 頻點和(Galileo的El頻點的頻率完全重合，采用同一個射頻前端通道可以同時接收前述兩路信號。而GL0NASS-L1、北斗Bl信號則被設(shè)置在不同的頻點，這就意味著兼容接收機的前端部分必須具有多個射頻通道，才能完成多系統(tǒng)信號接收任務(wù)。以美國Javad公司產(chǎn)品TR-G3T OEM板為例，該產(chǎn)品能夠同時接收GPS、GL0NASS和 (ialileo多個頻點的信號，但是，產(chǎn)品價格昂貴，功耗也較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是需要提供一種全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號的接收機，克服現(xiàn)有接收設(shè)備功耗較高的缺陷。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號接收機，包括天線，還包括射頻前端模塊，用于根據(jù)第一控制指令，以時分模式將射頻通道的帶寬與所述天線接收的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)信號進行匹配，并根據(jù)所述GNSS信號產(chǎn)生數(shù)字中頻信號；基帶處理模塊，用于根據(jù)第二控制指令對所述數(shù)字中頻信號進行基帶處理；控制模塊，用于根據(jù)所述基帶處理的結(jié)果、用戶輸入及預(yù)設(shè)的控制策略，產(chǎn)生所述第一控制指令以及所述第二控制指令。優(yōu)選地，所述射頻前端模塊包括數(shù)字中頻超外差架構(gòu)或者零中頻架構(gòu)的射頻前端模塊。優(yōu)選地，所述零中頻架構(gòu)的射頻前端模塊包括低噪放大器，用于對所述GNSS信號進行低噪放大；本地振蕩器，用于產(chǎn)生本振信號；第一數(shù)字混頻單元，用于對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的同相分量進行混頻、濾波以及放大處理后，轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字混頻信號；第二數(shù)字混頻單元，用于對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的正交分量進行混頻、濾波以及放大處理后，轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字混頻信號。優(yōu)選地，所述零中頻架構(gòu)的射頻前端模塊進一步包括帶通濾波器，用于對所述GNSS信號進行帶外干擾信號的濾波處理；其中，所述低噪放大器，用于對經(jīng)過所述帶外干擾信號的濾波處理的GNSS信號進行低噪放大。優(yōu)選地，所述第一數(shù)字混頻單元對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的同相分量進行濾波處理，包括帶通濾波或者低通濾波處理；所述第二數(shù)字混頻單元對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的正交分量進行濾波處理，包括帶通濾波或者低通濾波處理。優(yōu)選地，所述天線接收的所述GNSS信號包括全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPQ、格洛納斯 (GL0NASS)系統(tǒng)、伽利略(feilileo)系統(tǒng)和北斗(BD)系統(tǒng)中至少兩者的衛(wèi)星信號。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是需要提供一種全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號的接收方法，克服現(xiàn)有接收設(shè)備功耗較高的缺陷。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號的接收方法， 包括根據(jù)第一控制指令，以時分模式將射頻通道的帶寬與天線接收的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)信號進行匹配，并根據(jù)所述GNSS信號產(chǎn)生數(shù)字中頻信號；根據(jù)第二控制指令對所述數(shù)字中頻信號進行基帶處理；根據(jù)所述基帶處理的結(jié)果、用戶輸入及預(yù)設(shè)的控制策略，產(chǎn)生所述第一控制指令以及所述第二控制指令。優(yōu)選地，根據(jù)所述第一控制指令將所述射頻通道的帶寬與所述GNSS信號進行匹配并產(chǎn)生所述數(shù)字中頻信號的步驟，包括對所述GNSS信號進行低噪放大；產(chǎn)生本振信號；對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的同相分量進行混頻、濾波以及放大處理后，轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字混頻信號；
