一種可用于衛(wèi)星導(dǎo)航的低功耗數(shù)字頻率合成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航的低功耗數(shù)字頻率合成方法，該方法產(chǎn)生1位量化精度正交本振信號(hào)，可以用于衛(wèi)星信號(hào)捕獲跟蹤電路中完成數(shù)字混頻，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。本方法的核心思想是通過對(duì)“0011”進(jìn)行循環(huán)移位，得到1位量化精度的本振信號(hào)(I路)，并對(duì)I路信號(hào)進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘的延時(shí)，得到Q路輸出；為了實(shí)現(xiàn)頻率控制，本方法通過在重復(fù)的“0011”序列中定期補(bǔ)一個(gè)“1”或“0”的方法實(shí)現(xiàn)頻率控制。
【專利說明】
一種可用于衛(wèi)星導(dǎo)航的低功耗數(shù)字頻率合成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種可用于衛(wèi)星導(dǎo)航的低功耗數(shù)字頻率合成方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字頻率合成器(以下簡(jiǎn)稱DDFS)是衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)芯片中的重要電路，可為衛(wèi)星信號(hào)捕獲跟蹤電路提供頻率可控的正交本地載波信號(hào)。
[0003]傳統(tǒng)DDFS把正弦波的采樣值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，并使存儲(chǔ)器的地址與正弦波的相位相對(duì)應(yīng)。相位累加器不斷累加頻率控制字產(chǎn)生正弦波相位，根據(jù)不同的相位，取出相應(yīng)的采樣值以實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率合成。
[0004]在頻率分辨率需求較高時(shí)，DDFS需要很大存儲(chǔ)空間來存儲(chǔ)正弦波的采樣值，因此會(huì)造成衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)芯片較大的功耗和面積。雖然有很多算法可以直接根據(jù)相位計(jì)算出正弦波的采樣值，以實(shí)現(xiàn)無存儲(chǔ)器的DDFS，從而降低功耗和成本，但是結(jié)合衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的具體應(yīng)用，無存儲(chǔ)器DDFS還可以在功耗和成本上繼續(xù)優(yōu)化。
[0005]衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)電路主要由射頻接收電路和數(shù)字基帶處理電路組成。衛(wèi)星導(dǎo)航射頻電路首先接收和放大射頻信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行混頻和濾波，得到中頻信號(hào)，然后把中頻信號(hào)數(shù)字化后傳送給數(shù)字基帶電路，由數(shù)字基帶電路對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行捕獲跟蹤和導(dǎo)航定位計(jì)笪并ο
[0006]市場(chǎng)上主流的衛(wèi)星導(dǎo)航芯片都把數(shù)字中頻信號(hào)設(shè)定為4.092MHz，量化精度為I位或1.5位，采樣頻率為16.368MHz。在捕獲跟蹤算法中需要進(jìn)行數(shù)字混頻，即用中頻信號(hào)與兩路相互正交的本振信號(hào)相乘。經(jīng)過對(duì)捕獲跟蹤算法的數(shù)學(xué)仿真及優(yōu)化表明，上述數(shù)字混頻可以采用I位量化精度的本振信號(hào)，這為低功耗衛(wèi)星接收芯片設(shè)計(jì)提供了進(jìn)一步優(yōu)化的空間。
[0007]當(dāng)采用上述16.368MHz系統(tǒng)時(shí)鐘頻率合成4.092MHz的數(shù)字本振信號(hào)時(shí)，由于系統(tǒng)時(shí)鐘頻率與合成信號(hào)的頻率比為4，所以I位量化精度的數(shù)字本振信號(hào)將蛻變成“0011”序列的重復(fù)；當(dāng)需要合成4.092MHz附近的頻率時(shí)(根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航原理，最大頻率變化范圍是正負(fù)ΙΟΚΗζ)，數(shù)字本振仍然主要是上述“0011”序列的重復(fù)，但是由于系統(tǒng)時(shí)鐘頻率與合成信號(hào)的頻率比不是嚴(yán)格的4，所以需要在一定的時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)某個(gè)“0011”補(bǔ)一個(gè)“I”(合成低于4.092MHz頻率時(shí))，或者截掉一個(gè)“I” (合成高于4.092MHz頻率時(shí))。
[0008]由于16.368MHz系統(tǒng)時(shí)鐘頻率與4.092MHz的頻率比是4，因此合成4.092MHz無需補(bǔ)/截“I”；當(dāng)合成頻率略低于4.092MHz時(shí)，合成信號(hào)的周期將略大于4個(gè)系統(tǒng)周期，經(jīng)過一段時(shí)間的積累，需要對(duì)“0011”進(jìn)行一次補(bǔ)“I”才能使本振與合成信號(hào)重新同步。當(dāng)合成頻率略高于4.092MHz時(shí)，可進(jìn)行相應(yīng)的截掉一個(gè)“I”的操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提出一種可用于實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)捕獲跟蹤的I位量化精度的DDFS方法，以進(jìn)一步降低衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片的功耗和成本。該方法適用于系統(tǒng)時(shí)鐘頻率與合成信號(hào)頻率的比值為4左右的捕獲跟蹤電路。
