專利名稱：一種多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其是一種兼容GPS及北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)測信號和仿真信號相結(jié)合的數(shù)字中頻數(shù)據(jù)融合裝置及方法。
背景技術(shù)：
全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位系統(tǒng)(GNSS)在過去幾十年間在各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。目前GNSS包括了美國的GPS、俄羅斯的GL0NASS、中國的北斗(Compass)以及歐盟的Galileo系統(tǒng)。作為中國自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗系統(tǒng)將在市場中獲得越來越重要的地位。而同時(shí)支持GPS和北斗系統(tǒng)的多模導(dǎo)航接收機(jī)(相對于只支持單一系統(tǒng)的單模導(dǎo)航接收機(jī)而言)設(shè)計(jì)將成為業(yè)界主流，而SoC (片上系統(tǒng))芯片設(shè)計(jì)是其中最重要的一環(huán)。在SoC設(shè)計(jì)和測試階段，如何獲得可配置的測試數(shù)據(jù)是其中一個(gè)必須解決的重要問題。目前，功能完備導(dǎo)航硬件接收機(jī)需要兩個(gè)功能模塊第一個(gè)是射頻接收模塊，具體功能是通過天線接收衛(wèi)星發(fā)射的射頻信號(即實(shí)測信號)或者模擬器發(fā)射的射頻信號(即仿真信號)，再經(jīng)過混頻和濾波處理將射頻信號變?yōu)轭l率較低的中頻信號，最后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣后成為數(shù)字中頻數(shù)據(jù)交給基帶處理模塊處理；第二個(gè)是基帶處理模塊，負(fù)責(zé)對射頻接收模塊輸出的數(shù)字中頻數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲和跟蹤，獲取導(dǎo)航電文信息和各個(gè)衛(wèi)星的傳播時(shí)間信息，再利用這些信息經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算處理得到接收機(jī)的位置、速度、時(shí)間信息，實(shí)現(xiàn)定位功能。另一類接收機(jī)——導(dǎo)航軟件接收機(jī)，則采用軟件無線電的方法，利用高速芯片的計(jì)算能力，從軟件的角度實(shí)現(xiàn)了基帶處理模塊的功能?；鶐幚砟K的SoC芯片設(shè)計(jì)和軟件接收機(jī)設(shè)計(jì)的測試驗(yàn)證工作大致相同，均為實(shí)測信號或者仿真信號作為測試激勵(lì)，采用第三方射頻接收模塊采集得到數(shù)字中頻數(shù)據(jù)，提供給SoC芯片或者軟件接收機(jī)處理，得到測試結(jié)果，同時(shí)利用一臺可靠的參考接收機(jī)獲取理論結(jié)果，將測試結(jié)果和理論結(jié)果進(jìn)行比較得到測試結(jié)論?，F(xiàn)有的導(dǎo)航模擬器和第三方射頻采集卡往往只支持GPS或者北斗其中一個(gè)系統(tǒng)，因此，多模導(dǎo)航接收機(jī)的設(shè)計(jì)者，采用的測試方法往往是利用GPS和北斗各自的測試裝置，來測試各自系統(tǒng)的性能。但由于兩套測試裝置之間的互通性和互操作性限制，系統(tǒng)時(shí)鐘往往無法同步，進(jìn)而導(dǎo)致測試裝置無法聯(lián)合協(xié)同工作，設(shè)計(jì)者無法測試GPS和北斗聯(lián)合定位性能，該問題已經(jīng)成為目前多模導(dǎo)航接收機(jī)設(shè)計(jì)的重要瓶頸之一。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合裝置及方法，針對現(xiàn)有導(dǎo)航SoC設(shè)計(jì)測試裝置的不足，提出了一種基于通用計(jì)算機(jī)平臺的軟件方式實(shí)現(xiàn)的多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合裝置及方法。