卫星导航软件接收机多采样率信号处理技术

　　卫星导航软件接收机是当代卫星导航接收机领域发展的方向，其基本思想是：将A/D和D/A尽可能靠近RF端，在数字化的通用硬件平台上，用软件尽可能多地实现对卫星导航信号的处理。软件接收机具有灵活性、标准化、模块化的特点，为解决目前多种卫星导航系统(如GPS、GLON-ASS、BD-2、GALILEO)所存在的难兼容、难升级、开发周期长等难题提供了选择。为了提高软件接收机对不同卫星导航系统的适应性，通常采用过采样技术，即系统的采样频率通常远远大于系统带宽的两倍。同时，过采样技术可以提高ADC的分辨率，提高其检测卫星导航信号的能力。采用过采样技术无需高性能的ADC，就可以达到所需要的性能指标。但是，过采样会导致后端DSP所需要处理的计算量大大增加，这可能会影响软件接收机的实时性。本文提出了多采样率信号与信息处理系统，并且以GPS卫星导航系统为例进行了分析和仿真验证。平台验证证明，采用该方案既可以提高对卫星导航微弱信号的检测能力，又可以满足软件接收机的实时性要求。

　　1 多采样率信号处理原理

　　多采样率信号处理的实质是用数字信号处理的方法直接改变信号的速率，包括抽取和内插两种类型。使采样率降低的采样率转换称为抽取，使采样率升高的采样率转换称为内插。由于整数倍抽取或内插比较简单，实现较容易，在实际工程应用中，普遍采用整数倍抽取或内插，遇到非整数的情况，也是将其转换成整数倍内插和抽取的形式进行。因此，本文只对整数倍抽取和内插进行讨论。

　　1.1 整数倍抽取

　　当信号的数据量太大时，为了减少计算量以便于处理和计算，将采样数据每D个取一个，这里D成为抽取因子。若设原始信号为x(n1,T1)，经过D倍抽取后信号为y(n2,T2)，这里T1为原始信号的采样周期，对应的采样频率设为f0，T2为抽取后信号的采样周期,对应的采样频率

　　即抽取前后的采样频率都必须满足采样定理的要求，才能保证抽取后的信号频谱不发生混叠失真。为了避免抽取后的信号发生混叠失真，通常情况下，在抽取前，先对信号进行抗混叠处理，然后再行抽取，如图1所示。

　　1.2 整数倍内插

　　整数倍内插是在已知的相邻抽样点之间插入(I-1)个抽样值的点。在这里，I被称为内插因子。在实际工程应用中，通常采用如图2所示的内插方法。

　　2 软件接收机信号与信息处理流程

　　软件接收机信号与信息处理流程如图4所示，DSP从AD采样器中每1 ms读入一次采样数据流，首先将数据进行采样率的转换，使采样率降低，以降低后端捕获的计算量。信号捕获完成后，将所得的卫星星号、粗估多普勒频移和粗估码延迟送入跟踪迁入模块。从跟踪迁入模块开始，采用从AD读入的原始数据。跟踪迁入模块对多普勒频移和码延迟进行精确估计。