ПРИЕМНИК СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ С БЛОКОМ БЫСТРОГО И ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ПОИСКА

1. Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска, содержащий радиочастотный блок, блок поиска навигационных сигналов, блок захвата и сопровождения навигационных сигналов и приема данных, блок решения навигационной задачи, при этом выход радиочастотного блока соединен с входом блока поиска навигационных сигналов и с входом блока захвата и сопровождения навигационных сигналов и приема данных, выход блока поиска навигационных сигналов соединен с входом блока захвата и сопровождения навигационных сигналов и приема данных, а выход блока захвата и сопровождения навигационных сигналов и приема данных соединен с входом блока решения навигационной задачи, при этом
блок поиска навигационных сигналов содержит память для входных отсчетов, соединенной с блоком быстрого преобразования Фурье (БПФ) с восстановлением порядка отсчетов на выходе, выход которого соединен с первым входом поэлементного умножителя, генератор копии псевдослучайной последовательности выбранного спутника, блок БПФ копии псевдослучайной последовательности выбранного спутника с восстановлением порядка отсчетов на выходе, выход которого соединен с первым кольцевым сдвиговым регистром, имеющим в общем случае несколько альтернативных выходов, каждый из которых соединен со вторым входом поэлементного умножителя, а выход каждого поэлементного умножителя соединен с одним из блоков поиска при определенном доплеровском смещении, в котором сигнал с входа подвергается обратному БПФ (ОБПФ) результат которого поступает в когерентный накопитель, представляющий собой линию задержки, хранящую 20 последних результатов ОБПФ, после чего каждый набор из 20 сохраненных значений ОБПФ с одинаковыми индексами элементов ОБПФ поэлементно умножается на 20 наборов заранее посчитанных оцифрованных гармонических колебаний частотой в диапазоне от -250 Гц до 250 Гц, формируя, таким образом, 20 промежуточных наборов данных из 20 элементов в каждом, после чего все элементы каждого из наборов складываются и возводятся в квадрат, образуя, таким образом, 20 скалярных значений, поступающих затем на один из 20 наборов сумматоров (некогерентных накопителей, по 20 накопителей в каждом наборе), при этом число входов в каждом наборе сумматоров равно числу элементов ОБПФ, а индекс выбираемого набора каждый раз (каждую миллисекунду) инкрементируется по модулю 20, а выходы этих наборов являются выходами всего блока, отличающийся тем, что при приеме сигналов GPS блок поиска при определенном доплеровском смещении содержит набор из 16 умножителей, первый вход которых соединен с одним из 16 генераторов колебаний определенной частоты, второй вход соединен с выходом блока ОБПФ, а выходы соединены с одним из когерентных накопителей на 20 мс, при этом выходы каждого из когерентных накопителей соединены с входом переключателя, коммутирующего пять наборов выходов и каждый набор выходов соединен с одним из некогерентных накопителей, при этом
когерентный накопитель на 20 мс содержит первый сумматор, выход которого соединен с входом элемента задержки на 1 мс, выход которого соединен с входом ключа, замыкающегося раз в 4 мс, и с другим входом первого сумматора, на который в момент замыкания ключа подается 0, выход ключа соединен с цепочкой из пяти последовательно соединенных элементов задержки на 4 мс, при этом вход первого элемента задержки в наборе соединен с выходом ключа, а выход последнего элемента задержки в наборе соединен с входом вычитателя, второй вход вычитателя также соединен с выходом ключа, выход вычитателя соединен с входом второго сумматора, выход второго сумматора соединен с элементом задержки на 4 мс, выход которого соединен с другим входом второго сумматора и также является выходом когерентного накопителя, при этом некогерентный накопитель содержит квадратор, выход которого соединен с сумматором, выход сумматора соединен с элементом задержки на 20 мс, а выход элемента задержки соединен с вторым входом сумматора и является выходом некогерентного накопителя,
тем, что в блок поиска навигационных сигналов добавлены адаптивный режекторный фильтр, вход которого соединен с выходами памяти для результатов БПФ от входных отсчетов, а выходы соединены со вторыми входами всех поэлементных умножителей, второй кольцевой сдвиговый регистр, вход которого соединен с выходом генератора копии псевдослучайной последовательности выбранного спутника, а выходы соединены с блоком БПФ копии псевдослучайной последовательности выбранного спутника с восстановлением порядка отсчетов на выходе,
2. Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска по п.1, отличающийся тем, что в блоке поиска при определенном доплеровском смещении вместо ОБПФ с восстановлением порядка на выходе используется набор из блоков частичного ОБПФ с прореживанием по частоте без восстановления порядка отсчетов на выходе с суммарным числом элементов на выходах частичных ОБПФ, равным числу элементов на выходе полного ОБПФ.
3. Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска по п.2, отличающийся тем, что выход элемента задержки на 20 мс некогерентного накопителя, ранее подаваемый на сумматор, вместо этого подается на один из элементов входа одного из блоков восстановления индексов ОБПФ, именуемых далее первым блоком восстановления индексов ОБПФ (или блоком восстановления индексов ОБПФ из первого набора), при этом каждый блок восстановления индексов ОБПФ из первого набора имеет число элементов на входе, равное числу элементов на входе полного ОБПФ, а элементы на входе блока восстановления индексов ОБПФ из первого набора соединены с выходами некогерентных накопителей, для одного и того же положения переключателей на выходе когерентного накопителя и одного и того же значения частоты генераторов колебаний когерентного накопителя,
тем, что выход каждого ОБПФ из первого набора соединен с входом кольцевого сдвигового регистра (именуемого далее третьим кольцевым сдвиговым регистром), изменяющего индексы элементов входа на -1, 0 либо 1 в зависимости от внешней команды, а выход кольцевого сдвигового регистра соединен с входом блока восстановления индексов ОБПФ из второго набора, элементы выхода которого соединены со вторыми входами сумматоров некогерентного накопителя, при этом индексы элементов входа блока восстановления индексов ОБПФ из первого набора и индексы элементов выхода блока восстановления индексов ОБПФ из второго набора, взаимодействующие с одним и тем же некогерентным накопителем, совпадают.
4. Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска по п.3, отличающийся тем, что вместо блока частичного ОБПФ с прореживанием по частоте без восстановления порядка отсчетов на выходе применяется блок частичного ОБПФ с прореживанием по времени с восстановлением порядка на выходе, при этом блоки восстановления индексов из первого и второго набора не используются.
5. Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска по п.4, отличающийся тем, что в случае приема сигнала GPS используется частота дискретизации 2.048 МГц и 2048-точечный БПФ и ОБПФ, или частота дискретизации 4.096 МГц и 4096-точечный БПФ и ОБПФ и так далее,
тем, что случае приема сигнала ГЛОНАСС используются 1024-точечные БПФ и ОБПФ, либо 2048-точечные БПФ или ОБПФ и так далее,
тем, что в случае приема сигнала ГЛОНАСС количество умножителей блока поиска при определенном доплеровском смещении равно 8, количество генераторов колебаний определенной частоты равно 8, время когерентного накопления составляет 10 мс, время задержки каждого из пяти элементов задержки на выходе ключа в когерентном накопителе вместо 4 мс равно 2 мс, а время задержки элемента задержки некогерентного накопителя вместо 20 мс составляет 10 мс.
6. Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска по п.5, отличающийся тем, что размер памяти для результатов БПФ от выходных отсчетов, выход которой соединен с входом адаптивного режекторного фильтра, достаточен для сохранения не одного, а нескольких (в общем случае T) результатов БПФ, тем, что первый кольцевой сдвиговый регистр последовательно или последовательно-параллельно (при одновременном наличии нескольких альтернативных выходов) реализует на своем выходе (выходах) все необходимые варианты сдвига, при этом изменение значения сдвига первого кольцевого сдвигового регистра означает повторное чтение содержимого памяти результатов БПФ, при этом второй кольцевой сдвиговый регистр не меняет своего состояния, либо меняет свое состояние по некоторому закону, зависящему от вычитываемого из памяти БПФ порядкового номера выхода БПФ (1…T),
тем, что частичный ОБПФ в блоке поиска при определенном доплеровском смещении последовательно или последовательно-параллельно при наличии нескольких блоков поиска при определенном доплеровском смещении отображает на своем выходе все результаты полного ОБПФ для соответствующего значения сдвига первого кольцевого сдвигового регистра, при этом изменение отображаемой на выходе частичного ОБПФ части эквивалентного полного ОБПФ означает повторное чтение содержимого памяти результатов БПФ.
7. Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска по п.6, отличающийся тем, что входы и выходы сумматоров имеют разрядность 8 бит и сумматоры выполняют операции сложения с насыщением.
8. Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска по п.7, отличающийся тем, что он реализован в виде однопроцессорной вычислительной системы, содержащей процессор, быструю память и медленную память, при этом быстрая память может быть размещена на том же кристалле, что и процессор, при этом в процессе вычислений происходит обмен данными между быстрой и медленной памятью,
тем, что число выходов частичного ОБПФ выбирается таким образом, чтобы все последующие элементы задержки могли быть размещены внутри быстрой памяти, благодаря чему обмен между быстрой и медленной памятью в процессе обработки входных отсчетов при определенном доплеровском смещении становится минимальным.
9. Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска по п.7, отличающийся тем, что он реализован в виде многопроцессорной вычислительной системы, содержащей несколько процессоров, с каждым из которых связана быстрая память (возможно, размещенная на том же кристалле, что и процессор) и медленную память, общую для всех процессоров, при этом в процессе вычислений происходит обмен данными между быстрой и медленной памятью, а также различные части ОБПФ выполняются на разных процессорах, при этом число выходов частичного ОБПФ выбирается таким образом, чтобы все последующие элементы задержки могли быть размещены внутри быстрой памяти, благодаря чему обмен между быстрой и медленной памятью в процессе обработки входных отсчетов при определенном доплеровском смещении становится минимальным.
10. Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска по п.8, отличающийся тем, что все элементы задержки кроме последнего элемента задержки когерентного накопителя имеют разрядность 8 бит для действительных чисел и 8 бит для реальной и мнимой частей комплексных чисел, а 8-разрядные выходы некогерентных накопителей отображаются на 16-разрядные накопители в медленной памяти, причем перенос данных из 8-разрядных накопителей, расположенных в быстрой памяти в медленную память производится путем периодического добавления содержимого 8-разрядных накопителей к содержимому 16-разрядных накопителей в медленной памяти, после чего содержимое 8-разрядных накопителей в быстрой памяти обнуляется.
11. Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска по п.9, отличающийся тем, что все элементы задержки кроме последнего элемента задержки когерентного накопителя имеют разрядность 8 бит для действительных чисел и 8 бит для реальной и мнимой частей комплексных чисел, а 8-разрядные выходы некогерентных накопителей отображаются на 16-разрядные накопители в медленной памяти, причем перенос данных из 8-разрядных накопителей, расположенных в быстрой памяти в медленную память производится путем периодического добавления содержимого 8-разрядных накопителей к содержимому 16-разрядных накопителей в медленной памяти, после чего содержимое 8-разрядных накопителей в быстрой памяти обнуляется.
12. Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска по п.10, отличающийся тем, что однопроцессорная вычислительная система построена на основе процессора фирмы Intel, при этом быстрая память приемника соответствует кэш-памяти процессора, и в процессе вычислений происходит обмен данными между кэш-памятью процессора и медленной памятью.
13. Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска по п.11, отличающийся тем, что многопроцессорная вычислительная система построена на основе многоядерного процессора фирмы Intel, при этом быстрая память приемника соответствует кэш-памяти ядра, и в процессе вычислений происходит обмен данными между кэш-памятью ядра и медленной памятью.
14. Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что блок поиска навигационных сигналов осуществляет поиск сигналов в две последовательные фазы, причем фаза поиска 1 соответствует процедуре поиска по п.1 и результаты фазы поиска 1 передаются на фазу поиска 2, в ходе которой принимается окончательное решение о наличие сигнала спутника и окончательная оценка его параметров, которые затем передаются в блок захвата и сопровождения навигационных сигналов и приема данных.
15. Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что он выполнен в виде одно- или многопроцессорной вычислительной системы, реализованной в качестве встроенного процессорного ядра в микросхеме, при этом наиболее вычислительноемкие блоки приемника, такие как БПФ и ОБПФ, выполнены в виде встроенных аппаратных ускорителей, размещенных в той же микросхеме.