基于闭合回路控制的新一代GNSS同步接收模型

摘要

基于闭合回路控制的新一代GNSS同步接收模型是属于卫星导航技术领域。该模型由12个处理单元构成，即：接收参数传递单元、应用级别配置单元、启动状态配置单元、控制码（Control_Code）驱动单元、捕获参数匹配单元、捕获处理单元、捕获解析单元、捕获状态码缓冲单元、跟踪参数匹配单元、跟踪处理单元、跟踪解析单元、跟踪状态码缓冲单元。该模型通过12个单元有机结合构成闭合回路，提供一种可通用于新一代GNSS信号的同步接收模型。该模型能够快速匹配参数、选取处理方法，并可生成反馈回路，可适用于现有及新一代的GNSS信号同步接收，具有快速匹配、高精处理、通用性强、可扩展等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，特别是涉及一种基于闭合回路控制的新一代GNSS信号的可扩展、通用性强的同步接收模型。

背景技术

GNSS (Global Navigation Satellite System)凭借其高精、快速、低成本的特性，已在民用、商用通信领域得到了广泛的应用。然而为进一步提高系统的通信质量、效率，减小系统间互扰，新一代GNSS信号又相继被提出。鉴于新一代GNSS信号的出现及应用，对新调制信号同步接收模型的研究成为了重点，目前的同步接收模型往往采用单一的方法，为此只能解决单一信号的同步接收，而不能兼容多调制信号。进一步，考虑多系统的频段共享特性、调制机制共用特性，多系统的通用性同步接收模型研究也成为了必然趋势，然而，目前针对GNSS信号的同步接收模型还局限于单一系统。为此，即兼容多调制信号又通用于GNSS多系统的同步接收模型研究成为了亟待解决的新方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种具有快速匹配、高精处理、通用性强、可扩展的基于闭合回路控制的新一代GNSS同步接收模型，该模型能够快速匹配参数、选取处理方法，并可生成反馈回路，可适用于现有及新一代的GNSS信号同步接收。

采用的技术方案是：

基于闭合回路控制的新一代GNSS同步接收模型，包含接收参数传递单元、应用级别配置单元、启动状态配置单元、控制码（Control_Code）驱动单元、捕获参数匹配单元、捕获处理单元、捕获解析单元、捕获状态码缓冲单元、跟踪参数匹配单元、跟踪处理单元、跟踪解析单元、跟踪状态码缓冲单元。所述的接收参数传递单元，传递前端检测及估计处理的结果参数：信号传输的载波频率、信号扩频的伪码速率、信号调制的附加载波频率、信号本身的调制机制；结果参数分别配置为3位，分别驱动Control_Code的CFP、CBP、SFP、MOP位，共占据Control_Code的1～12位；所述的应用级别配置单元，依据模型的应用需求，用户可自定义地配置其应用级别：优先级是配置信号的处理先后，优先级高的信号优先进行接收，优先级低的信号则等待接收；要求精度和要求速度是用户所需的精度及速度的高低；更新需求是判断模型每次运行后是否需要重新接收信号，如果需要则每次模型运行完后重新接收信号，否则调整本地码后模型继续运行；四类参数各1位，分别驱动Control_Code的PRL、ACL、SPL、UPL位，共占据Control_Code的13～16位；所述的启动状态配置单元，对模型启动及运行状态的控制：初始化控制是对模型进行复位的控制（1位）；启动控制是对模型开启与关闭的控制（1位）；阶段控制是对模型捕获阶段及跟踪阶段选择的控制（2位）；存储控制是对捕获阶段中粗捕与精捕处理的控制（1位）；四类参数分别驱动控制码（Control_Code）的REC、SAC、STC、MEC位，共占据控制码的17～21位；所述的控制码（Control_Code）驱动单元，依据接收参数传递、应用级别配置、启动状态配置的结果进行控制码的驱动，生成21位的控制码（Control_Code）：Control_Code的1～12位由接收参数配置所驱动；Control_Code的13～16位由应用级别配置所驱动；Control_Code的17～21位由启动状态配置所驱动；所述的捕获参数匹配单元，依据Control_Code及存储器结果进行捕获参数的匹配，其主要包含：

