一种基于码周末尾时刻L1CA引导的GPS-P码生成方法

摘要

一种基于码周末尾时刻L1CA引导的GPS-P码生成方法，由码同步/半码片同步信号产生模块、P码引导产生模块和2us/2ms计数模块三部分组成，在L1CA码捕获完成后，等待1.5s跳变沿处对P码实施引导，产生超前、及时、滞后三路完全相同的P码码片，避免了复杂的X1A/X1B/X2A/X2B码表地址计算生成机制，捕获速度快，具有广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于码周末尾时刻L1CA引导的GPS-P码生成方法，在 L1CA码捕获完成后，等待1.5s跳变沿处对P码实施引导，产生超前、及时、 滞后三路P码，三路码间距为半码片，属于卫星应用技术领域。

背景技术

随着人类活动探索范围的扩大和科技水平的提高，卫星导航系统已成为 信息体系的重要基础设施，成为直接关系到国计民生的关键性技术支撑系统。 目前世界上应用最广泛的是GPS接收机，GPS卫星同时发射L1、L2两路扩 频信号，载波的中心频率分别为1575.42MHz、1227.60MHz，L1载波上调制 导航电文、CA码和P码，L2载波上调制导航电文、P码和C码，其中民用 GPS接收机通常只能利用L1载波上的CA码，军用GPS接收机CA码和P 码的应用都比较广泛。

GPS P码实际周期为38星期，卫星信号中调制的是截短码，码周期为7 天，码速率为10.23Mcps。与CA码相比，P码具有相对较短的码宽和较长的 周期，因而GPS接收机通常能更精确地测量P码相位，P码的定位精度更高 些。但是，由于P码周期很长，如果GPS接收机通过相关运算来逐个依次地 搜索接收信号中P码的码相位，则搜索、捕获P码信号将会需要很长时间。 CA码周期比P码周期短很多，且在每一码周的开始时刻，CA码和P码都是 对齐的，所以接收机一般都是先搜索、捕获CA码，然后从CA码信号中获 取当前时间，并以此估算出P码的相位，从而再较快地捕获P码。正是出于 这个原因，CA码原本全称为粗捕获码（或粗搜索码），而P码则称为精码。

GPS接收机捕获P码时，P码发生器在整个环节中占有举足轻重的地位， 传统复现P码的方式为L1CA码捕获完成时，通过已知CA码的码相位，通 过一系列复杂运算计算出P码的码相位，大量的运算操作造成了大量逻辑资 源的消耗，同时使得器件的运行频率受到限制，具有一定的局限性。

发明内容

本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种基于码周末尾 时刻L1CA引导的GPS-P码生成方法，该P码发生器在L1CA码捕获完成后， 等待1.5s跳变沿这一特殊时刻对P码实施引导，产生超前、及时、滞后三路 P码，三路码间距为半码片，避免了繁琐的运算，节省大量逻辑资源，可用 于设计GPS双频接收机，尤其适用于硬件资源紧张的设计，实用性强。

本发明的技术解决方案是：

一种基于码周末尾时刻L1CA引导的GPS-P码生成方法，包括码同步/ 半码片同步信号产生模块、P码引导产生模块和计数模块，其中P码引导产 生模块又包括码表地址计数器X1A、X1B、X2A和X2B以及计数器X1和 X2，包括步骤如下:

（1）输入码频率控制字和码相位控制字，并对其进行码NCO累加操作， 生成码NCO累加量①；

（2）对步骤（1）中生成的码NCO累加量①进行求取跳变沿操作，生 成码片同步信号②和半码片同步信号③；

（3）在半码片同步信号③的驱动下生成E路、P路和L路GPS-P码；

（4）在1.5s码周跳变沿时刻，利用捕获的L1CA码对步骤（3）中生成 的P码进行引导生成准确的GPS-P码，并返回引导完成标志；所述的E、P 和L路GPS-P码间隔为半码片；

（5）在码片同步信号②的驱动下码片进行循环累加计数，分别得到作为 时间标量输出的Z/V计数组④、2us计数⑤和2ms计数⑥。

所述的码同步信号和半码片同步信号产生方法如下：

（a）对码NCO累加量求取跳变沿，生成半码片同步信号；

（b）对码NCO累加量求取“负-正”跳变沿，生成码同步信号。

所述的求取“负-正”跳变沿生成码同步信号的过程中：每次2ms末尾时 刻将码相位控制字加入码NCO累加量中进行码相位实时调整，同时判别码 相位控制字是否为负值，当其为负值时，并且加入码相位控制字的时刻造成 码NCO累加量的溢出位跳变，则不产生码同步信号。

所述步骤（3）中GPS-P码的生成过程如下：

（a）码表地址计数器X1A、X2A进行0～4091计数，码表地址计数器 X1B、X2B进行0～4092计数，计数状态值即为码表地址，查GPS-P码表得 X1A、X1B、X2A、X2B的码值，并对X1A、X1B和X2A、X2B分别进行 模2和操作，得到计数器X1码值和计数器X2码值；

（b）在码片同步信号②的驱动下计数器X1的码片进行0～15344999计 数，计数器X2的码片进行0～15345036计数，计数器计满后分别输出复位信 号给码表地址计数器X1A、X1B、X2A和X2B，进行复位；

（c）根据置入的不同卫星号，对计数器X2的码值进行延迟并在半码片 同步信号③驱动下与计数器X1码值异或相加，得到E路的GPS-P码值，对 E路的GPS-P码值进行延迟，分别得到P路和L路的GPS-P码。