對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的正交分量進行混頻、濾波以及放大處理后，轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字混頻信號。優(yōu)選地，對所述GNSS信號進行低噪放大之前，進一步對所述GNSS信號進行帶外干擾信號的濾波處理。優(yōu)選地，對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的同相分量進行濾波處理，包括帶通濾波或者低通濾波處理；對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的正交分量進行濾波處理，包括帶通濾波或者低通濾波處理。優(yōu)選地，所述GNSS信號包括全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPQ、格洛納斯(GL0NASQ系統(tǒng)、 伽利略(Galileo)系統(tǒng)和北斗(BD)系統(tǒng)中至少兩者的衛(wèi)星信號。本發(fā)明技術(shù)方案能夠完成多系統(tǒng)兼容的聯(lián)合定位。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案實現(xiàn)的接收機顯著降低了硬件成本，功耗更低，物理尺寸更小，而且硬件復(fù)雜度更低， 適用于普通消費類產(chǎn)品。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中圖1是本發(fā)明實施例一的GNSS信號接收機的組成示意圖；圖2是圖1所示實施例中射頻前端模塊基于數(shù)字中頻超外差架構(gòu)的組成示意圖；圖3是圖1所示實施例中射頻前端模塊基于零中頻架構(gòu)的組成示意圖；圖4是圖1所示實施例中基帶處理模塊的組成示意圖；圖5是本發(fā)明中誤碼率與載噪比和相參積累時間的關(guān)系示意圖；圖6是本發(fā)明實施例二的GNSS信號接收方法的流程示意圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。首先，如果不沖突，本發(fā)明實施例以及實施例中的各個特征的相互結(jié)合，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。另外，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執(zhí)行指令的計算機系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。實施例一、一種GNSS信號接收機如圖1所示，本實施例主要包括寬帶天線110、射頻前端模塊120、基帶處理模塊 130以及控制模塊140，其中寬帶天線110，用于接收GNSS信號；射頻前端模塊120，與寬帶天線110相連，用于根據(jù)控制模塊140發(fā)送的第一控制指令，以時分模式將射頻通道對準(zhǔn)某一頻點，使得帶寬與寬帶天線110所接收的GNSS信號進行匹配，根據(jù)該GNSS信號產(chǎn)生數(shù)字中頻信號；基帶處理模塊130，與射頻前端模塊120相連，用于根據(jù)控制模塊140發(fā)送的第二控制指令對射頻前端模塊120輸出的數(shù)字中頻信號進行基帶處理；控制模塊140，與射頻前端模塊120及基帶處理模塊130相連，用于根據(jù)基帶處理模塊130提供的基帶處理的結(jié)果、用戶輸入以及為接收機預(yù)先設(shè)置的控制策略，產(chǎn)生第一控制指令發(fā)送給射頻前端模塊120，以及產(chǎn)生第二控制指令發(fā)送給基帶處理模塊130。上述GNSS信號包括全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、格洛納斯(GL0NASS)系統(tǒng)、伽利略 (Galileo)系統(tǒng)和北斗(BD)系統(tǒng)中至少兩者的衛(wèi)星信號。