專(zhuān)利名稱(chēng)：一種gps接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，尤其涉及一種GPS接收機(jī)。
背景技術(shù)：
全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS)接收機(jī)通過(guò)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的捕獲和跟蹤來(lái)對(duì)用戶(hù)進(jìn)行定位，同時(shí)計(jì)算得到用戶(hù)的經(jīng)緯度坐標(biāo)和高度值等參量。在GPS接收機(jī)中，首先通過(guò)信號(hào)捕獲器得到衛(wèi)星信號(hào)的粗略相位和頻率，此時(shí)由于得到的衛(wèi)星信號(hào)的相位和頻率精度有限，需要進(jìn)一步通過(guò)跟蹤環(huán)路對(duì)其進(jìn)行跟蹤處理，從而得到更精確的衛(wèi)星信號(hào)相位和頻率。傳統(tǒng)的GPS接收機(jī)跟蹤環(huán)路的結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行載波跟蹤和碼跟蹤。其中，載波跟蹤將GPS信號(hào)從載波中解調(diào)出來(lái)，參照?qǐng)D1，載波回路鑒相器11用來(lái)找到本地載波和輸入載波信號(hào)之間的相位誤差，其輸出結(jié)果通過(guò)載波回路濾波器12后送入本地載波發(fā)生器13，從而對(duì)本地載波的頻率和相位進(jìn)行調(diào)整；碼跟蹤是將通過(guò)載波跟蹤解調(diào)出的信號(hào)與本地C/A碼做相關(guān)運(yùn)算，根據(jù)相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果得到輸入信號(hào)和本地C/A碼的相位差，其結(jié)果通過(guò)濾波處理后返回給本地C/A碼生成器進(jìn)行調(diào)整產(chǎn)生新的本地C/A碼，用于參與下一階段的相關(guān)運(yùn)算。上述載波跟蹤和碼跟蹤過(guò)程循環(huán)往復(fù)，使本地載波的頻率和相位不斷地向GPS信號(hào)的頻率和相位靠近，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)跟蹤。然而，上述載波跟蹤過(guò)程需要不斷地計(jì)算載波步長(zhǎng)、載波相位殘留、碼步長(zhǎng)、碼失配采樣間隔等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述參數(shù)的調(diào)整，而現(xiàn)有的載波回路鑒相部分通常只限于硬件實(shí)現(xiàn)，即只能固定一種計(jì)算方法并得到相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果，一旦硬件固定后，無(wú)法再利用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)化的參數(shù)計(jì)算，也因此無(wú)法達(dá)到更加優(yōu)化的跟蹤效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種GPS接收機(jī)，旨在解決現(xiàn)有的GPS接收機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)跟蹤參數(shù)的靈活處理的問(wèn)題。本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種GPS接收機(jī)，所述GPS接收機(jī)包括信號(hào)捕獲器，用于對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的相位和頻率進(jìn)行粗捕獲，產(chǎn)生粗同步信號(hào)；信號(hào)混頻和相關(guān)器，用于將衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行混頻和相關(guān)操作，得到并輸出信號(hào)相關(guān)結(jié)果;DSP處理器，用于加載相應(yīng)的算法，對(duì)所述信號(hào)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行鑒相和濾波，并向所述信號(hào)混頻和相關(guān)器返回信號(hào)鑒相和濾波結(jié)果；相關(guān)結(jié)果計(jì)算單元，用于根據(jù)信號(hào)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行導(dǎo)航比特和載噪比計(jì)算。在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)DSP處理器來(lái)完成GPS接收機(jī)跟蹤環(huán)路中的鑒相與濾波功能，充分利用了 DSP處理器可以靈活加載不同算法的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了跟蹤算法的動(dòng)態(tài)調(diào)整，很好地優(yōu)化了對(duì)跟蹤參數(shù)的靈活調(diào)整能力，最終實(shí)現(xiàn)了跟蹤靈敏度的提高。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)提供的GPS接收機(jī)跟蹤環(huán)路的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)提供的GPS接收機(jī)信號(hào)捕獲器的結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提 供的GPS接收機(jī)信號(hào)捕獲器的結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的GPS接收機(jī)DSP處理器的具體結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor,DSP)來(lái)完成GPS接收機(jī)跟蹤環(huán)路中的鑒相與濾波功能，充分利用了 DSP處理器對(duì)于算法實(shí)現(xiàn)的靈活性，實(shí)現(xiàn)了跟蹤算法的動(dòng)態(tài)調(diào)整，很好地優(yōu)化了跟蹤參數(shù)，從而提高了跟蹤靈敏度。圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。