[发明专利]一种基于FPGA的多模GNSS信号相关方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的多模GNSS信号相关方法和系统，该方法基于现场可编程门阵列，对载波剥离和码相关运算模块进行了资源优化，使得解调模块消耗的查找表个数由8个减少为7个，运行效率提升了20％；同时使得码相关运算模块的资源占用减少了3848个LUT，为FPGA总资源减少了6％。可以节约占用的硬件资源，有助于后续的功能扩展；可以提升运算效率，对信号的量化处理降低了硬件实现的复杂度；利用流水线处理，对于大数据量的情况下处理更加高效。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种基于FPGA的多模GNSS信号相关方法和系统。

背景技术

目前大多数GNSS(Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统)系统中的导航卫星所发射的信号都用了DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum，直接序列扩频)的通信体制，并都采用相位调制的载波调制方式，对于单路的导航信号分量来讲它们都可以按照如下方式表示：

S_RF(t)＝A_RF(t)D[t-τ(t)]C[t-τ(t)]cos[φ(t)]

其中，A_RF(t)为信号幅度；D[t-τ(t)]为该颗卫星广播的导航电文数据码信号，在某些导频信号通道中不含导航点位数据，可认为D[t-τ(t)]＝1；C[t-τ(t)]为扩频序列，它可通过扩频码符号c(t)和码片内波形p(t)确定，其表达式为：

其中，在当前GNSS导航信号中扩频码符号c(t)均采用二进制非归零的编码方式，p(t)是指在一个扩频符号间隔[0,T_c)内的波形函数；φ(t)表示接收到的载波相位；τ(t)表示载波上的扩频序列信号从卫星天线相位中心发射出去到达接收机天线相位中心的路径传播群延迟，即码相位的空间传播延迟。在现代GNSS系统中，每颗导航卫星在一个频点上所发射的导航信号都包含几种不同的导航信号分量。

现有技术中，对于多种导航信号分量的相关和解码操作，对硬件资源要求较高，相关过程对资源占用率过高，运算效率较低，由此增加了整个系统的复杂度，影响了整体系统的性能。

发明内容

本发明提供一种基于FPGA的多模GNSS信号相关方法和系统，能够节约卫星信号相关运算中的硬件资源，提升运算效率，降低硬件复杂度。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于FPGA的多模GNSS信号相关方法，包括以下步骤：

基于现场可编程门阵列，采用时分复用的方式，在一个物理通道上实现多个逻辑通道以分别处理多个全球导航卫星GNSS系统不同卫星信号数据；

生成本地载波并将本地载波的正弦和余弦载波信号量化为由电平值±1和±2编码；应用流水线处理方式对所述GNSS卫星信号数据进行量化符号判断和查表操作后，与所述量化后的本地载波相乘，得到载波剥离信号数据；

计算卫星信号数据时延，将数据时延转换为码片的延迟相位数，并计算所属卫星信号数据的码相位，生成粗测距码C/A码；

将所述N路C/A码延迟1ms，分别与载波剥离信号数据相乘，并进行相干累计，得到通道N的GNSS卫星信号相关功率。

所述采用时分复用的方式，在一个物理通道上实现多个逻辑通道以分别处理多个全球导航卫星GNSS系统不同卫星信号数据，包括：

将输入的GNSS卫星信号数据存储在缓存区中，每一段待处理的数据长度为l，单位为ms；

将长度为l的卫星信号数据平均分为N份，N为所接收到的卫星信号数据中包含的卫星的个数，并对N段数据进行相关运算；