上述射頻前端模塊120的第一實際應(yīng)用，是數(shù)字中頻超外差架構(gòu)的射頻前端模塊。基于數(shù)字中頻超外差架構(gòu)的射頻前端模塊120如圖2所示，其主要包括第一級帶通濾波器(BPFl) 210、低噪放大器(LNA) 220、本地振蕩器(LO) 230、前級模擬混頻器M0、第二級帶通濾波器(BPM) 250、可變增益放大器(VGA) 260以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 270，其中第一級帶通濾波器210，用于對寬帶天線110接收的GNSS信號進行帶外干擾信號的濾波，以濾除包括鏡像在內(nèi)的帶外干擾，獲得一次帶通濾波信號；低噪放大器220 ；與第一級帶通濾波器210相連，用于對一次帶通濾波信號進行低噪放大；本地振蕩器230，用于產(chǎn)生本振信號；前級模擬混頻器M0，與低噪放大器220及本地振蕩器230相連，用于對經(jīng)過低噪放大后的一次帶通濾波信號及本振信號進行混頻處理，產(chǎn)生中頻信號；第二級帶通濾波器250，與前級模擬混頻器240相連，用于對中頻信號進行帶通濾波處理，得到二次帶通濾波信號；可變增益放大器沈0，與第二級帶通濾波器250及基帶處理模塊130相連，用于根據(jù)基帶處理模塊130的放大控制信號所表示的放大倍數(shù)，來調(diào)整二次帶通濾波信號的電平，將二次帶通濾波信號的電平調(diào)整至高速率模數(shù)轉(zhuǎn)換器270的動態(tài)范圍之內(nèi)，獲得電平調(diào)整信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器270，與可變增益放大器260相連，用于將該電平調(diào)整信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號。本實施例中本地振蕩器230的頻率以及整個通道的放大器和帶通濾波器的通帶范圍是可配置的，因此前述的控制模塊140可以根據(jù)需要配置不同的頻率，來實現(xiàn)射頻前端模塊120的可配置功能。射頻前端模塊輸出的數(shù)字中頻信號在基帶處理模塊130中完成數(shù)字下變頻，捕獲、跟蹤和解調(diào)等操作。射頻前端模塊120完成中心頻率切換的速度主要取決于本振頻率調(diào)整直至穩(wěn)定工作所需的時間，本實際引用中大約在微秒量級。由于本實際應(yīng)用的射頻前端模塊輸出的是中頻數(shù)字信號，因此在變頻之前必須濾除鏡像干擾。從鏡像抑制的角度出發(fā)，希望提高中頻頻率，這樣對第一級帶通濾波器的要求不至于太苛刻。但是中頻頻率太高，ADC的采樣頻率也隨之增高，而且還須保證較大的動態(tài)范圍。因此，中頻頻率的選擇須兼顧第二級帶通濾波器250和模數(shù)轉(zhuǎn)換器270的要求，一般在幾十兆赫茲的范圍內(nèi)。本實際應(yīng)用的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以優(yōu)良的靈敏度和選擇性而適用于多種不同的信號標(biāo)準(zhǔn)(中心頻率、帶寬和調(diào)制方式等)。前級模擬混頻器產(chǎn)生的直流偏置受到其后帶通濾波器的濾除，最后一級混頻器的直流偏置由于之前多級放大器的放大作用而被抑制。至于本振泄漏問題，因為本振信號在目標(biāo)信號帶寬之外，所以第一級帶通濾波器能夠很好地加以濾除。上述射頻前端模塊120的第二實際應(yīng)用，是零中頻架構(gòu)的射頻前端模塊?；诹阒蓄l架構(gòu)的射頻前端模塊120如圖3所示，其主要包括帶通濾波器(BPF)310、低噪放大器(LNA) 320、本地振蕩器(LO) 330、提取處理器340、第一數(shù)字混頻單元350 (包括第一混頻器351、第一低通濾波器(LPFl) 352、第一可變增益放大器(VGAl) 353、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADCl) 354)以及第二數(shù)字混頻單元360(包括第二混頻器361、第二低通濾波器(LPF2)362、 第二可變增益放大器(VGAW363以及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC2)364)，其中帶通濾波器310，用于對GNSS信號進行帶外干擾信號的濾波，以濾除臨近的帶外干擾，獲得帶通濾波信號；低噪放大器320 ；與帶通濾波器310相連，用于對經(jīng)過帶通濾波的GNSS信號(即前述的帶通濾波信號)進行低噪放大；本地振蕩器330，用于產(chǎn)生本振信號；提取處理器340，與本地振蕩器330相連，用于提取本振信號的同相分量和正交分量；第一數(shù)字混頻單元350，與低噪放大器320及及提取處理器340相連，用于對經(jīng)過低噪放大后的帶通濾波信號(即經(jīng)過帶通濾波之后的GNSS信號)及本振信號的同相分量進行混頻、濾波以及放大處理后，轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字混頻信號；其中第一混頻器351，與低噪放大器320及提取處理器340相連，用于對經(jīng)過低噪放大后的帶通濾波信號(即經(jīng)過帶通濾波之后的GNSS信號)及本振信號的同相分量進行混頻處理，產(chǎn)生第一混頻信號；第一低通濾波器352，與第一混頻器351相連，用于對第一混頻信號進行低通濾波處理，獲得第一低通濾波信號；第一可變增益放大器353，與第一低通濾波器352及基帶處理模塊130相連，用于根據(jù)基帶處理模塊130的放大控制信號所表示的放大倍數(shù)，調(diào)整第一低通濾波信號的電平，將第一低通濾波信號的電平調(diào)整至高分辨率的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器354的動態(tài)范圍之內(nèi)， 獲得第一電平調(diào)整信號；第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器354，與第一可變增益放大器353相連，用于將該第一電平調(diào)整信號轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字混頻信號；第二數(shù)字混頻單元360，與低噪放大器320及提取處理器340相連，用于對經(jīng)過低噪放大后的帶通濾波信號(即經(jīng)過帶通濾波之后的GNSS信號)及本振信號的正交分量進行混頻、濾波以及放大處理后，轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字混頻信號；其中第二混頻器361，與低噪放大器320及提取處理器340相連，用于對經(jīng)過低噪放大后的帶通濾波信號(即經(jīng)過帶通濾波之后的GNSS信號)及本振信號的正交分量進行混頻處理，產(chǎn)生第二混頻信號；第二低通濾波器362，與第二混頻器361相連，用于對經(jīng)過混頻處理的帶通濾波信號機本振信號的正交分量(即前述的第二混頻信號)進行低通濾波處理，獲得第二低通濾波信號；第二可變增益放大器363，與第二低通濾波器362及基帶處理模塊130相連，用于根據(jù)基帶處理模塊130的放大控制信號所表示的放大倍數(shù)，調(diào)整第二低通濾波信號的電平，將第二低通濾波信號的電平調(diào)整至高分辨率的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器364的動態(tài)范圍之內(nèi)， 獲得第二電平調(diào)整信號；第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器364，與第二可變增益放大器363相連，用于將該第二電平調(diào)整信號轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字混頻信號。本實際應(yīng)用的零中頻方案不產(chǎn)生中頻信號，而直接把射頻信號處理成正交的兩路數(shù)字信號并輸出到基帶處理模塊130。寬帶天線110接收的射頻信號經(jīng)帶通濾波、放大后分為兩路，分別與本振信號的同相分量和正交分量混頻至基帶，再通過低通濾波器和可變增益放大器，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣輸出零中頻數(shù)字信號至基帶處理模塊130。但是零中頻架構(gòu)受本振泄漏自混頻產(chǎn)生的直流分量和低頻的閃爍噪聲影響較大， 可能引起放大器飽和，信號電平超過ADC的動態(tài)范圍，破壞信號攜帶的有用相位信息。由于上述兩種干擾僅包含直流和低頻分量，所以在第一混頻器351的處理之后，以及第二混頻器361的處理之后，也可以分別采用帶通濾波器而不是低通濾波器進行濾波處理(相應(yīng)的低通濾波信號即為帶通濾波信號)。雖然帶通濾波會損失部分信號功率，但GNSS是寬帶信號，只要通帶的下端足夠低，就依然能夠保留足夠的信號功率，基帶處理部分依然能夠完成信號檢測。