該GPS接收機(jī)包括了信號(hào)捕獲器21、信號(hào)混頻和相關(guān)器22、DSP處理器23和相關(guān)結(jié)果計(jì)算單元24這四個(gè)部分，其中信號(hào)捕獲器21用于對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的初始相位和頻率進(jìn)行快速粗捕獲，其傳統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，信號(hào)捕獲器21通過(guò)信號(hào)混頻、下采樣、快速傅利葉變換(Fast FourierTransformation, FFT)和快速傅利葉逆變換(Inverse Fast Fourier Transformation,FFT)等環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的粗捕獲，并產(chǎn)生粗同步信號(hào)，其具體工作原理在此不再詳述。在本發(fā)明實(shí)施例中，對(duì)現(xiàn)有的FFT和IFFT結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，如圖4所示，由FFT運(yùn)算單元41輸出的信號(hào)經(jīng)乘法器42后，再經(jīng)由調(diào)度單元43輸入回FFT運(yùn)算單元41，此時(shí)再由FFT運(yùn)算單元41輸出的信號(hào)即為經(jīng)過(guò)了 IFFT運(yùn)算的信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施例采用的FFT和IFFT共用一個(gè)運(yùn)算單元的結(jié)構(gòu)，有效地減少了硬件面積，降低了硬件成本。信號(hào)混頻和相關(guān)器22、DSP處理器23和相關(guān)結(jié)果計(jì)算單元24構(gòu)成了 GPS接收機(jī)的跟蹤環(huán)路部分，其中信號(hào)混頻和相關(guān)器22對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行混頻和相關(guān)操作，其首先通過(guò)混頻器將輸入的GPS信號(hào)和本地載波發(fā)生器產(chǎn)生的本地載波信號(hào)進(jìn)行相乘，解調(diào)出中頻信號(hào)，并輸出正交的I、Q兩路信號(hào)，之后通過(guò)相關(guān)器將混頻后的信號(hào)與本地C/A碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)操作，輸出信號(hào)相關(guān)結(jié)果。在本發(fā)明實(shí)施例中，本地載波信號(hào)的初始頻率和相位根據(jù)信號(hào)捕獲器21中輸出的GPS信號(hào)粗同步信號(hào)的頻率和相位而產(chǎn)生。DSP處理器23，根據(jù)接收信號(hào)混頻和相關(guān)器22輸出的信號(hào)相關(guān)結(jié)果，并通過(guò)加載到DSP處理器23中的算法，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒相和濾波處理，以實(shí)現(xiàn)載波跟蹤環(huán)路和碼跟蹤環(huán)路中的濾波和鑒相操作。與此同時(shí)，其輸出的信號(hào)返回到信號(hào)混頻和相關(guān)器22中進(jìn)行下一毫秒的信號(hào)混頻與相關(guān)操作，以進(jìn)一步精確本地載波頻率和碼相位。
在本發(fā)明實(shí)施例中，DSP處理器23通過(guò)對(duì)輸入的信號(hào)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，由此得到對(duì)衛(wèi)星信號(hào)跟蹤精度產(chǎn)生影響的參數(shù)，包括載波步長(zhǎng)、載波相位殘留、下一毫秒處理的信號(hào)點(diǎn)數(shù)、碼步長(zhǎng)和碼失配采樣間隔等，上述參數(shù)是由DSP處理器23根據(jù)不同的信號(hào)相關(guān)結(jié)果，在所加載的算法運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)調(diào)用不同的算法函數(shù)而計(jì)算得出的，加載的算法函數(shù)的優(yōu)化程度決定了所得出參數(shù)的精度，因此根據(jù)DSP處理器23可以靈活加載不同算法函數(shù)的特性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)跟蹤參數(shù)的靈活處理，最終實(shí)現(xiàn)跟蹤靈敏度的提高。在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)DSP處理器23輸出的鑒相和濾波結(jié)果再重新返回到信號(hào)混頻和相關(guān)器22中，對(duì)本地載波和碼相位進(jìn)行調(diào)整，以進(jìn)行下一毫秒的信號(hào)混頻和相關(guān)操作，如此循環(huán)往復(fù)，以達(dá)到對(duì)輸入信號(hào)的頻率和相位的精細(xì)跟蹤。相關(guān)結(jié)果計(jì)算單元24根據(jù)信號(hào)混頻和相關(guān)器22輸出的信號(hào)相關(guān)結(jié)果，進(jìn)行相關(guān)結(jié)果計(jì)算，包括導(dǎo)航比特計(jì)算及載噪比計(jì)算，用于最終計(jì)算得到用戶(hù)的經(jīng)緯度坐標(biāo)和高度 值等參量。圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的GPS接收機(jī)DSP處理器23的具體結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅不出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分。在本發(fā)明實(shí)施例中，DSP處理器23包括了數(shù)據(jù)讀取單元231、算法加載單元232、計(jì)算單元233和數(shù)據(jù)寫(xiě)入單元234，其中數(shù)據(jù)讀取單元231讀取由信號(hào)混頻和相關(guān)器22輸出的信號(hào)相關(guān)結(jié)果，其首先通過(guò)接收信號(hào)混頻和相關(guān)器22的中斷請(qǐng)求，在響應(yīng)中斷請(qǐng)求后通過(guò)查詢(xún)存儲(chǔ)內(nèi)容，讀取需要處理的數(shù)據(jù)。