a.进行存储器的访问，读取上一次的捕获结果；

b.进行相应的参数设置：积累时间、降频频率、采样频率、滤波器参数、补偿步进量、相关通道、本地码长度、本地码相位、混叠参数、附加载波频率、相关方式、门限级数；

所述的捕获处理单元，依据捕获参数及控制码进行捕获方法的配置：降频处理、采样处理、滤波处理、频域补偿、时域补偿、混叠处理、本地同向处理、本地正交处理、本地复合处理、时频变换、展开混叠、圆周相关、相对峰值计算、门限调整、门限判决、载波频率计算、伪码相位计算等，进一步，根据选取的捕获方法进行捕获处理；所述的捕获解析单元，对捕获处理阶段的载波频率、伪码相位计算结果进行存储，并进行捕获状态计算：如果捕获成功则输出捕获状态位为1，否则输出0；所述的捕获状态码缓冲单元，依据捕获状态位输出值来进行捕获状态码缓冲，捕获状态码长为n，缓冲过程如下：

a.如果模型正工作于粗捕阶段，捕获状态位进入捕获状态码的最低位，捕获状态码以队列方式进行低位移入高位移出，如果最低位为1则更新Control_Code的MEC位为1；否则根据Control_Code的UPL位进行选择，如UPL位是1则重新接收信号进行粗捕处理，如UPL位是0则重新配置捕获参数仍进行粗捕处理；

b.如果模型正工作于精捕阶段，捕获状态位进入捕获状态码的最低位，捕获状态码以队列方式进行低位移入高位移出，如果最低位为1则更新Control_Code的STC位的低位为1，即可进行跟踪处理；否则更新MEC位为0，即重新进行粗捕处理；

所述的跟踪参数匹配单元，依据Control_Code进行跟踪参数的匹配，其主要包含：

a.进行存储器的访问，读取捕获及跟踪结果；

b.进行相应的参数设置：处理通道、移动相位、鉴相器参数、环路滤波参数、本振参数、低通滤波参数等；

所述的跟踪处理单元，依据跟踪参数及Control_Code进行跟踪方法的配置：超前滞后处理、远超前滞后处理、PLL处理、Costas环处理、环路滤波处理、低通滤波处理、相关处理、门限调整、门限判决、载波频率计算、伪码相位计算等，进一步，根据选取的跟踪方法进行跟踪处理；所述的跟踪解析单元，对跟踪处理阶段的载波频率、伪码相位计算结果进行存储，并进行跟踪状态计算：如果跟踪成功则输出跟踪状态位为1，否则输出0；所述的跟踪状态码缓冲单元，依据跟踪状态位输出值来进行跟踪状态码缓冲，跟踪状态码长为n，缓冲过程是：跟踪状态位进入跟踪状态码的最低位，跟踪状态码以队列方式进行低位移入高位移出，当跟踪状态码和捕获状态码的n位都为1时，则更新Control_Code的STC位为01，即只进行跟踪处理而不进行捕获处理。

上述的基于闭合回路控制的新一代GNSS同步接收模型在进行GNSS信号同步接收时，依据如下流程实施：

步骤1：首先读取Control_Code的1~21位的控制位；

步骤2：根据Control_Code的SAC位进行启动与否的判定，如果SAC位为1则进入步骤3，否则返回步骤1；

步骤3：进行接收参数传递，传递前端检测及估计等处理结果参数；

步骤4：进行应用级别配置，依据模型的应用需求，用户自定义地配置其应用级别；

步骤5：进行启动状态配置，对模型启动及运行状态控制；

步骤6：进行Control_Code驱动，依据接收参数传递、应用级别配置、启动状态配置结果，进行Control_Code的驱动，重新生成21位的Control_Code；

