CN105277956A - 一种将gps卫星信号转换为基带信号的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种将GPS卫星信号转换为基带信号的方法，所述方法包括以下步骤：将GPS卫星信号进行放大处理；将处理后的GPS卫星信号进行三路复用实现对各频段的卫星信号剥离；将剥离后的卫星信号与低本振载波信号进行上变频处理；将变频后的卫星信号进行I/Q分离后与高本振载波信号合成产生近零中频信号；将该近零中频信号进行数模转换为零中频数字信号。本发明提供的一种将GPS卫星信号转换为基带信号的方法，降低了镜频干扰，降低了各卫星信号之间的串扰，为基带处理电路提供了足够的信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及GPS卫星信号处理领域，尤其涉及一种将GPS卫星信号转换为基带信号的方法。
背景技术
全球定位***(英语：GlobalPositioningSystem，简称GPS),又称全球卫星定位***，是一个中距离圆型轨道卫星导航***。它可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。可满足位于全球任何地方或近地空间的用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。
GPS卫星信号采用码分多址(CDMA)调制技术合成，其完整信号包括载波、伪随机码和数据码。信号载波处于L波段，三个载波的频率分别记着L1(1575.42MHz)、L2(1227.6MHz)和L5(1176.45MHz)。目前每颗卫星都在L1和L2两个频率以及部分卫星在L5频率上发射测距码和导航电文。这个导航电文包括了：卫星的轨道参数、时钟参数、轨道修正参数、大气对GPS信号折射的修正值等，导航电文供用户接收机确定卫星发射信号时的位置(卫星星座中绝对位置)和时间；测距码码元的跳动用来计算从卫星到接收机的时间即传输时延，然后再转换成距离，从而得到用户机到卫星的相对距离。绝对位置与相对位置相结合就得到了用户接收机的绝对位置。
目前实际应用的GPS接收机电路一般的工作方式是将GPS卫星信号从环境噪声中滤出，提供适当的增益，并转化为基带数字信号，以满足后续基带数字信号处理单元的需求。因此，通常的方法是使用混频器对GPS卫星信号进行下变频。这样可以大大降低对A/D转换电路和基带处理电路的技术指标需求指标需求难度，但是利用混频器将高频GPS卫星信号变换到较低中频频率的同时引入了镜频干扰。
发明内容
鉴于目前GPS卫星信号处理领域存在的上述不足，本发明提供一种将GPS卫星信号转换为基带信号的方法，能够降低镜频干扰，并降低了各卫星信号之间的串扰。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种将GPS卫星信号转换为基带信号的方法，所述将GPS卫星信号转换为基带信号的方法包括以下步骤：
将GPS卫星信号进行放大处理；
将处理后的GPS卫星信号进行三路复用实现对各频段的卫星信号剥离；
将剥离后的卫星信号与低本振载波信号进行上变频处理；
将变频后的卫星信号进行I/Q分离后与高本振载波信号合成产生近零中频信号；
将该近零中频信号进行数模转换为零中频数字信号，所述零中频数字信号即为基带信号。
依照本发明的一个方面，所述将GPS卫星信号进行放大处理的具体可为：采用低噪音放大器电路接收来自天线的GPS卫星信号，然后进行放大处理。
依照本发明的一个方面，所述将处理后的GPS卫星信号进行三路复用实现对各频段的卫星信号剥离包括：通过功率分配器电路将对GPS卫星信号分为GPSL1/L2/L5三个频段的卫星信号，实现三路复用。
依照本发明的一个方面，所述将处理后的GPS卫星信号进行三路复用实现对各频段的卫星信号剥离包括：针对不同频段的GPS卫星信号用特定中心频率的滤波器进行选通，实现对GPSL1/L2/L5三个频段的卫星信号剥离。
依照本发明的一个方面，所述将剥离后的卫星信号与低本振载波信号进行上变频处理包括：将GPS卫星信号与本振电路的产生的载波信号通过镜像抑制混频器进行上变频处理，产生一个新的频率，新产生的信号频率值等于卫星信号频率值加低本振载波信号。
依照本发明的一个方面，所述低本振载波信号由低本振电路产生，所述低本振电路的载波中心频范围是300MHz-400MHz。
依照本发明的一个方面，所述将GPS卫星信号转换为基带信号的方法还包括：通过AGC电路对近零中频信号进行放大处理。
