[发明专利]一种多模导航数据融合装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星导航领域，尤其是一种兼容GPS及北斗导航系统的实测信号和仿真信号相结合的数字中频数据融合装置及方法。

背景技术

全球导航卫星定位系统（GNSS）在过去几十年间在各个领域已经得到了广泛的应用。目前GNSS包括了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗（Compass）以及欧盟的Galileo系统。作为中国自主研发的卫星导航系统，北斗系统将在市场中获得越来越重要的地位。而同时支持GPS和北斗系统的多模导航接收机（相对于只支持单一系统的单模导航接收机而言）设计将成为业界主流，而SoC（片上系统）芯片设计是其中最重要的一环。在SoC设计和测试阶段，如何获得可配置的测试数据是其中一个必须解决的重要问题。

目前，功能完备导航硬件接收机需要两个功能模块：第一个是射频接收模块，具体功能是通过天线接收卫星发射的射频信号（即实测信号）或者模拟器发射的射频信号（即仿真信号），再经过混频和滤波处理将射频信号变为频率较低的中频信号，最后经过模数转换器采样后成为数字中频数据交给基带处理模块处理；第二个是基带处理模块，负责对射频接收模块输出的数字中频数据进行捕获和跟踪，获取导航电文信息和各个卫星的传播时间信息，再利用这些信息经过一定的数学运算处理得到接收机的位置、速度、时间信息，实现定位功能。另一类接收机——导航软件接收机，则采用软件无线电的方法，利用高速芯片的计算能力，从软件的角度实现了基带处理模块的功能。

基带处理模块的SoC芯片设计和软件接收机设计的测试验证工作大致相同，均为实测信号或者仿真信号作为测试激励，采用第三方射频接收模块采集得到数字中频数据，提供给SoC芯片或者软件接收机处理，得到测试结果，同时利用一台可靠的参考接收机获取理论结果，将测试结果和理论结果进行比较得到测试结论。

现有的导航模拟器和第三方射频采集卡往往只支持GPS或者北斗其中一个系统，因此，多模导航接收机的设计者，采用的测试方法往往是利用GPS和北斗各自的测试装置，来测试各自系统的性能。但由于两套测试装置之间的互通性和互操作性限制，系统时钟往往无法同步，进而导致测试装置无法联合协同工作，设计者无法测试GPS和北斗联合定位性能，该问题已经成为目前多模导航接收机设计的重要瓶颈之一。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种多模导航数据融合装置及方法，针对现有导航SoC设计测试装置的不足，提出了一种基于通用计算机平台的软件方式实现的多模导航数据融合装置及方法。该装置利用现有的单模测试装置和通用计算机平台，在不增加额外装置的前提下，不仅能方便地融合GPS和北斗单模测试中频数据，得到GPS和北斗系统联合定位的所要求多模导航数据，而且能够实现不同采样率、分辨率中频数据的融合，增加中频数据来源的多样性和灵活性，通过更换接收机类型，还可以扩展支持其他导航系统数据的融合。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多模导航数据融合装置，该装置包括数字信号处理模块、采样同步修正模块、数值调整模块和融合模块，数字信号处理模块的输出作为采样同步修正模块的输入，采样同步修正模块的输出作为数值调整模块的输入，GPS和北斗软件接收机得到的信噪比输出作为噪声生成模块的输入，数值调整模块和噪声生成模块的输出一起作为融合模块的输入。

一种多模导航数据融合方法，该方法采用上述多模导航数据融合装置，包括步骤如下：

1）所述数字信号处理模块接收GPS和北斗数字中频数据，分别进行采样率和中频调整，得到调整后的中频数据；

2）所述采样同步修正模块接收调整后的数字中频信号，利用GPS和北斗软件接收机分析各自的中频数据，获得接收机采集数据的时间差，并对调整后的中频数据进行采样同步修正，得到同步修正后的中频数据；

3）所述数值调整模块对同步修正后的数据浮点化和归一化，得到调整后的中频数据；

4）所述噪声生成模块利用GPS和北斗软件接收机得到的信噪比，和用户需求比较，生成相应的噪声数据以改变信噪比；

5）所述融合模块对数值调整后的中频数据和附加噪声数据相加并重新量化，得到融合的多模中频数据。

所述数字信号处理模块对输入的GPS中频数据和北斗中频数据分别下变频至基带，通过升降频法，将两者采样率调整一致，再通过上变频将两者通带错开。

所述采样同步修正模块对输入的调整过的GPS和北斗中频数据用各自的软件接收机进行分析，获得接收机采集数据的时间差，对超前的采样数据进行丢弃，得到采样同步修正后的中频数据。