一种卫星导航基带信号跟踪算法的硬件加速装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种卫星导航基带信号跟踪算法的硬件加速装置和方法，包括数据传输模块、数据缓存模块、访问控制模块、运算累加模块和统计模块，运算累加模块包括多个运算累加单元。硬件加速方法的步骤如下：硬件加速装置在运算前写入DFT数据和上次运算的NCS数据；数据写入完成后开始DFT运算；硬件加速装置产生旋转因子，并行进行DFT运算，再通过对DFT运算结果的累加得到更新后的NCS数据；根据DFT运算结果和更新后的NCS数据得到统计结果，并将更新后的NCS数据传输到基带SoC系统中；硬件加速装置停止运算和统计并产生硬件中断，基带SoC系统响应硬件中断后进行后续算法处理。本方案能够提高GNSS信号载波跟踪频域鉴频计算速度，从而提高系统处理能力。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星导航基带信号跟踪算法的硬件加速装置和方法
本专利技术涉及卫星导航接收机数字信号处理芯片
，尤其涉及应用于卫星导航接收机频域载波进行频域鉴频的硬件加速装置和方法。
技术介绍
全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)接收机的主要任务是捕获和跟踪卫星信号，信号从射频信号变换到基带信号后，经过基带信号处理完成导航定位解算。GNSS信号的捕获从接收信号中搜索、捕获各颗可见的GPS卫星信号，并从中获得卫星信号的载波频率和C/A码相位粗略估计值。在GNSS信号的跟踪阶段，从捕获阶段获得的卫星信号载波频率和码相位粗略估计值出发，以初始估计的码相位为中心设置多个相关器，并将载波频率设置为初始估计的载波频率，通过跟踪环路逐步精细对两个信号参量的估计，同时输出对信号各种测量值，再顺便解调出信号中的导航电文比特。跟踪环路一般由相关器、鉴别器、环路滤波器组成。其中相关器往往通过硬件实现，将整数毫秒的积分累加值输出给环路鉴别器，而环路鉴别器与环路滤波器往往由软件实现。跟踪环路从功能上分为码跟踪与载波跟踪，分别完成测距码相位及载波频率的精确锁定。进行载波跟踪需利用频率鉴别器对频偏进行估计，一般有两种方法：利用反正切函数求相邻时间的相关器输出积分值的相位差除以时间间隔得到频率，另一种方法是利用快速傅里叶变换(FastFourierTransform，FFT)或离散傅里叶变换(DiscreteFourierTransform，DFT)对相关器连续时间点输出的积分值进行频域转换得到频谱然后鉴频，后一种方法因更大的频率鉴别范围获得了广泛的应用。进行频域鉴别时需要在规定的频率及相关器范围内找到频谱最大值，然后在最大值附近鉴频得到频偏估计的精细值；另外对环路状态进行监控也需要在某个事先确定的频率及相关器范围对频谱的最大值分布进行统计，即需要对多个不同频率及相关器范围进行最大值统计。由于GNSS信号上调制有导航电文，其相干积分时间往往有限，为提高信噪比，往往会进行非相干累加；此外，对环路的监控还需要计算频谱的均值。由于在DFT计算时会对频谱进行遍历，可以方便求取最大值和均值、计算非相干累加值。采用FFT相对于DFT可以节省计算量，节省的计算量随频点数增加而增加，但频点数不能随意选择，频率间隔由频点数决定，且为增加频域分辨率，FFT算法要求对输入时域数据补零，这又会增加计算量，当频点数较少时，计算量节省的优势不明显。采用DFT时，可以灵活选择频率间隔和频点数。考虑到GNSS信号跟踪典型场景，所需频点数并不大，此时采用DFT方案，可以避免了补零，实际应用时的计算量与FFT方案相当，且能灵活配置频率间隔和频点数。本专利技术即利用DFT对相关器输出的积分值进行频域分解。