多卫星导航下的反射信号接收机的相关器

摘要

本发明公开了一种多卫星导航下的反射信号接收机的相关器，该反射信号接收机的相关器包括有模式配置单元(1)、反射信号处理单元(2)和直射信号处理单元(3)；所述反射信号处理单元(2)由载波解调器(201)、延迟CA码发生器(202)、延迟CA码相关运算器(203)和1ms相干累加器(204)构成。本发明的相关器是在FPGA芯片，采用VerilogHDL语言编程来实现多导航卫星下反射信号的相关处理和多种模式配置。配置有本发明相关器的反射信号接收机能够为后续物理状态的反演提供更加合理的、灵活的数据源，并为星载装置的研发提供技术基础。

主权项

1.一种多卫星导航下的反射信号接收机的相关器，所述反射信号接收机主要由左旋天线、右旋天线、射频前端、FPGA相关器、DSP处理器、数据处理工控机、任务监控工控机组成；数据处理工控机向FPGA相关器发送模式选择控制指令，同时用于存储FPGA相关器输出的相关累加值$Q=\left[\begin{array}{cccc}{q}_{11}& q_{12}& ···& q_{1m}\\ q_{21}& q_{22}& ···& q_{2m}\\ ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·\\ q_{n1}& q_{n2}& ···& q_{\mathrm{nm}}\end{array}\right],$m表示每一个反射通道的相关累加值的个数，n表示反射通道号；DSP处理器向FPGA相关器发出卫星码相位信息F＝{numP_n，SV_n，SVP_n}，numP_n表示卫星反射信号CA码相对于直射信号的码相位延迟数，SV_n表示卫星编号，SVP_n表示卫星直射信号跟踪后的CA码码相位，n表示反射通道号；其特征在于：该反射信号接收机的相关器包括有模式配置单元(1)、反射信号处理单元(2)和直射信号处理单元(3)；所述反射信号处理单元(2)由载波解调器(201)、延迟CA码发生器(202)、延迟CA码相关运算器(203)和1ms相干累加器(204)构成；模式配置单元(1)中存储的模式有：模式一：当模式配置单元(1)收到由数据处理工控机下发的0x11H指令后，一方面向数据处理工控机发送应答指令0x12H，另一方面向直射信号处理单元(3)发出启动指令，记为J₁，然后直射信号处理单元(3)向数据处理工控机输出GPS原始数据；模式二：当模式配置单元(1)收到由数据处理工控机下发的0x21H指令后，一方面向数据处理工控机发送应答指令0x22H，另一方面向直射信号处理单元(3)发出启动指令，记为J₂，然后直射信号处理单元(3)向数据处理工控机输出Galileo原始数据；模式三：当模式配置单元(1)收到由数据处理工控机下发的0x31H指令后，一方面向数据处理工控机发送应答指令0x32H，另一方面向直射信号处理单元(3)发出启动指令，记为J₃，然后直射信号处理单元(3)向数据处理工控机输出GLONASS原始数据；模式四：当模式配置单元(1)收到由数据处理工控机下发的0x41H指令后，一方面向数据处理工控机发送应答指令0x42H，另一方面向直射信号处理单元(3)发出启动指令，记为J₄，然后直射信号处理单元(3)向数据处理工控机输出BD原始数据；模式五：当模式配置单元(1)收到由数据处理工控机下发的0x5EH指令后，一方面向数据处理工控机发送应答指令0x5FH，另一方面向直射信号处理单元(3)发出启动指令，记为J₅，然后直射信号处理单元(3)向数据处理工控机输出GPS、Galileo、GLONASS和BD混合的原始数据；模式六：当模式配置单元(1)收到由数据处理工控机下发的0x81H指令后，一方面向数据处理工控机发送应答指令0x82H，另一方面向延迟CA码发生器(202)发送相关通道累加值配置指令，记为I₁；模式七：当模式配置单元(1)收到由数据处理工控机下发的0x91H指令后，一方面向数据处理工控机发送应答指令0x92H，另一方面向延迟CA码发生器(202)发送相关通道累加值配置指令，记为I₂；模式八：当模式配置单元(1)收到由数据处理工控机下发的0xA1H指令后，一方面向数据处理工控机发送应答指令0xA2H，另一方面向延迟CA码发生器(202)发送相关通道累加值配置指令，记为I₃；模式九：当模式配置单元(1)收到由数据处理工控机下发的0xB1H指令后，一方面向数据处理工控机发送应答指令0xB2H，另一方面向延迟CA码发生器(202)发送相关通道累加值配置指令，记为I₄；模式十：当模式配置单元(1)收到由数据处理工控机下发的0xC1H指令后，一方面向数据处理工控机发送应答指令0xC2H，另一方面向延迟CA码发生器(202)发送相关通道累加值配置指令，记为I₅；模式十一：当模式配置单元(1)收到由数据处理工控机下发的0xD1H指令后，一方面向数据处理工控机发送应答指令0xD2H，另一方面向延迟CA码发生器(202)发送相关通道累加值配置指令，记为I₆；模式十二：当模式配置单元(1)收到由数据处理工控机下发的0xE1H指令后，一方面向数据处理工控机发送应答指令0xE2H，另一方面向延迟CA码发生器(202)发送相关通道累加值配置指令，记为I₇；模式十三：当模式配置单元(1)收到由数据处理工控机下发的0xF1H指令后，一方面向数据处理工控机发送应答指令0xF2H，另一方面向延迟CA码发生器(202)发送相关通道累加值配置指令，记为I₈；直射信号处理单元(3)对接收的F₃＝{D_51-1，D_52-1，D_53-1}信息进行处理后，分别得到GPS、Galileo、GLONASS和B