依照本发明的一个方面，所述将变频后的卫星信号进行I/Q分离后与高本振载波信号合成产生近零中频信号包括：对本振电路产生的本振信号进行1/4相位调整，分出I/Q两路，然后分别用于实现卫星信号的I/Q分离。
依照本发明的一个方面，所述将变频后的卫星信号进行I/Q分离后与高本振载波信号合成产生近零中频信号包括：通过混频器将卫星信号和本振输出的载波信号合成产生靠近零中频的新信号，然后经过低通滤波器进行过滤，得到纯净的零中频信号。
依照本发明的一个方面，所述高本振载波信号由高本振电路产生，所述高本振电路载波频率范围是1545MHz-1615MHz。
本发明实施的优点：本发明所述的将GPS卫星信号转换为基带信号的方法通过将放大后的GPS卫星信号进行三路复用实现对各频段的卫星信号剥离，将剥离后的卫星信号与低本振载波信号进行上变频处理，随后将变频后的卫星信号进行I/Q分离后与高本振载波信号合成产生近零中频信号，再经数模转换成基带信号。对每个频段的GPS卫星信号均进行单独的信号处理，对每个频段的GPS卫星信号都进行上变频处理，降低了镜频干扰，实现GPS各个频点信号的载波频率统筹，对每个频点信号再进行独立的下变频、滤波、放大及A/D转换为基带信号，降低了各卫星信号之间的串扰，为基带处理电路提供足够的信噪比，既降低了对A/D转换电路和基带处理算法的技术指标需求又保证了信号质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的一种将GPS卫星信号转换为基带信号的方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种将GPS卫星信号转换为基带信号的方法，所述将GPS卫星信号转换为基带信号的方法包括以下步骤：
步骤S1：将GPS卫星信号进行放大处理；
所述步骤S1将GPS卫星信号进行放大处理的具体实施方式可为：接收来自天线的GPS卫星信号，然后采用低噪音放大器电路进行放大处理。
步骤S2：将处理后的GPS卫星信号进行三路复用实现对各频段的卫星信号剥离；
所述步骤S2将处理后的GPS卫星信号进行三路复用实现对各频段的卫星信号剥离的具体实施方式可为：通过功率分配器电路将对GPS卫星信号分为GPSL1/L2/L5三个频段的卫星信号，实现三路复用，也就是讲GPS卫星信号通过功率分配器电路分为GPSL1/L2/L5三个频段的卫星信号待用，然后针对不同频段的GPS卫星信号用特定中心频率的滤波器进行选通，实现对GPSL1/L2/L5三个频段的卫星信号剥离。
在实际应用中，所述GPSL1频段的卫星信号对应的特性中心频率的滤波器的中心频率为1575.42MHz；所述GPSL2频段的卫星信号对应的特性中心频率的滤波器的中心频率为1227.6MHz；所述GPSL5频段的卫星信号对应的特性中心频率的滤波器的中心频率为1176.45MHz。
步骤S3：将剥离后的卫星信号与低本振载波信号进行上变频处理；
所述步骤S3将剥离后的卫星信号与低本振载波信号进行上变频处理的具体实施方式可为：通过低本振电路产生一个本振载波信号，然后通过混频器将GPS卫星信号与该本振电路的产生的载波信号通过镜像抑制混频器进行上变频处理，产生一个新的频率，新产生的信号频率值等于卫星信号频率值加低本振载波信号频率值。本振电路是由起振电路、本振芯片、环路滤波器和控制逻辑组成。起振电路元器件型号是根据本振芯片输出频率范围选择；本振芯片根据控制逻辑单元的指令，依靠起振电路、和环路滤波器实现需要的载波频率信号输出；环路滤波器电路决定了本地载波信号的相位噪声的优劣特性；控制逻辑对本振电路下达指令，并检测本振电路的输出状态。
在实际应用中，所述低本振载波信号由低本振电路产生，所述低本振电路的本振输出的载波中心频范围是300MHz-400MHz。
步骤S4：将变频后的卫星信号进行I/Q分离后与高本振载波信号合成产生近零中频信号；
所述步骤S4将变频后的卫星信号进行I/Q分离后与高本振载波信号合成产生近零中频信号的具体实施方式可为：通过高本振产生电路产生一个高本振信号，对该本振信号进行1/4相位调整，分出I/Q两路，然后分别用于实现卫星信号的I/Q分离。然后通过混频器将卫星信号和本振输出的载波信号(I/Q)合成产生靠近零中频的新信号。
在实际应用中，所述高本振电路与低本振电路是同样的原理，只因输出载波频率不同，***的起振电路、环路滤波器电路有所不同，所述高本振电路输出的载波中心频范围是1545MHz-1615MHz。