[0010]本發(fā)明提出的用于衛(wèi)星導(dǎo)航的I位量化精度的低功耗數(shù)字頻率合成方法，包括以下各步驟:
[0011](I)對(duì)“0011”序列循環(huán)右移，用最低位作為正交本振I路輸出，并對(duì)循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)得到M，當(dāng)M大于N時(shí)進(jìn)入步驟(2);
[0012](2)當(dāng)合成頻率高于1/4系統(tǒng)時(shí)鐘頻率時(shí)，就對(duì)“001”進(jìn)行右移3次，用最低位作為正交本振I路輸出，并把M復(fù)位成0，然后繼續(xù)步驟(I);當(dāng)合成頻率低于1/4系統(tǒng)時(shí)鐘頻率時(shí)，就對(duì)“00111”進(jìn)行右移5次，用最低位作為正交本振I路輸出，并把M復(fù)位成0，然后繼續(xù)步驟
(I);
[0013](3)對(duì)上述I路輸出進(jìn)行I個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘延時(shí)，得到正交本振Q路輸出。
[0014]上述方法中N為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率除以16倍Af。其中Af為合成本振的頻率與1/4系統(tǒng)時(shí)鐘頻率差值的絕對(duì)值。
[0015]本發(fā)明提出的用于衛(wèi)星導(dǎo)航的低功耗數(shù)字頻率合成方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用對(duì)“0011”序列定期補(bǔ)/截“I”的方法產(chǎn)生本振信號(hào)，不使用存儲(chǔ)器，所以沒有對(duì)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的讀取，可以減少芯片功耗和面積。由于衛(wèi)星導(dǎo)航過程中需要跟蹤10顆左右的衛(wèi)星信號(hào)，因此需要很多DDFS，降低DDFS的功耗和面積，本發(fā)明對(duì)設(shè)計(jì)低成本低功耗的接收機(jī)芯片具有重要實(shí)用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
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[0016]本發(fā)明提出的用于衛(wèi)星導(dǎo)航的低功耗數(shù)字頻率合成方法，可以產(chǎn)生數(shù)字本振信號(hào)，用于衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)捕獲跟蹤電路的數(shù)字混頻電路中。下面以系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為16.368MHz、數(shù)字中頻頻率為4.092MHz，本振信號(hào)以4.092MHz為中心，頻率差為Δ fHz ( Δ f/Js于正負(fù)數(shù)ΙΟΚΗζ)為例，介紹本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。由于數(shù)字電路設(shè)計(jì)可以采用Verilog語言進(jìn)行，所以下面的【具體實(shí)施方式】只需要給出電路的工作狀態(tài)描述及跳轉(zhuǎn)條件即可。
[0017]本電路的工作可以分成3個(gè)工作狀態(tài):
[0018]狀態(tài)1(循環(huán)移位狀態(tài)):進(jìn)行“0011”序列循環(huán)移位(右移)，并把最低位看作正交本振的I路輸出；每完成一次循環(huán)觀察M是否大于1023000，如果不是就對(duì)M加△ f，如果是就進(jìn)入補(bǔ)“I”狀態(tài)(當(dāng)合成頻率低于4.092MHz)或截“I”狀態(tài)(當(dāng)合成頻率高于4.092MHz)，并把M清O;
[0019]狀態(tài)2(補(bǔ)“I”狀態(tài)):進(jìn)行“00111”序列右移5次，并把最低位看作正交本振的I路輸出，然后返回到循環(huán)移位狀態(tài)(狀態(tài)I);
[0020]狀態(tài)3(截“I”狀態(tài)):進(jìn)行“001”序列右移3次，并把最低位看作正交本振的I路輸出，然后返回到循環(huán)移位狀態(tài)(狀態(tài)I)。
[0021]對(duì)I路信號(hào)進(jìn)行一種系統(tǒng)時(shí)鐘的延時(shí)，可以產(chǎn)生正交的Q路本振信號(hào)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航的低功耗數(shù)字頻率合成方法，其特征在于該方法包括以下各步驟: (1)對(duì)“0011”序列循環(huán)右移，用最低位作為正交本振I路輸出，并對(duì)循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)得到M，當(dāng)M大于N時(shí)進(jìn)入步驟(2); (2)當(dāng)合成頻率高于1/4系統(tǒng)時(shí)鐘頻率時(shí)，就對(duì)“001”進(jìn)行右移3次，用最低位作為正交本振I路輸出，并把M復(fù)位成0，然后繼續(xù)步驟(I);當(dāng)合成頻率低于1/4系統(tǒng)時(shí)鐘頻率時(shí)，就對(duì)“00111”進(jìn)行右移5次，用最低位作為正交本振I路輸出，并把M復(fù)位成0，然后繼續(xù)步驟(I); (3)對(duì)上述2個(gè)步驟產(chǎn)生的I路輸出進(jìn)行I個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘延時(shí)，得到正交本振Q路輸出。2.上述方法中N為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率除以16倍△f。其中△ f為合成本振的頻率與1/4系統(tǒng)時(shí)鐘頻率差值的絕對(duì)值。
【文檔編號(hào)】G01S19/29GK105974446SQ201610250448
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月16日
【發(fā)明人】李金城, 彭德真
【申請(qǐng)人】江蘇紫光匯和數(shù)字城市科技有限公司