步骤7：重新读取Control_Code的1~21位的各控制位；

步骤8：利用Control_Code的STC位中第1位进行捕获启动的判定，如果为1则进入步骤9，否则进入步骤15；

步骤9：进行捕获参数匹配，通过存储器访问，获取上一次的捕获结果；并依据Control_Code及存储器结果进行相应的参数设置；

步骤10：进行捕获处理，依据捕获参数及Control_Code进行捕获方法的配置；进一步，根据选取的捕获方法进行捕获处理；

步骤11：进行捕获解析，对捕获处理阶段的载波频率、伪码相位计算结果进行存储，并进行捕获状态计算：如果捕获成功则输出捕获状态位为1，否则输出0；

步骤12：进行捕获状态码缓冲，依据捕获状态位输出值来进行捕获状态码缓冲，捕获状态码长为n，捕获状态位进入捕获状态码的最低位，捕获状态码以队列方式进行低位移入高位移出；

步骤13：进行Control_Code更新，通过捕获状态码的最低位对Control_Code的STC位、MEC位进行更新；

步骤14：重新读取Control_Code的1~21位的各控制位；

步骤15：利用Control_Code的STC位的第2位进行跟踪启动的判定，如果为1则进入步骤16，否则返回步骤5；

步骤16：进行跟踪参数匹配，通过存储器访问，获取捕获及跟踪结果；并依据Control_Code及存储器结果进行相应的参数设置；

步骤17：进行跟踪处理，依据跟踪参数及Control_Code进行跟踪方法的配置；进一步，根据选取的跟踪方法进行跟踪处理；

步骤18：进行跟踪解析，对跟踪处理阶段的载波频率、伪码相位计算结果进行存储，并进行跟踪状态计算：如果跟踪成功则输出跟踪状态位为1，否则输出0；

步骤19：进行跟踪状态码缓冲，依据跟踪状态位输出值来进行跟踪状态码缓冲，跟踪状态码长为n，跟踪状态位进入跟踪状态码的最低位，跟踪状态码以队列方式进行低位移入高位移出；

步骤20：进行Control_Code更新，通过捕获状态码和跟踪状态码的各状态位对Control_Code的STC位进行更新。

本发明的模型能够快速匹配参数、选取处理方法，并可生成反馈回路，可适用于现有及新一代的GNSS信号同步接收，具有快速匹配、高精处理、通用性强、可扩展等优点。

附图说明

图1是本发明模型总体结构图。

图2是模型具体实施流程图。

具体实施方式

本发明通过建立闭合回路控制方案，提供一种可通用于新一代GNSS信号的同步接收模型。该模型能够快速匹配参数、选取处理方法，并可生成反馈回路，可适用于现有及新一代的GNSS信号同步接收，具有快速匹配、高精处理、通用性强、可扩展等特点。该模型由12个处理单元有机结合构成闭合回路，完成GNSS信号的同步接收，12个单元为：接收参数传递单元、应用级别配置单元、启动状态配置单元、控制码（Control_Code）驱动单元、捕获参数匹配单元、捕获处理单元、捕获解析单元、捕获状态码缓冲单元、跟踪参数匹配单元、跟踪处理单元、跟踪解析单元、跟踪状态码缓冲单元。基于闭合回路控制的新一代GNSS同步接收模型总体结构如图1所示。各单元功能描述如下：

所述的接收参数传递单元，传递前端检测及估计等处理的结果参数，其结果参数包含有信号传输的载波频率、信号扩频的伪码速率、信号调制的附加载波频率、信号本身的调制机制。结果参数分别配置为3位，分别驱动Control_Code的CFP、CBP、SFP、MOP位，共占据Control_Code的1～12位。

所述的应用级别配置单元，依据模型的应用需求，用户可自定义地配置其应用级别。其中，优先级是配置信号的处理先后，优先级高的信号优先进行接收，优先级低的信号则等待接收；要求精度和要求速度是用户所需的精度及速度的高低；更新需求是判断模型每次运行后是否需要重新接收信号，如果需要则每次模型运行完后重新接收信号，否则调整本地码后模型继续运行。四类参数各1位，分别驱动Control_Code的PRL、ACL、SPL、UPL位，共占据Control_Code的13～16位。

所述的启动状态配置单元，对模型启动及运行状态的控制。其中，初始化控制是对模型进行复位的控制（1位）；启动控制是对模型开启与关闭的控制（1位）；阶段控制是对模型捕获阶段及跟踪阶段选择的控制（2位）；存储控制是对捕获阶段中粗捕与精捕处理的控制（1位）。四类参数分别驱动控制码（Control_Code）的REC、SAC、STC、MEC位，共占据控制码的17～21位。

