一种基于码周末尾时刻l1ca引导的gps-p码生成方法
【专利摘要】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。
【专利说明】—种基于码周末尾时刻LI CA引导的GPS-P码生成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于码周末尾时刻LlCA引导的GPS-P码生成方法，在LlCA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】
[0002]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, LI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LI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。
[0003]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。
[0004]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LlCA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】
[0005]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LlCA引导的GPS-P码生成方法，该P码发生器在LlCA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。
[0006]本发明的技术解决方案是:
[0007]一种基于码周末尾时刻LlCA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ΧΙΑ、X1B、X2A和X2B以及计数器Xl和X2，包括步骤如下:
[0008](I)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；
[0009](2)对步骤(I)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；
[0010](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；
[0011](4)在1.5s码周跳变沿时刻，利用捕获的LlCA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；
[0012](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ζ/v计数组④、2us计数⑤和2ms计数⑥。
[0013]所述的码同步信号和半码片同步信号产生方法如下:
[0014](a)对码NCO累加量求取跳变沿，生成半码片同步信号；
[0015](b)对码NCO累加量求取“负-正”跳变沿，生成码同步信号。
[0016]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。
[0017]所述步骤(3)中GPS-P码的生成过程如下:
[0018](a)码表地址计数器X1A、X2A进行O?4091计数，码表地址计数器X1B、X2B进行O?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、XlB和X2A、X2B分别进行模2和操作，得到计数器Xl码值和计数器X2码值；
[0019](b)在码片同步信号②的驱动下计数器Xl的码片进行O?15344999计数，计数器X2的码片进行O?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ΧΙΑ、X1B、X2A 和 X2B,进行复位；
[0020](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Xl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。
[0021]所述步骤(4)中的LlCA码对P码的引导方法方式如下:
[0022]LlCA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LlCA码模块的1.5s码周计数值Z_in，将Xl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_inX 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O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XlA和X2A计数范围为O?4091、码表地址计数器XlB和X2B计数范围为O?4092计数。
[0023]本发明与传统技术相比的有益效果:
[0024](I)本发明在LlCA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。
[0025](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。【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明方法流程图；
[0027]图2为本发明LlCA码对P码的引导时序图；
[0028]图3为码同步信号/半码片同步信号产生原理示意图；
[0029]图4为P码生成原理示意图；
[0030]图5为Ζ/V计数器原理示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0032]本发明提供的一种基于码周末尾时刻LlCA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LlCA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。
[0033]如图1所示，一种基于码周末尾时刻LlCA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ΧΙΑ、X1B、X2A和X2B以及计数器Xl和X2，具体步骤如下:
[0034](I)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；
[0035](2)对步骤(I)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:
[0036](a)对码NCO累加量求取跳变沿，生成半码片同步信号；
[0037](b)对码NCO累加量求取“负-正”跳变沿，生成码同步信号。
[0038]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。
[0039](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；
[0040]如图4所示，GPS-P码的生成过程如下:
[0041](a)码表地址计数器X1A、X2A进行O?4091计数，码表地址计数器X1B、X2B进行O?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、XlB和X2A、X2B分别进行模2和操作，得到计数器Xl码值和计数器X2码值；
[0042](b)在码片同步信号②的驱动下计数器Xl的码片进行O?15344999计数，计数器X2的码片进行O?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ΧΙΑ、X1B、X2A 和 X2B,进行复位；
[0043](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Xl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。
[0044]如图2所示，LlCA码对P码的引导方法方式如下:[0045]LlCA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LlCA码模块的1.5s码周计数值Z_in，将Xl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_inX 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O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XlA和X2A计数范围为O?4091、码表地址计数器XlB和X2B计数范围为O?4092计数。
[0046](4)在1.5s码周(I个伪码周期)跳变沿时刻，利用捕获的LlCA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；
[0047](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Ζ/V (码周和码片)计数组④、2US计数⑤和2ms计数⑥。
[0048]如图5所示，Ζ/V计数器的逻辑结构。
[0049](I)在“码同步信号”的驱动下，进行V计数，计数范围为O?15344999，计满为一个码周(1.5s)，输出进位信号给“Z计数器”；
[0050](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O?403199(I星期)。
[0051]本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
【权利要求】
1.一种基于码周末尾时刻LlCA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ΧΙΑ、X1B、X2A和X2B以及计数器Xl和X2，其特征在于步骤如下: (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LlCA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。
2.根据权利要求1所述的一种基于码周末尾时刻LlCA引导的GPS-P码生成方法，其特征在于:所述的码同步信号和半码片同步信号产生方法如下: Ca)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。
3.根据权利要求2所述的一种基于码周末尾时刻LlCA引导的GPS-P码生成方法，其特征在于: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。
4.根据权利要求1所述的一种基于码周末尾时刻LlCA引导的GPS-P码生成方法，其特征在于:所述步骤(3)中GPS-P码的生成过程如下: Ca)码表地址计数器X1A、X2A进行O~4091计数，码表地址计数器X1B、X2B进行O~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、XlB和X2A、X2B分别进行模2和操作，得到计数器Xl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Xl的码片进行O~15344999计数，计数器X2的码片进行O~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Xl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。
5.根据权利要求1所述的一种基于码周末尾时刻LlCA引导的GPS-P码生成方法，其特征在于:所述步骤(4)中的LlCA码对P码的引导方法方式如下: LlCA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LlCA码模块的.1.5s码周计数值Z_in，将Xl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_inX37,当最近的1.5s码周跳变沿到来时，将码表地址计数器ΧΙΑ、X1B、X2A、X2B复位，等到X2的码片计数V2为O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XlA和X2A计数范围为O~4091、码表地址计数器XlB和X2B计数范围为O~4092计`数。
【文档编号】G01S19/30GK103675855SQ201310629195
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】王烁, 郝云霞, 王猛, 李兴国, 赵士栋, 赵文亮, 岳富占, 陆华, 蒋勇, 陈霄 申请人:航天恒星科技有限公司