当前利用DFT进行频域鉴频及鉴频时，统计及搜索频谱最大值均由接收机软件或固件实现，DFT运算可采用软件计算或利用DSP器件实现。软件计算实现DFT运算存在速度低的缺陷；DSP器件实现DFT运算可以提高运算速度，但无法在大规模集成电路实现，不够灵活。业界亟需提高一种方案，以提高GNSS信号载波跟踪计算速度，从而提高系统处理能力。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种卫星导航基带信号跟踪算法的硬件加速装置和方法，能够提高GNSS信号载波跟踪计算速度，从而提高系统处理能力，本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种卫星导航基带信号跟踪算法的硬件加速装置，包括数据传输模块、数据缓存模块、访问控制模块、运算累加模块和统计模块，所述运算累加模块包括多个运算累加单元，所述数据缓存模块通过数据传输模块与基带SoC系统相连，所述运算累加模块与数据缓存模块相连，所述访问控制模块分别与基带SoC系统、数据传输模块、数据缓存模块、运算累加模块和统计模块相连，通过所述数据传输模块将DFT数据和上次运算的NCS数据写入数据缓存模块中，数据写入完成后访问控制模块产生启动DFT运算指示信号，运算累加模块产生旋转因子并通过多个运算累加单元对DFT数据并行进行DFT运算，再通过对DFT运算结果的累加得到新的NCS数据并对上次运算的NCS数据进行更新，统计模块根据DFT运算结果和更新后的NCS数据得到统计结果，数据传输模块再将更新后的NCS数据传输回基带SoC系统。进一步地，还包括数据仲裁模块，所述数据缓存模块通过数据仲裁模块与数据传输模块、访问控制模块、运算累加模块和统计模块相连，数据仲裁模块用于对运算和统计前后数据传输模块和数据缓存模块的接口进行仲裁选择。进一步地，还包括接口配置模块，所述访问控制模块通过接口配置模块与基带SoC系统相连。进一步地，所述数据传输模块通过AHB主设备接口与基带SoC系统相连。进一步地，所述数据缓存模块包括DFT数据单元和NCS数据单元，DFT数据单元用于寄存所述DFT运算结果，NCS数据单元用于寄存所述NCS数据。一种卫星导航基带信号跟踪算法的硬件加速方法，包括以下步骤：1)DFT数据和上次运算的NCS数据预先存放在基带SoC系统中，硬件加速装置在运算前执行DFT数据和上次运算的NCS数据的写入；2)DFT数据和上次运算的NCS数据写入完成后，硬件加速装置根据启动DFT运算指示信号开始DFT运算；3)硬件加速装置读取DFT数据，并按软件配置的参数产生旋转因子，通过多个运算累加单元并行进行DFT运算，再通过对DFT运算结果的累加得到更新后的NCS数据；4)硬件加速装置统计DFT运算结果和更新后的NCS数据，根据DFT运算结果和更新后的NCS数据得到统计结果，并将更新后的NCS数据传输到基带SoC系统中；5)完成运算结果统计和NCS数据传输后，硬件加速装置停止运算和统计并产生硬件中断，基带SoC系统响应硬件中断后读取更新后的NCS数据并进行后续算法处理。进一步地，所述步骤1)中，硬件加速装置通过AHB主设备接口以DMA方式写入DFT数据和上次运算的NCS数据。进一步地，所述步骤3)中，软件配置的参数具体包括相关器个数、DFT运算频点数、DFT运算采样点数和是否累加。进一步地，所述步骤4)中，统计结果具体包括能量峰值、能量峰值位置和能量均值。进一步地，所述步骤4)中，得到统计结果后把统计结果存在硬件加速装置内。采用上述进一步方案的有益效果是：本专利技术提出一种在片上系统芯片实现的频域载波跟踪算法的硬件加速装置和方法，专门对GNSS信号进行频域内跟踪算法时频域鉴频的DFT运算，同时对DFT运算结果进行统计，如对指定的频率及相关器范围内搜索频谱最大值，并针对该硬件加速装置的电路及性能进行高度优化，提高GNSS信号载波跟踪计算速度，从而提高系统处理能力。