本實際應(yīng)用采用的零中頻架構(gòu)的射頻前端模塊120，具有結(jié)構(gòu)簡單，易于集成等優(yōu)點，相比數(shù)字中頻超外差架構(gòu)而言，減少了混頻器后的第二級高頻帶通濾波器 (BPM) 250(具有良好選頻特性的高頻帶通濾波器難以集成在射頻前端模塊120內(nèi)，超外差架構(gòu)下通常采用外接分離器件)，而且也不存在鏡像干擾的問題。本實施例中的本地振蕩器330的頻率以及整個通道的放大器和帶通濾波器的通帶范圍是可配置的，因此前述的控制模塊140可以根據(jù)需要配置不同的頻率，來實現(xiàn)射頻前端模塊120的可配置功能。本實施例只有一個射頻通道，上述基帶處理模塊130中的通道組可以是一組，也可以是多組。這是因為在任意時刻，射頻前端模塊120只能接收一個頻點的信號。圖4為本實施例中基帶處理模塊130的一實際應(yīng)用的組成示意圖。如圖4所示， 在本實際應(yīng)用中，基帶處理模塊130包括搜索單元410、通道組單元420以及處理單元430， 其中搜索單元410，用于根據(jù)處理單元430的捕獲控制指令，捕獲射頻前端模塊120所產(chǎn)生的數(shù)字中頻信號，完成信號捕獲任務(wù)；通道組單元420，與搜索單元410相連，用于對搜索單元410所捕獲到的數(shù)字中頻信號進行跟蹤；處理單元430，與搜索單元410及通道組單元420相連，用于向搜索單元410發(fā)送捕獲控制指令，控制搜索單元410完成信號捕獲，并用于根據(jù)通道組單元420所跟蹤的數(shù)字中頻信號解調(diào)導(dǎo)航電文，產(chǎn)生偽距和載波相位觀測量。處理單元430與搜索單元410及通道組單元420通常采用總線方式連接，處理單元430內(nèi)的通用處理器通過總線讀寫的方式與搜索單元410及通道組單元420交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸及控制。上述三個功能單元是從信號處理的邏輯功能角度進行劃分的。在具體實現(xiàn)時，這三個單元與物理實體的對應(yīng)關(guān)系，可以是各種各樣的，比如可以是各自分立的，也可以是部分或者全部包含在一個芯片內(nèi)等等。在本實施例的具體實現(xiàn)時，上述處理單元430用于協(xié)調(diào)整個基帶處理，既可以是SOC內(nèi)置的DSP，也可以是芯片外的嵌入式處理器。通過配置處理單元430的參數(shù)，寬帶天線110可以接收多種GNSS信號。圖4所示的基帶處理模塊130既可以采用集成電路(IC)/現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)+處理器 (Processor)方式實現(xiàn)，也可以集成在單片系統(tǒng)芯片(SOC)之中，包含通用或數(shù)字信號處理器核、存儲器和可配置的硬件單元。在基帶處理模塊130的另一實際應(yīng)用中，基帶處理模塊中包含一個以上的子模塊，每個子模塊用于處理一個頻點的GNSS信號，每個子模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都相同，這樣有多少個子模塊就可以處理多少個頻點的GNSS信號。射頻前端模塊120產(chǎn)生的數(shù)字中頻信號同時輸入到每一個子模塊中進行處理。本實際應(yīng)用的方案不需要設(shè)計可配置的基帶處理器， 可以簡化每一個子模塊的設(shè)計。而且，可以用較低的代價(成本，功耗等)實現(xiàn)大規(guī)模的數(shù)字電路，更有利于降低成本。在時分工作模式方式下，對各頻點信號的采樣是不連續(xù)的，同一時刻通道組只能產(chǎn)生某一頻點的觀測量。但是由于衛(wèi)星飛行的平穩(wěn)性，觀測量的變化是有規(guī)律的。因而可以通過某種濾波算法，根據(jù)某時刻前后的觀測量推算出該時刻觀測量的估值。絕大部分基帶信號處理功能都在可配置的基帶處理模塊130內(nèi)實現(xiàn)，接收不同的信號標(biāo)準(zhǔn)需要不同的結(jié)構(gòu)和配置參數(shù)與之相適應(yīng)。在本實施例的實現(xiàn)過程中，需要首先定義對應(yīng)于每一種信號標(biāo)準(zhǔn)的基帶架構(gòu)，以便獲得適應(yīng)這些信號標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一的整體架構(gòu)，以便在該整體框架下有效地共用可配置的硬、軟件資源。需要說明的是，所有的信號處理模塊應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)的接口，依據(jù)具體系統(tǒng)實現(xiàn)方案開啟或關(guān)閉，這樣也有利于減小功耗。