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专利号: 2024102433699
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于GNSS卫星信号的流处理归约求和并行跟踪方法,其特征在于:包括如下步骤S1读取数据捕获结果:使用载波跟踪环路进一步细化跟踪的信号,对于GNSS接收机信号而言,接收相位将进行180°翻转,所以在接收机中使用Costas环路,该环路不敏感相位翻转180°;

S2计算载波和伪码的频率和相位:

根据信号中的码相位偏移,读取捕获结束一段时间后的信号数据,并以此计算本地载波和本地伪码的频率和相位;

S3读取一个跟踪周期的长度:

控制接收机对GNSS卫星数据信号的跟踪时间,提高信号的捕获和跟踪成功率;S4并行生成本地三路C/A码和本地载波:将码相关操作和载波操作放入两个不同的流中进行流处理操作,第一个流中把载波和信号的数据复制到GPU中,并执行载波的生成和剥离操作,第二个流中将码频率和相位数据复制到GPU中,执行本地三路C/A码生成操作;

S5三路码剥离和载波剥离:

将生成的对应载波与信号数据相乘实现载波剥离,在完成各个通道的三路C/A码生成和载波剥离后,将得到数据长度相同的超前码、滞后码、即时码和载波剥离数据,其中载波剥离数据为包含I、Q两路的复数数据,通过乘法完成三路码剥离;

S6归约求和:

在一个通道的超前码相关器中,总共开辟12个线程块,每个线程块有1024个线程,采用n归约求和算法,当计算数据总量N为2 时,在求和过程A中将前一半数据的第一个数与后一n半数据的第一个数相加得到求和结果A并以此类推,直至2个数据计算完成,在求和过程B中重复求和过程A的计算流程得到求和结果B,在后续计算中重复上述计算流程,直到计算出最后求和结果X;

S7计算六路相干值:

通过超前、滞后和即时三条支路以及I/Q两路载波对应计算产生6个相干积分结果IE、IP、IL、QE、QP和QL;

S8计算相位偏差:

码环鉴别器和相位锁定环根据六路相干值结果估算出即时C/A码与信号中C/A码之间的相位差异φa和本地载波和输入的载波之间的相位差异φb,这两个值将作为码NCO和载波NCO的控制输入,从而控制本地载波相位和本地C/A码相位;所述S8计算相位偏差具体如下:S8.1更新载波相位以及码相位:在流处理过程中,CPU和GPU将不再同步运行,这使得在GPU中实现三路码相关计算操作的同时,在CPU中同时计算下一次跟踪过程中的载波相位和码相位;

S9记录本次跟踪结果:

S10是否进行下一次跟踪:

判断是否要进行下一周期的卫星信号追踪,如果继续追踪则转S3,否则转S11;S11是否追踪下一颗卫星:判断是否要追踪下一颗卫星,如果继续追踪下一颗卫星则转S1,否则结束卫星信号追踪流程。

2.根据权利要求1所述的基于GNSS卫星信号的流处理归约求和并行跟踪方法,其特征在于:所述步骤S1 Costas环采用两路乘法运算,将所有能量保持在I路,Q路为噪声,软件接收机接收到的卫星信号为:其中τ为信号到达接收机的码初相位,fIF为中频信号频率,2πfIFm为中频信号初相位,为卫星信号 的离散形式,D(n)为数据码,两者取值只可能为±1, 其中的Pc为天线接收到的卫星信号的平均功率,x(n)为卫星的C/A码,信号与本地载波相乘后得两路信号为:其中f′IF为本地载波频率,取值近似于中频信号频率fIF,故上式简化为:再与本地伪码相乘并经行积累即可得I、Q支路的相干值,对于两路信号中的高频分量而言,有限长度的累加计算等效为低通滤波,累加值忽略不计,故I、Q两路的相关结果为:x(n)为本地伪码,显然,信号载波与本地载波的相位差 则从而:

当卫星信号因为导航数据发生相位翻转时,Costas环不受影响,始终跟踪载波相位信号;

同时在接收机中码相位跟踪环路为延迟锁相环DLL,具体实现为输入信号与本地载波相乘后,再与超前、滞后和即时码相关,超前和滞后码与即时码超前滞后0.5个码片,并且通过超前码和滞后码与输入信号的相关值通过鉴相器进行比较来控制即时码的延迟时间,从而实现精准码相位跟踪。

3.根据权利要求1所述的基于GNSS卫星信号的流处理归约求和并行跟踪方法,其特征在于:利用流处理将码生成操作和载波生成操作放入两个流中操作,在时间层面上使数据生成操作所需时间被数据复制操作的掩盖来优化时间效率。

4.根据权利要求1所述的基于GNSS卫星信号的流处理归约求和并行跟踪方法,其特征n n n‑1在于:将初始的2个数据进行归约求和计算,将2个元素求和为2 个元素,并进行log2N次计算,以此得出求和数据结果。