算法加載單元232，對(duì)算法進(jìn)行加載，用于計(jì)算跟蹤參數(shù)。計(jì)算單元233，根據(jù)算法加載單元232加載的算法，對(duì)信號(hào)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)濾波和鑒相操作，并輸出濾波和鑒相結(jié)果。在本發(fā)明實(shí)施例中，針對(duì)參數(shù)的不同，計(jì)算單元233調(diào)用不同的算法函數(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同參數(shù)的處理，以實(shí)現(xiàn)跟蹤算法的靈活應(yīng)用。數(shù)據(jù)寫(xiě)入單元234，將計(jì)算單元233計(jì)算出的跟蹤參數(shù)返回給混頻和相關(guān)器22進(jìn)行下一毫秒的信號(hào)混頻與相關(guān)操作，以逐漸鎖定載波頻率和碼相位。在本發(fā)明實(shí)施例中，GPS接收機(jī)通過(guò)DSP處理器對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行跟蹤參數(shù)的靈活計(jì)算和調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS信號(hào)跟蹤靈敏度的提高，達(dá)到了優(yōu)化GPS信號(hào)跟蹤效果的目的。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種GPS接收機(jī)，其特征在于，所述GPS接收機(jī)包括 信號(hào)捕獲器，用于對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的相位和頻率進(jìn)行粗捕獲，產(chǎn)生粗同步信號(hào)； 信號(hào)混頻和相關(guān)器，用于將衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行混頻和相關(guān)操作，并輸出信號(hào)相關(guān)結(jié)果； DSP處理器，用于加載相應(yīng)的算法，對(duì)所述信號(hào)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行鑒相和濾波，得到并向所述信號(hào)混頻和相關(guān)器返回信號(hào)濾波和鑒相結(jié)果； 相關(guān)結(jié)果計(jì)算單元，用于根據(jù)信號(hào)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行導(dǎo)航比特和載噪比計(jì)算。
2.如權(quán)利要求I所述的GPS接收機(jī)，其特征在于，所述信號(hào)混頻和相關(guān)器包括 混頻器，用于將衛(wèi)星信號(hào)與本地載波信號(hào)進(jìn)行混頻操作，輸出信號(hào)混頻結(jié)果； 相關(guān)器，用于將所述信號(hào)混頻結(jié)果與本地C/A碼進(jìn)行相關(guān)操作，輸出信號(hào)相關(guān)結(jié)果。
3.如權(quán)利要求2所述的GPS接收機(jī)，其特征在于，所述信號(hào)混頻和相關(guān)器還包括 本地載波發(fā)生器，用于產(chǎn)生本地載波信號(hào)； 本地C/A碼產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生本地C/A碼。
4.如權(quán)利要求3所述的GPS接收機(jī)，其特征在于，所述本地載波發(fā)生器根據(jù)所述粗同步信號(hào)得到本地載波信號(hào)的初始頻率和相位。
5.如權(quán)利要求I所述的GPS接收機(jī)，其特征在于，所述信號(hào)混頻和相關(guān)器還用于接收所述信號(hào)濾波和鑒相結(jié)果，并根據(jù)所述信號(hào)濾波和鑒相結(jié)果進(jìn)行下一毫秒的混頻和相關(guān)操作。
6.如權(quán)利要求I所述的GPS接收機(jī)，其特征在于，所述DSP處理器包括 數(shù)據(jù)讀取單元，用于讀取所述信號(hào)相關(guān)結(jié)果； 算法加載單元，用于加載相應(yīng)的算法； 計(jì)算單元，用于根據(jù)加載的算法對(duì)所述信號(hào)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行處理，得到信號(hào)濾波和鑒相結(jié)果; 數(shù)據(jù)寫(xiě)入單元，用于將所述信號(hào)濾波和鑒相結(jié)果返回所述信號(hào)混頻和相關(guān)器。
全文摘要
本發(fā)明適用于通信領(lǐng)域，提供了一種GPS接收機(jī)，包括信號(hào)捕獲器，用于對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的相位和頻率進(jìn)行粗捕獲，產(chǎn)生粗同步信號(hào)；信號(hào)混頻和相關(guān)器，用于將衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行混頻和相關(guān)操作，并輸出信號(hào)相關(guān)結(jié)果；DSP處理器，用于加載相應(yīng)的算法，對(duì)所述信號(hào)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行鑒相和濾波，得到并向所述信號(hào)混頻和相關(guān)器返回信號(hào)跟蹤結(jié)果；相關(guān)結(jié)果計(jì)算單元，用于根據(jù)信號(hào)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行導(dǎo)航比特和載噪比計(jì)算。本發(fā)明通過(guò)DSP處理器來(lái)完成GPS接收機(jī)跟蹤環(huán)路中的鑒相與濾波功能，充分利用了DSP處理器對(duì)于算法選擇的靈活性，實(shí)現(xiàn)了跟蹤算法的動(dòng)態(tài)調(diào)整，很好地優(yōu)化了跟蹤參數(shù)。
文檔編號(hào)G01S19/37GK102759741SQ201110111669
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者劉彥存, 李小明, 李釗輝, 王宇峰, 胡勝發(fā) 申請(qǐng)人:安凱(廣州)微電子技術(shù)有限公司