所述的控制码（Control_Code）驱动单元，依据接收参数传递、应用级别配置、启动状态配置的结果进行控制码的驱动，生成21位的控制码（Control_Code）。Control_Code的1～12位由接收参数配置所驱动，其具体描述如表1；Control_Code的13～16位由应用级别配置所驱动，其具体描述如表2；Control_Code的17～21位由启动状态配置所驱动，其具体描述如表3。

表1 Control_Code的1～12位描述

表2 Control_Code的13～16位描述

表3 Control_Code的17～21位描述

所述的捕获参数匹配单元，依据Control_Code及存储器结果进行捕获参数的匹配。其主要包含：

a.进行存储器的访问，读取上一次的捕获结果。

b.进行相应的参数设置：积累时间、降频频率、采样频率、滤波器参数、补偿步进量、相关通道、本地码长度、本地码相位、混叠参数、附加载波频率、相关方式、门限级数等。

所述的捕获处理单元，依据捕获参数及控制码进行捕获方法的配置：降频处理、采样处理、滤波处理、频域补偿、时域补偿、混叠处理、本地同向处理、本地正交处理、本地复合处理、时频变换、展开混叠、圆周相关、相对峰值计算、门限调整、门限判决、载波频率计算、伪码相位计算等，进一步，根据选取的捕获方法进行捕获处理。

所述的捕获解析单元，对捕获处理阶段的载波频率、伪码相位计算结果进行存储，并进行捕获状态计算：如果捕获成功则输出捕获状态位为1，否则输出0。

所述的捕获状态码缓冲单元，依据捕获状态位输出值来进行捕获状态码缓冲。捕获状态码长为n，缓冲过程如下：

a.如果模型正工作于粗捕阶段，捕获状态位进入捕获状态码的最低位，捕获状态码以队列方式进行低位移入高位移出，如果最低位为1则更新Control_Code的MEC位为1；否则根据Control_Code的UPL位进行选择，如UPL位是1则重新接收信号进行粗捕处理，如UPL位是0则重新配置捕获参数仍进行粗捕处理。

b.如果模型正工作于精捕阶段，捕获状态位进入捕获状态码的最低位，捕获状态码以队列方式进行低位移入高位移出，如果最低位为1则更新Control_Code的STC位的低位为1，即可进行跟踪处理；否则更新MEC位为0，即重新进行粗捕处理。

所述的跟踪参数匹配单元，依据Control_Code进行跟踪参数的匹配。其主要包含：

a.进行存储器的访问，读取捕获及跟踪结果。

b.进行相应的参数设置：处理通道、移动相位、鉴相器参数、环路滤波参数、本振参数、低通滤波参数等。

所述的跟踪处理单元，依据跟踪参数及Control_Code进行跟踪方法的配置：超前滞后处理、远超前滞后处理、PLL处理、Costas环处理、环路滤波处理、低通滤波处理、相关处理、门限调整、门限判决、载波频率计算、伪码相位计算等，进一步，根据选取的跟踪方法进行跟踪处理。

所述的跟踪解析单元，对跟踪处理阶段的载波频率、伪码相位计算结果进行存储，并进行跟踪状态计算：如果跟踪成功则输出跟踪状态位为1，否则输出0。

所述的跟踪状态码缓冲单元，依据跟踪状态位输出值来进行跟踪状态码缓冲。跟踪状态码长为n，缓冲过程是：跟踪状态位进入跟踪状态码的最低位，跟踪状态码以队列方式进行低位移入高位移出。当跟踪状态码和捕获状态码的n位都为1时，则更新Control_Code的STC位为01，即只进行跟踪处理而不进行捕获处理。