該裝置利用現(xiàn)有的單模測試裝置和通用計(jì)算機(jī)平臺，在不增加額外裝置的前提下，不僅能方便地融合GPS和北斗單模測試中頻數(shù)據(jù)，得到GPS和北斗系統(tǒng)聯(lián)合定位的所要求多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)不同采樣率、分辨率中頻數(shù)據(jù)的融合，增加中頻數(shù)據(jù)來源的多樣性和靈活性，通過更換接收機(jī)類型，還可以擴(kuò)展支持其他導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合裝置，該裝置包括數(shù)字信號處理模塊、采樣同步修正模塊、數(shù)值調(diào)整模塊和融合模塊，數(shù)字信號處理模塊的輸出作為采樣同步修正模塊的輸入，采樣同步修正模塊的輸出作為數(shù)值調(diào)整模塊的輸入，GPS和北斗軟件接收機(jī)得到的信噪比輸出作為噪聲生成模塊的輸入，數(shù)值調(diào)整模塊和噪聲生成模塊的輸出一起作為融合模塊的輸入。一種多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合方法，該方法采用上述多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合裝置，包括步驟如下I)所述數(shù)字信號處理模塊接收GPS和北斗數(shù)字中頻數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行采樣率和中頻調(diào)整，得到調(diào)整后的中頻數(shù)據(jù)；2)所述采樣同步修正模塊接收調(diào)整后的數(shù)字中頻信號，利用GPS和北斗軟件接收機(jī)分析各自的中頻數(shù)據(jù)，獲得接收機(jī)采集數(shù)據(jù)的時(shí)間差，并對調(diào)整后的中頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣同步修正，得到同步修正后的中頻數(shù)據(jù)；3)所述數(shù)值調(diào)整模塊對同步修正后的數(shù)據(jù)浮點(diǎn)化和歸一化，得到調(diào)整后的中頻數(shù)據(jù)；4)所述噪聲生成模塊利用GPS和北斗軟件接收機(jī)得到的信噪比，和用戶需求比較，生成相應(yīng)的噪聲數(shù)據(jù)以改變信噪比；5)所述融合模塊對數(shù)值調(diào)整后的中頻數(shù)據(jù)和附加噪聲數(shù)據(jù)相加并重新量化，得到融合的多模中頻數(shù)據(jù)。所述數(shù)字信號處理模塊對輸入的GPS中頻數(shù)據(jù)和北斗中頻數(shù)據(jù)分別下變頻至基帶，通過升降頻法，將兩者采樣率調(diào)整一致，再通過上變頻將兩者通帶錯(cuò)開。所述采樣同步修正模塊對輸入的調(diào)整過的GPS和北斗中頻數(shù)據(jù)用各自的軟件接收機(jī)進(jìn)行分析，獲得接收機(jī)采集數(shù)據(jù)的時(shí)間差，對超前的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行丟棄，得到采樣同步修正后的中頻數(shù)據(jù)。所述數(shù)值調(diào)整模塊對同步修正后的不同分辨率的定點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行浮點(diǎn)化，分析其中部分?jǐn)?shù)據(jù)，獲得數(shù)據(jù)的功率預(yù)期值，將每個(gè)浮點(diǎn)數(shù)據(jù)除以功率預(yù)期值的平方根，得到數(shù)值歸一化的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)。所述噪聲生成模塊利用GPS和北斗軟件接收機(jī)測量中頻數(shù)據(jù)的信噪比，和用戶需求比較，生成相應(yīng)的噪聲數(shù)據(jù)以改變信噪比。所述融合模塊對數(shù)值調(diào)整后的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)和噪聲數(shù)據(jù)直接相加，并對數(shù)據(jù)按擴(kuò)頻信號的優(yōu)化量化方式進(jìn)行重新量化，得到融合的多模中頻定點(diǎn)數(shù)據(jù)。