本發(fā)明技術(shù)方案的在射頻前端部分引入了時分復(fù)用的技術(shù)，對于時分GNSS接收技術(shù)，可以采用輔助衛(wèi)星導(dǎo)航(A-GNSQ技術(shù)由移動通信鏈路獲取完整的星歷。接收機也可以短時中斷多模操作，逐個頻點地收集解調(diào)星歷數(shù)據(jù)。誤碼率(BER)是衡量數(shù)據(jù)傳輸性能的重要指標(biāo)；在GNSS領(lǐng)域，BER標(biāo)志著星歷能否被正確地下載。當(dāng)跟蹤環(huán)路處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，導(dǎo)航電文的解調(diào)是通過對即時相關(guān)器同相分量輸出進行累加并判斷其符號的正負來完成，最大積累時間長度不得超過電文位寬Tb。圖5示出了誤碼率(BER)與載噪比(C/N) 和相參積累時間(accumulate period)的關(guān)系。由于在同一時刻只能接收一個頻點的信號，從傳統(tǒng)GNSS接收機的工作原理來說， 只能產(chǎn)生并輸出該頻點的偽距觀測量。鑒于衛(wèi)星的運動軌跡很平穩(wěn)，本發(fā)明技術(shù)方案可以采用多項式插值的方法(如拉格朗日插值)由偽距觀測量得到其他時刻的偽距估值。此外，對射頻前端模塊和基帶處理模塊進行配置的參數(shù)，主要包括本振頻率、射頻前端濾波器的中心頻率、帶寬、采樣頻率、基帶虛擬通道對應(yīng)的衛(wèi)星PRN碼生成多項式、相關(guān)器最小時延差、環(huán)路鑒別器選擇、環(huán)路帶寬等。由于本振頻率的改變到穩(wěn)定輸出指定頻率的射頻信號需要較長時間(微秒級)，本振頻率的配置應(yīng)該首先進行。在本發(fā)明的一個實施例中，在控制模塊等的指令協(xié)調(diào)下，射頻前端模塊和基帶處理模塊以時分方式工作在GPS-Ll/Galileo-El、GPS-L2、GL0NASS-L1和BD-B1頻點，且切換時間可調(diào)。星歷可以從額外的通信鏈路取得，也可以在進入到時分工作模式之前由接收機自身經(jīng)長時間(GPS-L1須30秒左右)接收得到。在時分模式下，同一時刻只可能直接取得同一個頻點的偽距等觀測量，但是可以通過估計、預(yù)測或平滑，也即濾波的方式得到其他頻點的觀測量估值，而且對這些觀測量和估值進行PVT的統(tǒng)一解算即可完成兼容接收機定位操作，優(yōu)選采用卡爾曼濾波的方式進行 PVT解算。實施例二、GNSS信號接收機的接收方法結(jié)合圖1所示實施例，圖6所示的本實施例主要包括如下步驟步驟S610，根據(jù)第一控制指令，以時分模式將射頻通道的帶寬與天線接收的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)信號進行匹配，并根據(jù)該GNSS信號產(chǎn)生數(shù)字中頻信號；步驟S620，根據(jù)第二控制指令對該數(shù)字中頻信號進行基帶處理；步驟S630，根據(jù)該基帶處理的結(jié)果、用戶輸入以及預(yù)先設(shè)置的控制策略，產(chǎn)生該第一控制指令以及該第二控制指令。其中，根據(jù)該第一控制指令將該射頻通道的帶寬與該GNSS信號進行匹配并產(chǎn)生該數(shù)字中頻信號的步驟，包括對該GNSS信號進行低噪放大；產(chǎn)生本振信號；對經(jīng)過該低噪放大后的GNSS信號及該本振信號的同相分量進行混頻、濾波以及放大處理后，轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字混頻信號；對經(jīng)過該低噪放大后的GNSS信號及該本振信號的正交分量進行混頻、濾波以及放大處理后，轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字混頻信號。其中，對該GNSS信號進行低噪放大之前，進一步對該GNSS信號進行帶外干擾信號的濾波處理。其中，對經(jīng)過該低噪放大后的GNSS信號及該本振信號的同相分量進行濾波處理， 包括帶通濾波或者低通濾波處理；對經(jīng)過該低噪放大后的GNSS信號及該本振信號的正交分量進行濾波處理，包括帶通濾波或者低通濾波處理。其中，該GNSS信號包括全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、格洛納斯(GL0NASS)系統(tǒng)、伽利略(Galileo)系統(tǒng)和北斗(BD)系統(tǒng)中至少兩者的衛(wèi)星信號。