基于闭合回路控制的新一代GNSS同步接收模型由图1所示的12个处理单元构成，该模型进行GNSS信号同步接收的具体实施流程如图2所示，其实具体描述如下：

步骤1：首先读取Control_Code的1~21位的控制位。

步骤2：根据Control_Code的SAC位进行启动与否的判定，如果SAC位为1则进入步骤3，否则返回步骤1。

步骤3：进行接收参数传递，传递前端检测及估计等处理结果参数：信号传输的载波频率、信号扩频的伪码速率、信号调制的附加载波频率、信号本身的调制机制。

步骤4：进行应用级别配置，依据模型的应用需求，用户自定义地配置其应用级别：优先级、要求精度、要求速度、更新需求。

步骤5：进行启动状态配置，对模型启动及运行状态控制：初始化控制、启动控制、阶段控制、存储控制。

步骤6：进行Control_Code驱动，依据表1、表2、表3的接收参数传递、应用级别配置、启动状态配置结果，进行Control_Code的驱动，重新生成21位的Control_Code。

步骤7：重新读取Control_Code的1~21位的各控制位。

步骤8：利用Control_Code的STC位中第1位进行捕获启动的判定，如果为1则进入步骤9，否则进入步骤15。

步骤9：进行捕获参数匹配，通过存储器访问，获取上一次的捕获结果；并依据Control_Code及存储器结果进行相应的参数设置：积累时间、降频频率、采样频率、滤波器参数、补偿步进量、相关通道、本地码长度、本地码相位、混叠参数、附加载波频率、相关方式、门限级数等。

步骤10：进行捕获处理，依据捕获参数及Control_Code进行捕获方法的配置：降频处理、采样处理、滤波处理、频域补偿、时域补偿、混叠处理、本地同向处理、本地正交处理、本地复合处理、时频变换、展开混叠、圆周相关、相对峰值计算、门限调整、门限判决、载波频率计算、伪码相位计算等；进一步，根据选取的捕获方法进行捕获处理。

步骤11：进行捕获解析，对捕获处理阶段的载波频率、伪码相位计算结果进行存储，并进行捕获状态计算：如果捕获成功则输出捕获状态位为1，否则输出0。

步骤12：进行捕获状态码缓冲，依据捕获状态位输出值来进行捕获状态码缓冲。捕获状态码长为n，捕获状态位进入捕获状态码的最低位，捕获状态码以队列方式进行低位移入高位移出。

步骤13：进行Control_Code更新，通过捕获状态码的最低位对Control_Code的STC位、MEC位进行更新。

如果模型正工作于粗捕阶段，如果捕获状态码最低位为1则更新Control_Code的MEC位为1，即可进行跟踪处理；否则在下一次处理时根据Control_Code的UPL位进行选择，如UPL位是1则重新接收信号进行粗捕处理，如UPL位是0则重新配置捕获参数仍进行粗捕处理。

如果模型正工作于精捕阶段，如果捕获状态码最低位为1则更新Control_Code的STC位的低位为1，即可进行跟踪处理；否则更新MEC位为0，即重新进行粗捕处理。

步骤14：重新读取Control_Code的1~21位的各控制位。

步骤15：利用Control_Code的STC位的第2位进行跟踪启动的判定，如果为1则进入步骤16，否则返回步骤5。

步骤16：进行跟踪参数匹配，通过存储器访问，获取捕获及跟踪结果；并依据Control_Code及存储器结果进行相应的参数设置：处理通道、移动相位、鉴相器参数、环路滤波参数、本振参数、低通滤波参数等。

步骤17：进行跟踪处理，依据跟踪参数及Control_Code进行跟踪方法的配置：超前滞后处理、远超前滞后处理、PLL处理、Costas环处理、环路滤波处理、低通滤波处理、相关处理、门限调整、门限判决、载波频率计算、伪码相位计算等；进一步，根据选取的跟踪方法进行跟踪处理。

步骤18：进行跟踪解析，对跟踪处理阶段的载波频率、伪码相位计算结果进行存储，并进行跟踪状态计算：如果跟踪成功则输出跟踪状态位为1，否则输出0。

步骤19：进行跟踪状态码缓冲，依据跟踪状态位输出值来进行跟踪状态码缓冲。跟踪状态码长为n，跟踪状态位进入跟踪状态码的最低位，跟踪状态码以队列方式进行低位移入高位移出。

步骤20：进行Control_Code更新，通过捕获状态码和跟踪状态码的各状态位对Control_Code的STC位进行更新。如果跟踪状态码和捕获状态码的n位都为1，则更新Control_Code的STC位为01，即只进行跟踪处理而不进行捕获处理；否则不更新Control_Code。