本發(fā)明所提供的基于通用計(jì)算機(jī)平臺的軟件方式實(shí)現(xiàn)的多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合裝置及方法，對GPS和北斗單模導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)字中頻數(shù)據(jù)，統(tǒng)一采樣率和錯(cuò)開中頻；利用GPS和北斗軟件接收機(jī)分析各自調(diào)整后的中頻數(shù)據(jù)，獲得接收機(jī)采集數(shù)據(jù)的時(shí)間差，并對調(diào)整后的中頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣同步修正，另一方面獲得兩個(gè)系統(tǒng)的信噪比，提供給噪聲生成模塊；對同步修正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值歸一化，統(tǒng)一分辨率；利用噪聲生成模塊生成用戶需要的附加噪聲數(shù)據(jù)，提供給融合模塊；附加噪聲數(shù)據(jù)和調(diào)整后的兩個(gè)系統(tǒng)中頻數(shù)據(jù)相加，并重新量化，得到融合后的多模中頻數(shù)據(jù)。本發(fā)明的上述技術(shù)方案，利用現(xiàn)有的單模測試裝置和通用計(jì)算機(jī)平臺，在不增加額外裝置的前提下，不僅能方便地融合GPS和北斗單模測試中頻數(shù)據(jù)，得到GPS和北斗系統(tǒng)聯(lián)合定位的所要求多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)，具有簡便性和通用性；而且能夠?qū)崿F(xiàn)不同采樣率、分辨率中頻數(shù)據(jù)的融合，增加中頻數(shù)據(jù)來源的多樣性和靈活性，通過更換軟件接收機(jī)類型，還可以擴(kuò)展支持其他導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合。


圖1是本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理框圖2是本發(fā)明的中頻調(diào)整模塊組成框圖3是本發(fā)明的采樣率調(diào)整模塊組成框圖4是本發(fā)明的采樣同步修正模塊組成框圖
圖5是本發(fā)明的數(shù)值調(diào)整模塊組成框圖6是本發(fā)明的噪聲生成模塊組成框圖7是本發(fā)明的融合模塊組成框圖8是本發(fā)明一具體實(shí)施例的框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。圖1所示，本發(fā)明所公開的一種多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合裝置，包括依次連接的數(shù)字信號處理模塊101、采樣同步修正模塊102、數(shù)值調(diào)整模塊103、噪聲生成模塊104和融合模塊105，數(shù)字信號處理模塊輸出作為采 樣同步修正模塊的輸入，采樣同步修正模塊的作為數(shù)值調(diào)整模塊的輸入，軟件接收機(jī)的信噪比輸出作為噪聲生成模塊的輸入，數(shù)值調(diào)整模塊和噪聲生成模塊的輸出一起作為融合模塊的輸入。以下是本發(fā)明所公開的采用上述裝置來對多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合方法的詳細(xì)解釋和說明。原始GPS單模導(dǎo)航中頻數(shù)據(jù)是通過射頻接收模塊采集GPS射頻信號得到的，分為實(shí)信號和復(fù)信號采集兩類，采樣率在數(shù)兆赫茲和數(shù)十兆赫茲之間，中頻在數(shù)兆赫茲；原始北斗數(shù)據(jù)是通過射頻接收模塊采集北斗射頻信號得到的，采樣率在數(shù)兆赫茲和數(shù)十兆赫茲之間，中頻在數(shù)兆赫茲。對于GPS系統(tǒng)LI頻點(diǎn)的C/A碼而言，未量化的各顆衛(wèi)星中頻采樣信號表達(dá)式如下
權(quán)利要求
1.一種多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合裝置，其特征在于， 該裝置包括數(shù)字信號處理模塊、采樣同步修正模塊、數(shù)值調(diào)整模塊、噪聲生成模塊和融合模塊，數(shù)字信號處理模塊的輸出作為采樣同步修正模塊的輸入，采樣同步修正模塊的輸出作為數(shù)值調(diào)整模塊的輸入，GPS和北斗軟件接收機(jī)的信噪比輸出作為噪聲生成模塊的輸入，數(shù)值調(diào)整模塊和噪聲生成模塊的輸出一起作為融合模塊的輸入。
