[发明专利]一种用于GPS接收机的数字匹配滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于GPS接收机的数字匹配滤波器。

背景技术

GPS(卫星定位系统)在传输数据时，发送机将基带信号与伪随机码相乘之后发射，接收机接收到此扩频信号，通过解扩恢复出原来的基带信号。要通过解扩的方法将接收到的扩频信号恢复成原来的基带信号，必须使本地产生的解扩码与接收到的扩频信号相位同步。用扩频信号与解扩码的相关值来作为二者是否达到同步的标志。我们知道，当扩频信号与解扩码相位同步时，二者的相关值达到最大。所以，通常采用检测相关序列中峰值出现的相位的方法，来使接收到的扩频信号与解扩码达到同步。使用匹配滤波器就是一种用来计算相关值的方法。

而数字匹配滤波器的特点，则是以一个码的长度为一个周期，将扩频信号和解扩码转换成单一的比特位后并行输出，然后计算各个时刻扩频信号和解扩码的相关值。同时，相关结果以序列的形式输出。

传统的数字匹配滤波器，扩频信号和解扩码通过滤波器内部的移位寄存器和存储器进行串并转换、移位以及数据的存储。在每个时间段，转换后的扩频信号和解扩码在乘法器中对应相乘，在积分器中对相乘的结果进行积分。因为扩频信号和解扩码都已经是数字信号，因此积分运算是将接收到的扩频信号和解扩码的相乘结果进行累加。其结果就是所求的相关值。这种数字匹配滤波器充分利用了软件处理灵活，无需外部扩展电路，占用空间小的优势。但是，它仍然存在着以下缺陷：

运用内部移位寄存器和存储器进行数据移位处理使相关运算处理性能降低。内部移位寄存器的传输速率很低，使接收的扩频信号的输入速率降低，而这个低速率又限制了整个相关计算以及相关检测过程的处理速度。在实际运用中，扩频信号和解扩码的比特位很长，这种低处理速率表现的更明显，这对于卫星信号的快速捕获是很不利的。

一些匹配滤波器由于使用了积分器，在一次积分开始前，积分器要将以前累加的积分值设为0，称为阻尼或重设。这无疑又增加了阻尼操作的时间，同时，为了完成阻尼操作，必要的阻尼操作电路设计也是必不可少的，增加了实际电路的复杂程度。

或者，在计算的过程中，前一个周期的数据比特可能跟当前周期的数据比特重叠。在用积分器将一个周期的相乘结果进行积分时，可以得到相关值。但是将不同周期的部分混进相乘结果，再进行积分则得不到任何相关值。所以，有必要严格区分前一个周期的积分运算和当前周期的积分运算，并将这两个运算分别处理，这也增加了匹配滤波电路的设计难度。

为了解决利用软件进行相关运算处理速率慢的问题，出现了如下两种数字匹配滤波器。其共同点是用由延时器构成的延迟电路代替移位寄存器完成数据的串并转换和传输功能。所述的延时器是用时钟的输出(上升沿)驱动触发器的输入，对输入数据进行移位的一种装置，一般可用D触发器实现。

第一种数字匹配滤波器是将所有延时器串行连接，所有延时器共用同一时钟进行驱动。扩频信号输入到第一个延时器，之后，在每个时钟的上升沿传输一次。将每个延时器的输出与其对应的解扩码相乘，所有的乘积累加后的结果则为最后的相关值。由于所有延时器共用同一时钟，完成上述移位，需要各时间段均有脉冲出现，所以时钟频率相当高。所有数据在每个时钟的上升沿都要发生移位，数据变化频率很高，电能损耗很大。

另一种数字匹配滤波器是所有延时器并行连接，输入数据输入到每个延时器的输入端。不同的延时器由不同的时钟驱动。计算过程与上述方法类似。在每一时刻，并非所有延时器中的数据都要发生移位，所以各时钟的频率相对降低了。但带来的问题是所需要的时钟数量增加了，这不仅要求大规模的时钟产生电路，还要为时钟构造大面积的导线分布图。输入数据需要输入到每个延时器的输入端，使得输入数据线负载容量增加，同时也增加了电能消耗。

在GPS通信系统中，接收到的扩频信号和本地码均为1023个比特。当运用以上两种数字匹配滤波器时，需要1023个延时器构成实现电路，这对于硬件资源的消耗也是很不利的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于GPS接收机的数字匹配滤波器，该数字匹配滤波器可以以最小的资源消耗实现接收机匹配滤波性能的要求；利用硬件代替软件实现串并转换功能，提高GPS信号的捕获时间；降低数据变化频率和输入数据线的负载容量，减少电能损耗。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种用于GPS接收机的数字匹配滤波器，包括：