gnss反射信號處理裝置中延遲c／a碼發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、G N S S反射 信 號處 理 裝 置 中延 遲 C ／ A碼 發(fā) 生 器 的設(shè) 計(jì) 吳紅 甲， 張鳳元 ， 楊 東凱 ， 李明里 ( 1 ． 北京 化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 ， 北京 1 0 0 0 2 9 ；2 ． 北京航空航 天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院 ， 北京 1 0 0 0 8 3 )摘 要 ： 針 對 G NS S — R延遲 映射接 收機(jī) 的硬 件相 關(guān)器設(shè)計(jì) ， 提 出 了一 種在 反射 信 號 處理 中延遲 c

2、／ A碼 產(chǎn) 生的新 方案 ， 并對硬 件的 實(shí)現(xiàn)方 法進(jìn)行 了詳 細(xì) 的敘 述 。該方 案基 于相 位 查詢 方式可產(chǎn) 生不 同碼相 位 的延遲 C ／ A碼 ， 延遲 的碼相 位 可 以根 據(jù)設(shè) 定值任 意產(chǎn) 生 。仿 真 驗(yàn)證 結(jié) 果表明 了方案 設(shè)計(jì) 的正確 性 和有效性 。關(guān)鍵 詞 ：全球 導(dǎo)航 衛(wèi) 星 系統(tǒng) ( GN S S ) ； 反射信 號 ； C A 碼發(fā) 生 器 ； 接收機(jī) 中 圖分類 號 ： P 2 2 8 ． 4

3、文獻(xiàn)標(biāo) 志碼 ： A文 章編號 ：1 0 0 8 - 9 2 6 8 ( 2 0 1 0 ) 0 4 — 0 0 0 6 — 0 50引 言 全球?qū)Ш?衛(wèi) 星 系統(tǒng) ( Gl o b a lNa v i g a t i o nS a t e l —l i t eS y s t e m) 不 僅 為用戶 提供 了導(dǎo) 航 定位 和精 確 授 時(shí)信息 ， 還提供 了高度 穩(wěn) 定 、 可長 期使 用 的 L波 段 免 費(fèi) 微 波 信 號 資 源

4、L 1 ] 。GN S S - R( GNS S - R e f l e c —t i o n ) 遙感 技 術(shù) 是 自 1 9 9 3年 以來 發(fā)展 起 來 的 一 個(gè) 新 型分支 ， 是 國內(nèi)外遙 感和 導(dǎo)航技 術(shù)領(lǐng)域 研究熱 點(diǎn) 之一 ， 利用 G N S S衛(wèi) 星反射信號 ， 對海洋 、 陸地 等 進(jìn)行 遙感 探測 ， 如 ： 海 洋 風(fēng) 場 、 有效 波 高 、 海 水 鹽 度 探測 ， 海面高 度測量 、 海 嘯監(jiān)測 與預(yù)警

5、 研究 ， 陸地 土 壤濕 度探測等 ， 其無 源 雷達(dá)模 式用 于 目標(biāo)探 測與 定 位等 方面L 2 ] 。結(jié)合 課題 組現(xiàn)有 的用 于 GNS S反射 信 號接 收 處 理 的延遲 映射 接收 機(jī)[ 3 ] ， 設(shè) 計(jì) 了一種 可以靈 活設(shè) 置產(chǎn)生不 同碼延 遲 ( 即相位 ) 的 C A碼 發(fā) 生器 ， 提 高 了硬件 資源 的使 用效 率 ， 同時(shí)也 為多導(dǎo) 航 系統(tǒng)兼 容 接 收處理 反射信 號提 供 了指導(dǎo) 。1結(jié)構(gòu)及原理

6、 機(jī)載 GN S S _ R延 遲 映射 接 收機(jī) 的設(shè) 計(jì) 高度 一 般在 1 0k m 以 內(nèi) ， 接 收機(jī) 接 收 的 G NS S反 射 信 號 相對于直射信號延遲在 7 O 個(gè)碼片以內(nèi)( 以 G P Sc ／A碼為例) 。反射信號與 C ／ A碼相關(guān)處理時(shí)， 反射 收稿 日期 ： 2 0 1 0 — 0 6 — 2 1基金項(xiàng) 目 ： 國家 8 6 3計(jì)劃 資助項(xiàng) 目( 2 0 0 7 AA1 2 Z 3 4 0 )·

7、 6·通 道復(fù) 用對應(yīng) 直 射通 道 的 C ／ A 碼 ， 通 過 移 位 寄 存 器 的移 位操作 ， 完 成碼 片 的延遲 ， 實(shí) 現(xiàn)反 射 通 道 的 信 號相關(guān) [ 4 ] 。星 載 GNS S — R延遲 映射 接 收 機(jī) 的設(shè) 計(jì) 高 度 大 約 在 8 0 0k m 左 右 ， 接 收機(jī)接 收 GNS S反射 信 號 相 對于直射信號延遲在 2 ． 6 7ms 以內(nèi)( 約 3 個(gè) C ／ A碼周 期 ) 。如