2.一種多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合方法，該方法采用權(quán)利要求1所述的多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合裝置，包括步驟如下 1)所述數(shù)字信號處理模塊接收GPS和北斗數(shù)字中頻數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行采樣率和中頻調(diào)整，得到調(diào)整后的中頻數(shù)據(jù)； 2)所述采樣同步修正模塊接收調(diào)整后的數(shù)字中頻信號，利用GPS和北斗軟件接收機(jī)分析各自的中頻數(shù)據(jù)，獲得接收機(jī)采集數(shù)據(jù)的時(shí)間差，并對調(diào)整后的中頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣同步修正，得到同步修正后的中頻數(shù)據(jù)； 3)所述數(shù)值調(diào)整模塊對同步修正后的數(shù)據(jù)浮點(diǎn)化和歸一化，得到數(shù)值調(diào)整后的中頻數(shù)據(jù)； 4)所述噪聲生成模塊利用GPS和北斗軟件接收機(jī)得到的信噪比，和用戶需求比較，生成相應(yīng)的噪聲數(shù)據(jù)以改變信噪比； 5)所述融合模塊對數(shù)值調(diào)整后的中頻數(shù)據(jù)和附加噪聲數(shù)據(jù)相加并重新量化，得到融合的多模中頻數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述數(shù)字信號處理模塊對輸入的GPS中頻數(shù)據(jù)和北斗中頻數(shù)據(jù)分別下變頻至基帶，通過升降頻法，將兩者采樣率調(diào)整一致，再通過上變頻將兩者通帶錯(cuò)開。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述數(shù)值調(diào)整模塊對同步修正后的不同分辨率的定點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行浮點(diǎn)化，分析其中部分?jǐn)?shù)據(jù)，獲得數(shù)據(jù)的功率預(yù)期值，將每個(gè)浮點(diǎn)數(shù)據(jù)除以功率預(yù)期值的平方根，得到數(shù)值歸一化的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述融合模塊對數(shù)值調(diào)整后的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)和噪聲數(shù)據(jù)直接相加，并對數(shù)據(jù)按擴(kuò)頻信號的優(yōu)化量化方式進(jìn)行重新量化，得到融合的多模中頻定點(diǎn)數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合裝置及方法，包括對GPS和北斗單模導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)字中頻數(shù)據(jù)統(tǒng)一采樣率和錯(cuò)開中頻；利用其軟件接收機(jī)分析各自調(diào)整后的中頻數(shù)據(jù)，獲得接收機(jī)采集數(shù)據(jù)的時(shí)間差，并對調(diào)整后的中頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣同步修正，獲得兩個(gè)系統(tǒng)的信噪比，提供給噪聲生成模塊；對同步修正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值歸一化，統(tǒng)一分辨率；利用噪聲生成模塊生成用戶需要的附加噪聲數(shù)據(jù)，提供給融合模塊；附加噪聲數(shù)據(jù)和調(diào)整后的兩個(gè)系統(tǒng)中頻數(shù)據(jù)相加，并重新量化，得到融合后的多模中頻數(shù)據(jù)。本發(fā)明不僅能方便融合GPS和北斗單模測試中頻數(shù)據(jù)，得到兩個(gè)系統(tǒng)聯(lián)合定位所要求的多模導(dǎo)航數(shù)據(jù)，而且能夠融合不同采樣率、分辨率中頻數(shù)據(jù)，增加中頻數(shù)據(jù)來源的多樣性和靈活性。
文檔編號G01S19/48GK103048672SQ201210537280
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者高建南, 許良備, 鄧寧, 疏鳳, 應(yīng)忍冬, 劉佩林, 郁文賢 申請人:上海交通大學(xué), 上海美迪索科電子科技有限公司