附图说明图1为本专利技术硬件加速装置的示意图；图2为本专利技术硬件加速方法的流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。一种卫星导航基带信号跟踪算法的硬件加速装置和方法，应用于基带SoC系统，即基带信号片上系统芯片SystemonChip。基带SoC系统主要包括微控制器、基带处理模块以及系统RAM模块，集成了本硬件加速装置的基带SoC系统专门处理GNSS中频信号，硬件加速装置以AMBAAHB接口集成在基带So本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星导航基带信号跟踪算法的硬件加速装置，其特征在于：包括数据传输模块(1)、数据缓存模块(2)、访问控制模块(3)、运算累加模块(4)和统计模块(5)，所述运算累加模块(4)包括多个运算累加单元，所述数据缓存模块(2)通过数据传输模块(1)与基带SoC系统相连，所述运算累加模块(4)与数据缓存模块(2)相连，所述访问控制模块(3)分别与基带SoC系统、数据传输模块(1)、数据缓存模块(2)、运算累加模块(4)和统计模块(5)相连，通过所述数据传输模块(1)将DFT数据和上次运算的NCS数据写入数据缓存模块(2)中，数据写入完成后访问控制模块(3)产生启动DFT运算指示信号，运算累加模块(4)产生旋转因子并通过多个运算累加单元对DFT数据并行进行DFT运算，再通过对DFT运算结果的累加得到新的NCS数据并对上次运算的NCS数据进行更新，统计模块(5)根据DFT运算结果和更新后的NCS数据得到统计结果，数据传输模块(1)再将更新后的NCS数据传输回基带SoC系统。

【技术特征摘要】
1.一种卫星导航基带信号跟踪算法的硬件加速装置，其特征在于：包括数据传输模块(1)、数据缓存模块(2)、访问控制模块(3)、运算累加模块(4)和统计模块(5)，所述运算累加模块(4)包括多个运算累加单元，所述数据缓存模块(2)通过数据传输模块(1)与基带SoC系统相连，所述运算累加模块(4)与数据缓存模块(2)相连，所述访问控制模块(3)分别与基带SoC系统、数据传输模块(1)、数据缓存模块(2)、运算累加模块(4)和统计模块(5)相连，通过所述数据传输模块(1)将DFT数据和上次运算的NCS数据写入数据缓存模块(2)中，数据写入完成后访问控制模块(3)产生启动DFT运算指示信号，运算累加模块(4)产生旋转因子并通过多个运算累加单元对DFT数据并行进行DFT运算，再通过对DFT运算结果的累加得到新的NCS数据并对上次运算的NCS数据进行更新，统计模块(5)根据DFT运算结果和更新后的NCS数据得到统计结果，数据传输模块(1)再将更新后的NCS数据传输回基带SoC系统。2.根据权利要求1所述的一种卫星导航基带信号跟踪算法的硬件加速装置，其特征在于：还包括数据仲裁模块(6)，所述数据缓存模块(2)通过数据仲裁模块(6)与数据传输模块(1)、访问控制模块(3)、运算累加模块(4)和统计模块(5)相连，数据仲裁模块(6)用于对运算和统计前后数据传输模块(1)和数据缓存模块(2)的接口进行仲裁选择。3.根据权利要求1或2所述的一种卫星导航基带信号跟踪算法的硬件加速装置，其特征在于：还包括接口配置模块(7)，所述访问控制模块(3)通过接口配置模块(7)与基带SoC系统相连。4.根据权利要求1所述的一种卫星导航基带信号跟踪算法的硬件加速装置，其特征在于：所述数据传输模块(1)通过AHB主设备接口与基带SoC系统相连。5.根据权利要求1所述的一种卫星导航基带信号跟踪算...

【专利技术属性】
技术研发人员：马百良，肖永田，王志国，
申请(专利权)人：武汉梦芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42