步骤S5：将该近零中频信号进行数模转换为零中频数字信号，所述零中频数字信号即为基带信号；
所述步骤S5将该近零中频信号进行数模转换为零中频数字信号，所述零中频数字信号即为基带信号的具体实施方式可为：先将近零中频信号经过低通滤波器进行过滤，得到纯净的零中频信号后，再用高速ADC集成电路对输出的零中频信号进行模数转换，以获得零中频数字信号，所述零中频数字信号即为基带信号。
在实际应用中，所述步骤S5执行前还可通过AGC电路对近零中频信号进行放大处理，AGC的放大倍数根据后端基带算法得到的信号功率强度进行调整。
本发明实施的优点：本发明所述的将GPS卫星信号转换为基带信号的方法通过将放大后的GPS卫星信号进行三路复用实现对各频段的卫星信号剥离，将剥离后的卫星信号与低本振载波信号进行上变频处理，随后将变频后的卫星信号进行I/Q分离后与高本振载波信号合成产生近零中频信号，再经数模转换成基带信号。对每个频段的GPS卫星信号均进行单独的信号处理，对每个频段的GPS卫星信号都进行上变频处理，降低了镜频干扰，实现GPS各个频点信号的载波频率统筹，对每个频点信号再进行独立的下变频、滤波、放大及A/D转换为基带信号，降低了各卫星信号之间的串扰，为基带处理电路提供足够的信噪比，既降低了对A/D转换电路和基带处理算法的技术指标需求又保证了信号质量。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种将GPS卫星信号转换为基带信号的方法，其特征在于，所述将GPS卫星信号转换为基带信号的方法包括以下步骤：
将GPS卫星信号进行放大处理；
将处理后的GPS卫星信号进行三路复用实现对各频段的卫星信号剥离；
将剥离后的卫星信号与低本振载波信号进行上变频处理；
将变频后的卫星信号进行I/Q分离后与高本振载波信号合成产生近零中频信号；
将该近零中频信号进行数模转换为零中频数字信号，所述零中频数字信号即为基带信号。
2.根据权利要求1所述的将GPS卫星信号转换为基带信号的方法，其特征在于，所述将GPS卫星信号进行放大处理的具体可为：采用低噪音放大器电路接收来自天线的GPS卫星信号，然后进行放大处理。
3.根据权利要求1所述的将GPS卫星信号转换为基带信号的方法，其特征在于，所述将处理后的GPS卫星信号进行三路复用实现对各频段的卫星信号剥离包括：通过功率分配器电路将对GPS卫星信号分为GPSL1/L2/L5三个频段的卫星信号，实现三路复用。
4.根据权利要求3所述的将GPS卫星信号转换为基带信号的方法，其特征在于，所述将处理后的GPS卫星信号进行三路复用实现对各频段的卫星信号剥离包括：针对不同频段的GPS卫星信号用特定中心频率的滤波器进行选通，实现对GPSL1/L2/L5三个频段的卫星信号剥离。
5.根据权利要求1所述的将GPS卫星信号转换为基带信号的方法，其特征在于，所述将剥离后的卫星信号与低本振载波信号进行上变频处理包括：将GPS卫星信号与本振电路的产生的载波信号通过镜像抑制混频器进行上变频处理，产生一个新的频率，新产生的信号频率值等于卫星信号频率值加低本振载波信号。
6.根据权利要求5所述的将GPS卫星信号转换为基带信号的方法，其特征在于，所述低本振载波信号由低本振电路产生，所述低本振电路的载波中心频范围是300MHz-400MHz。
7.根据权利要求8所述的将GPS卫星信号转换为基带信号的方法，其特征在于，所述将GPS卫星信号转换为基带信号的方法还包括：通过AGC电路对近零中频信号进行放大处理。
8.根据权利要求1至7之一所述的将GPS卫星信号转换为基带信号的方法，其特征在于，所述将变频后的卫星信号进行I/Q分离后与高本振载波信号合成产生近零中频信号包括：对本振电路产生的本振信号进行1/4相位调整，分出I/Q两路，然后分别用于实现卫星信号的I/Q分离。
9.根据权利要求8所述的将GPS卫星信号转换为基带信号的方法，其特征在于，所述将变频后的卫星信号进行I/Q分离后与高本振载波信号合成产生近零中频信号包括：通过混频器将分离后的卫星信号和本振输出的载波信号合成产生靠近零中频的新信号，然后经过低通滤波器进行过滤，得到纯净的零中频信号。
10.根据权利要求9所述的将GPS卫星信号转换为基带信号的方法，其特征在于，所述高本振载波信号由高本振电路产生，所述高本振电路载波频率范围是1545MHz-1615MHz。
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