所述步骤（4）中的L1CA码对P码的引导方法方式如下：

L1CA码捕获完成后，向P码发生器模块置入引导开始信号以及当前 L1CA码模块的1.5s码周计数值Z_in，将X1的码片计数的初值设置V为0， 将X2的码片计数的初值设为V2=15345037-Z_in×37，当最近的1.5s码周跳 变沿到来时，将码表地址计数器X1A、X1B、X2A、X2B复位，等到X2的 码片计数V2为0时，输出三路准确的GPS-P码，引导完成，返回引导完成 标志；所述的码表地址计数器X1A和X2A计数范围为0～4091、码表地址计 数器X1B和X2B计数范围为0～4092计数。

本发明与传统技术相比的有益效果：

（1）本发明在L1CA码捕获完成后，等待1.5s跳变沿这一特殊时刻对P 码实施引导产生P码，避免了复杂的X1A/X1B/X2A/X2B码表地址计算生成 机制，简化运算，节省FPGA内部逻辑资源。

（2）本发明产生超前（Early）、及时（Prompt）、滞后（Later）三路 间隔为半码片的P码，同时进行搜索，加快了搜索速度。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明L1CA码对P码的引导时序图；

图3为码同步信号/半码片同步信号产生原理示意图；

图4为P码生成原理示意图；

图5为Z/V计数器原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明提供的一种基于码周末尾时刻L1CA引导的GPS-P码生成方法， 可用于设计对硬件资源使用量要求较高的GPS双频导航接收机。本发明在 L1CA码捕获完成后，等待最近的1.5s跳变沿处对P码实施引导，产生超前、 及时、滞后三路间隔为半码片的P码，同时进行搜索，避免了繁琐的运算， 节省逻辑资源且搜索速度。

如图1所示，一种基于码周末尾时刻L1CA引导的GPS-P码生成方法， 包括码同步/半码片同步信号产生模块、P码引导产生模块和计数模块，其中 P码引导产生模块又包括码表地址计数器X1A、X1B、X2A和X2B以及计数 器X1和X2，具体步骤如下:

（1）输入码频率控制字和码相位控制字，并对其进行码NCO（数控振 荡器）累加操作，生成码NCO累加量①；

（2）对步骤（1）中生成的码NCO累加量①进行求取跳变沿操作，生 成码片同步信号②和半码片同步信号③；如图3所示，所述的码同步信号和 半码片同步信号产生方法如下：

（a）对码NCO累加量求取跳变沿，生成半码片同步信号；

（b）对码NCO累加量求取“负-正”跳变沿，生成码同步信号。

求取“负-正”跳变沿生成码同步信号的过程中：每次2ms末尾时刻将码 相位控制字加入码NCO累加量中进行码相位实时调整，同时判别码相位控 制字是否为负值，当其为负值时，并且加入码相位控制字的时刻造成码NCO 累加量的溢出位跳变，则不产生码同步信号。

（3）在半码片同步信号③的驱动（例如：在高脉冲来临时进行移位操作） 下生成E（超前码同步信号）路、P（即时码同步信号）路和L（滞后码同步 信号）路GPS-P码；

如图4所示，GPS-P码的生成过程如下：

（a）码表地址计数器X1A、X2A进行0～4091计数，码表地址计数器 X1B、X2B进行0～4092计数，计数状态值即为码表地址，查GPS-P码表得 X1A、X1B、X2A、X2B的码值，并对X1A、X1B和X2A、X2B分别进行 模2和操作，得到计数器X1码值和计数器X2码值；

（b）在码片同步信号②的驱动下计数器X1的码片进行0～15344999计 数，计数器X2的码片进行0～15345036计数，计数器计满后分别输出复位信 号给码表地址计数器X1A、X1B、X2A和X2B，进行复位；

（c）根据置入的不同卫星号，对计数器X2的码值进行延迟并在半码片 同步信号③驱动下与计数器X1码值异或相加，得到E路的GPS-P码值，对 E路的GPS-P码值进行延迟，分别得到P路和L路的GPS-P码。

如图2所示，L1CA码对P码的引导方法方式如下：

L1CA码捕获完成后，向P码发生器模块置入引导开始信号以及当前 L1CA码模块的1.5s码周计数值Z_in，将X1的码片计数的初值设置V为0， 将X2的码片计数的初值设为V2=15345037-Z_in×37，当最近的1.5s码周跳 变沿到来时，将码表地址计数器X1A、X1B、X2A、X2B复位，等到X2的 码片计数V2为0时，输出三路准确的GPS-P码，引导完成，返回引导完成 标志；所述的码表地址计数器X1A和X2A计数范围为0～4091、码表地址计 数器X1B和X2B计数范围为0～4092计数。

（4）在1.5s码周（1个伪码周期）跳变沿时刻，利用捕获的L1CA码对 步骤（3）中生成的P码进行引导生成准确的GPS-P码，并返回引导完成标 志；所述的E、P和L路GPS-P码间隔为半码片；

（5）在码片同步信号②的驱动下码片进行循环累加计数，分别得到作为 时间标量输出的Z/V（码周和码片）计数组④、2us计数⑤和2ms计数⑥。

如图5所示，Z/V计数器的逻辑结构。

（1）在“码同步信号”的驱动下，进行V计数，计数范围为0～15344999， 计满为一个码周（1.5s），输出进位信号给“Z计数器”；

（2）在V计数进位信号驱动下，进行Z计数（1.5s计数），计数范围 为0～403199（1星期）。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。