8、果 采用反 射通道 直接 復(fù)用 直射通 道 的 C ／ A 碼 ， 通過 移位 寄存 器 的移 位操 作 ， 完 成碼 片 的 延遲 相關(guān) ， 將會(huì) 使用 大 量 的移 位 寄 存 器 ， 在 硬 件設(shè) 計(jì) 時(shí)將 很難 綜合 實(shí)現(xiàn) 。為 了解 決 這 一 缺 陷 并 減小 硬件 邏輯資 源 的 占用 ， 本 文設(shè)計(jì) 了反 射 通道 自身 的 C ／ A碼 發(fā) 生器 ， 通 過 D S P控 制完 成 反 射通 道 延遲 C ／ A碼 的

9、產(chǎn) 生 。GNS S - R接 收機(jī)延遲 C ／ A 碼 產(chǎn) 生器 的總 體框 圖如 圖 1 所示 。GNS S _ R延遲 映射接 收機(jī) 系統(tǒng) 定位 后 ， DS P處 理 器解 算 出接收機(jī) 高度 h 、 直 射通 道 所跟 蹤 衛(wèi) 星 的 仰 角 、 C ／ A 碼碼 相位 SI l a以及 衛(wèi) 星 號 S VN， 根 據(jù)式( 1 ) 解算 出該星的反射信號相對于直射信號的延 遲距 離 l D， 從 而得 到延遲 時(shí) 間 。跏 一

10、 ( 2 h+ )·s i n 0( 1 )式 中： h 為接收機(jī)反射天線到反射面的高度 ； 0 為 反 射點(diǎn) 到衛(wèi) 星 的俯 仰 角 ；d為 GNS S — R 接 收 機(jī) 兩 個(gè) 天線 之間 的距離 。G N S SW o r l do fC h i n a ／ 2 0 1 0 ． 4圖 3 延 遲 C ／ A碼 產(chǎn) 生 模 塊 的 原 理 圖 在硬 件 電路 設(shè)計(jì) 時(shí) ， 由于硬 件本身 的延遲致 使 在 c ／ A 碼

11、即 時(shí)產(chǎn)生 時(shí) ， 有 三個(gè)碼 片 的延遲 ， 使設(shè) 定 的碼相位 滯后 了 3個(gè) 時(shí)鐘 周 期 產(chǎn)生 。如果 忽 略這 個(gè)問題 ， 將導(dǎo)致處理的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確， 甚 至反射信號 在 與 C ／ A 碼 相關(guān) 時(shí) 可能 無 法 得 到 相 關(guān) 峰 ， GN S S —R接 收機(jī)處 理 的數(shù) 據(jù) 也 無 任 何 意義 。為 了解 決 這 一 問題 ， 在設(shè)計(jì) 時(shí) ， 采 用 了 D S P反饋 的相 位地 址加 刑 <∞ l3的操作

12、， 并且在反射信號相關(guān)處理時(shí) ， 從延遲 c ／A碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的第 四個(gè)碼片開始用于反射信號 相關(guān) ， 消除了即時(shí)碼相位滯后 3 個(gè) 時(shí)鐘周期 的問題 。通 過 圖 4的延 遲 C ／ A 碼 與 C ／ A 碼 互 相 關(guān) 的 仿 真 圖驗(yàn)證 了本設(shè)計(jì) 的延 遲 C ／ A碼 發(fā) 生器 產(chǎn) 生 的 延遲 c ／ A碼完全符合反射信號相關(guān)處理的要求。I t I I I l l I 玨 l I 雌 I l l5 m Il { I擅 川 l

13、 糊 l l Hll I I Ill l l I 【 l J堋 1 l ?lI H ll 曩 嘲f 1 l 憎氍 f 黯 ff 墨 }硝?m 岡Il R Il 川 I I 掰 I●l●●lI●●It圖 4 延遲 C ／ A碼與 C ／ A碼 互相關(guān) 圖3 仿真驗(yàn)證 與實(shí)現(xiàn) 根據(jù)設(shè) 計(jì)要 求 ， 通 過 v e r i l o g HDL編程 ， 在 Xi l —i n xF P G A 芯片 上完 成延 遲 C ／ A 碼發(fā) 生器 的設(shè)

14、 計(jì) 。在 G NS S - R延 遲 映射 接 收機(jī) 的硬 件 相關(guān) 器 的 · 8·整體設(shè) 計(jì) 中 ， 采 用 了本 文 設(shè) 計(jì) 的 延 遲 C ／ A 碼 發(fā) 生 器， 與以往的設(shè)計(jì)方法相 比， F P G A邏輯資源共減 少 了約 79 ／ 5 。仿 真驗(yàn) 證 時(shí)采 用 了兩組操 作 ， 第一 組 為衛(wèi) 星號 S VN 為 0 ， 相位 地 址 為 6 ， 用 來 檢 測 數(shù) 據(jù) 產(chǎn) 生 的 正 G N S