隨著GNSS技術(shù)的發(fā)展、以及多個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的出現(xiàn)，多模兼容技術(shù)成為了衛(wèi)星導(dǎo)航接收機的一個重要的發(fā)展趨勢。在單個接收終端內(nèi)實現(xiàn)多種射頻標(biāo)準(zhǔn)的整合，涉及到對不同調(diào)制樣式、載波頻率和帶寬信號接收性能的討論。在個人消費產(chǎn)品領(lǐng)域，功耗的大小也是一個重要的考慮因素，它決定了由電池供電的掌上型終端連續(xù)工作時間的長短。而且， 一個終端所包含的器件和射頻通道數(shù)量還會影響到產(chǎn)品的成本和物理尺寸。從這些因素出發(fā)，在單個射頻通道上實現(xiàn)對多種射頻的GNSS標(biāo)準(zhǔn)/信號的兼容接收將可能在保證接收性能的前提下，將虛擬通道的概念擴展到射頻部分，以時分方式將單個物理通道映射成多個虛擬通道，有效降低硬件成本、功耗和尺寸。本發(fā)明的技術(shù)方案強調(diào)硬件(包括射頻前端和基帶處理部分)的可重配置性，以靈活反復(fù)的配置達到多系統(tǒng)多頻點信號共用單一的射頻通道和少量基帶物理通道的目的，在低成本低功耗基礎(chǔ)上實現(xiàn)多系統(tǒng)兼容接收機，適應(yīng)大眾化消費類市場的需要。本發(fā)明提出了一種時分GNSS接收機方案，其面向消費類市場，在可調(diào)配基帶芯片和可調(diào)配射頻前端芯片基礎(chǔ)上，可以分時方式實現(xiàn)對GPS-Ll與feilileo-El、GPS-L2、 GL0NASS-L1和北斗Bl等信號的進行接收、跟蹤，對所有觀測量及觀測量估計值進行PVT的
統(tǒng)一解算。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。雖然本發(fā)明所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化， 但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號接收機，包括天線，其特征在于，還包括射頻前端模塊，用于根據(jù)第一控制指令，以時分模式將射頻通道的帶寬與所述天線接收的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)信號進行匹配，并根據(jù)所述GNSS信號產(chǎn)生數(shù)字中頻信號； 基帶處理模塊，用于根據(jù)第二控制指令對所述數(shù)字中頻信號進行基帶處理； 控制模塊，用于根據(jù)所述基帶處理的結(jié)果、用戶輸入及預(yù)設(shè)的控制策略，產(chǎn)生所述第一控制指令以及所述第二控制指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收機，其特征在于所述射頻前端模塊包括數(shù)字中頻超外差架構(gòu)或者零中頻架構(gòu)的射頻前端模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接收機，其特征在于，所述零中頻架構(gòu)的射頻前端模塊包括 低噪放大器，用于對所述GNSS信號進行低噪放大；本地振蕩器，用于產(chǎn)生本振信號；第一數(shù)字混頻單元，用于對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的同相分量進行混頻、濾波以及放大處理后，轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字混頻信號；第二數(shù)字混頻單元，用于對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的正交分量進行混頻、濾波以及放大處理后，轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字混頻信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接收機，其特征在于，所述零中頻架構(gòu)的射頻前端模塊進一步包括帶通濾波器，用于對所述GNSS信號進行帶外干擾信號的濾波處理； 其中，所述低噪放大器，用于對經(jīng)過所述帶外干擾信號的濾波處理的GNSS信號進行低噪放大。