实现软件GPS的软硬件设计讨论(Ⅱ)

本文讨论的离线并行处理方式接收机可以灵活地选用不同的俘获和跟踪方式，主要受到宿主处理器的数据-程序存储能力限制。

处理一个样本集时首先针对该样本集的采集时间、根据继承的定时精确度确定适合引用的参数和需要的测量处理。一般并不需要完全从头开始，搜寻所有的星位和重新确定所有不同精度的时间。

一般最糟情况下只是没有合适的载频数据可以引用，此时可以对若干个较短采集时间的样本集做FFT检测载波。在这个情况下可以适当调窄二中频信号的带宽。

如果已经有比较准确的载波频率数据可以引用，则可以在零平面交线附近作载波频-相搜索、确定精确的载波频-相数据；

如果已可以引用精确的载波频-相数据，则可以采用较大样本集进行相关检验、识别有效的码组和测量码组相位定时。

已经可以继承码组和码组的相位定时后，接下来作如何处理将取决于接收机希望达到哪种功能和性能。

如果是50米以内的定位，则可以转入接收报文。在报文接收时可同时测量报文位转换时间、测量码组相位定时和根据相关积的拍频起伏维持载波锁相。

如果需要，可以进行载波频-相跟踪、提供更精确的测量数据。导入到载波频-相跟踪阶段后，同期的报文位转换时间、码组相位定时测量是必要的。这主要是由于载波频-相跟踪主要适合短时程跟踪，持续依赖于载波频-相跟踪时出现滑动错位的可能性很大、需要由伪随机码的相位重新校准。

跟踪期间，如果在接收载波频率附近进行频-相扫描、其间引起的相关积幅度变化不显著，因此并不能依靠在这个范围内扫描一个样本集的数据得出频-相偏移数据。如果载频已锁定在样本采集时间可以反应得过来的频偏之内，如100Hz以内，则可以在一系列顺序的测量中观察到差拍现象和利用差拍参数跟踪。否则得需要利用在零平面交线附近作载波频-相搜索，在这个搜索计算中是不能同时得出好的相关积数据的。

作者：谭磊

应用工程师

MAXIM北京办事处

附注：

[a]：与调制产生的突然反相不一样，微小的频偏引起一个差拍调制。差拍振荡在不同时间引起的反相是可能被识别为载波反相的。在较高量化精度时可以观察到差拍反相是缓慢发生的、但是在较低量化精度也可能表现为突然的反相。

[b]：这个仿真的的条件被有意过度劣化了。实际上可以期望出现3-5dB的差异[8]。

[c]：利用一个5Mhz的晶振推算在20ms内出现超过一次反相的条件，即在10k完整周期波形出现半个周期波形错动的条件。可以计算出这个条件折合为50ps峰值的20hz抖动。

[d]：GPS的载波带宽由其位宽度决定，约为2.048M。输入滤波器的带宽和中心频率是由GPS信号自身确定的；确定分频比后，中频的中心频率也就确定了。二中频输出的低通滤波器只用于抗混叠滤波。

[e]：MAX2741利用一个4位DAC形成一个数字反馈放大器。但是其带宽受到MAX2741读写速度限制，无法协助抑制信号中的低频杂散。其实际用途只是保证量化器的中心位置。采用对任何有标志性的参量，如预处理[s]后采集的数据的和，的简单的滑动平均就可以满足反馈调节需要。

[f]：MAX2741的量化台阶的幅度是固定的，需要通过改变增益改变等效的量化台阶和范围。在调节增益设置时得不到确切的增益值或量化台阶幅度值，而需通过其输出信号的统计特征反映调节的效果。

[g]：如果只保留符号位时，数据的0值对应交替出现的0-1序列。同时使用符号位和幅度位时，值+0和-0实际上代表非零信号。这时如何填充0值与转换+0，-0到非零值的方案有关。简单的办法是把+0和-0转换成+1和-1，同时把幅度值向高幅度移动一个台阶。这时候数据零值对应0。这个方案相当于对近零小信号提升。

对于FFT的计算过程，由于GPS数据经预处理后有大量的零值串，要采用针对多零串的FFT算法。因此，采用FFT计算时可直接填零处理、拆分成不同的小片不会提供任何好处。

对于同时混合载波解调和相关检测的计算过程，如果考虑只采用那些可以由正交搜索过程得到合适数据的计算、放弃那些不合用的结果，计算的量与串长成线性关系；这是因为其中伪随机码的长度是确定的。 如果两个样品集碎片间的空缺有M位，并且填零、乘和加用同样的时间单位，作为一个连续样本集计算时与这M位有关的计算时间为3M个单位。分开作为两个集计算时额外的开销主要是为多增的集建立起始点偏移、指针组和循环控制。如果估计这些操作在数百个时间单位内，则判断是填零还是分开计算的空缺位数应该是不大于几十位。任何实际的系统中两次采集操作一定是超过100位的。同时，对于以较低倍频采样的系统，增益和零点恰当设置后很少出现几十位长零。因此对于这个计算过程可以只按碎片分别计算。