D的导航信息的运算值D₃和载波信号c_n(t)；D_51-1表示第一模数转换单元(51)对接收到的f₁₁进行2bit量化后输出的数字量化直射信号，D_52-1表示第二模数转换单元(52)对接收到的f₁₂进行2bit量化后输出的数字量化直射信号，D_53-1表示第三模数转换单元(53)对接收到的f₁₃进行2bit量化后输出的数字量化直射信号；f₁₁表示GPS和Galileo直射信号，f₁₂表示GLONASS直射信号，f₁₃表示BD直射信号；载波解调器(201)对直射信号处理单元(3)输出的载波信号c_n(t)根据载波解调关系式$d_n\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{u}_n\left(t\right)& c_n\left(t\right)=1\\ 2u_n\left(t\right)& c_n\left(t\right)=2\\ -u_n\left(t\right)& c_n\left(t\right)=-1\\ -2u_n\left(t\right)& c_n\left(t\right)=-2\end{array}\right.$对反射信号F₁＝{D_51-2，D_52-2，D_53-2}进行解调，得到载波剥离后的反射信号解调值d_n(t)；式中u_n(t)表示量化后的数字中频信号，c_n(t)表示载波信号，t表示序列值，n表示反射通道号；载波信号c_n(t)的电平值由{+1，+2，-1，-2}四种组成；D_51-2表示第一模数转换单元(51)对接收到的f₂₁进行2bit量化后输出的数字量化反射信号D_51-2，D_52-2表示第二模数转换单元(52)对接收到的f₂₂进行2bit量化后输出的数字量化反射信号D_52-2，D_53-2表示第三模数转换单元(53)对接收到的f₂₃进行2bit量化后输出的数字量化反射信号；f₂₁表示GPS和Galileo反射信号，f₂₂表示GLONASS反射信号，f₂₃表示BD反射信号；延迟CA码发生器(202)是在反射信号接收机定位后，第一方面根据DSP处理器赋予的直射处理信息F＝{numP_n，SV_n，SVP_n}通过相位选择关系$P_n=\left\{\begin{array}{cc}{M}_n& (M_n\ge 0)\\ N-(-M_n-1)& (M_n<0)\end{array}\right.$且M_n＝SVP_n-numP_n，获得延迟CA码的码相位P_n；N表示CA码最大相位值1022；延迟CA码发生器(202)第二方面依据延迟CA码的码相位P_n通过相位运算得到产生CA码的两组十位移位寄存器的初始值reg1和reg2，然后根据reg1和reg2的值并在SV_n的调节下，通过改变抽头的方式，产生在所述延迟CA码的码相位P_n的相位点之后的卫星号为SV_n的延迟CA码，该延迟CA码用集合表达为所述延迟CA码是一个周期为1023的CA码；延迟CA码发生器(202)中的时钟clk_2为2倍的延迟CA码码速率，时钟clk_20为20倍的延迟CA码码速率；用clk_2的时钟速率读取延迟CA码，产生CA码码间隔为1/2的延迟CA码用于测风模式下相关累计值的输出；用clk_20的时钟速率读取延迟CA码，产生CA码码间隔为1/20的延迟CA码用于测高模式下相关累计值的输出；通过移位寄存器的移位操作，每个反射通道分别产生m组延迟CA码，每组CA码的依次延迟的间隔由累加模式选择确定；延迟CA码相关运算器(203)根据延迟CA码电平为{+1，-1}的特点，在反射信号相关处理时应用相关逻辑式$z_{\mathrm{nm}}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}-d_n\left(t\right)& a_{\mathrm{nm}}\left(t\right)<0\\ d_n\left(t\right)& a_{\mathrm{nm}}\left(t\right)>0\end{array}\right.$完成反射信号的相关运算；式中a_nm(t)表示延迟CA码量化值；d_n(t)表示载波剥离后的反射信号解调值；z_nm(t)表示反射信号相关处理后的第n反射通道的第m点的相关值；1ms相干累加器(204)根据反射信号相关累加式得到反射通道m点1ms相关累加值集合$Q=\left[\begin{array}{cccc}{q}_{11}& q_{12}& ···& q_{1m}\\ q_{21}& q_{22}& ···& q_{2m}\\ ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·\\ q_{n1}& q_{n2}& ···& q_{\mathrm{nm}}\end{array}\right],$q₁₁表示第1反射通道中第1个相关累加点，q_1m表示第1反射通道中第m个相关累加点，q_n1表示第n个反射通道中第1个相关累加点，q_nm表示第n个反射通道中第m个相关累加点，同理可得矩阵其它集合中的元素的物理意义；M为1ms的相关值点的个数。