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的接收機，其特征在于所述第一數(shù)字混頻單元對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的同相分量進行濾波處理，包括帶通濾波或者低通濾波處理；所述第二數(shù)字混頻單元對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的正交分量進行濾波處理，包括帶通濾波或者低通濾波處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收機，其特征在于所述天線接收的所述GNSS信號包括全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPQ、格洛納斯(GL0NASS)系統(tǒng)、伽利略(Galileo)系統(tǒng)和北斗(BD)系統(tǒng)中至少兩者的衛(wèi)星信號。
7.—種全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號的接收方法，其特征在于，包括根據(jù)第一控制指令，以時分模式將射頻通道的帶寬與天線接收的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) (GNSS)信號進行匹配，并根據(jù)所述GNSS信號產(chǎn)生數(shù)字中頻信號； 根據(jù)第二控制指令對所述數(shù)字中頻信號進行基帶處理；根據(jù)所述基帶處理的結(jié)果、用戶輸入及預(yù)設(shè)的控制策略，產(chǎn)生所述第一控制指令以及所述第二控制指令。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述第一控制指令將所述射頻通道的帶寬與所述GNSS信號進行匹配并產(chǎn)生所述數(shù)字中頻信號的步驟，包括對所述GNSS信號進行低噪放大； 產(chǎn)生本振信號；對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的同相分量進行混頻、濾波以及放大處理后，轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字混頻信號；對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的正交分量進行混頻、濾波以及放大處理后，轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字混頻信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于對所述GNSS信號進行低噪放大之前，進一步對所述GNSS信號進行帶外干擾信號的濾波處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的同相分量進行濾波處理，包括帶通濾波或者低通濾波處理；對經(jīng)過所述低噪放大后的GNSS信號及所述本振信號的正交分量進行濾波處理，包括帶通濾波或者低通濾波處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述GNSS信號包括全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、格洛納斯(GL0NASS)系統(tǒng)、伽利略 (Galileo)系統(tǒng)和北斗(BD)系統(tǒng)中至少兩者的衛(wèi)星信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號的接收方法及接收機，克服現(xiàn)有接收設(shè)備功耗較高的缺陷。該接收機包括天線，還包括射頻前端模塊，用于根據(jù)第一控制指令，以時分模式將射頻通道的帶寬與所述天線接收的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)信號進行匹配，并根據(jù)所述GNSS信號產(chǎn)生數(shù)字中頻信號；基帶處理模塊，用于根據(jù)第二控制指令對所述數(shù)字中頻信號進行基帶處理；控制模塊，用于根據(jù)所述基帶處理的結(jié)果、用戶輸入及預(yù)設(shè)的控制策略，產(chǎn)生所述第一控制指令以及所述第二控制指令。本發(fā)明技術(shù)方案能夠完成多系統(tǒng)兼容的聯(lián)合定位。
文檔編號G01S19/33GK102540219SQ201010620980
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者尹有利, 莫鈞, 邱劍寧, 韓紹偉 申請人:和芯星通科技(北京)有限公司