圖3所示。載體坐標(biāo)系載體坐標(biāo)系b加速度計(jì)組件根據(jù)姿態(tài)計(jì)算出Cb由位置、速度及速度更新方程及位置更新方程計(jì)算出新的位置速度由姿態(tài)更新方程計(jì)算新的姿態(tài)陀螺儀組件根據(jù)姿態(tài)計(jì)算出C計(jì)算出ω由位置信息計(jì)算Cen及地球自轉(zhuǎn)速度ω由位置速度信息計(jì)算ωffωωωω圖SEQ圖\*ARABIC3系統(tǒng)捷聯(lián)慣導(dǎo)解算原理框圖捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)慣導(dǎo)解算過程如下：1.根據(jù)初始姿態(tài)計(jì)算出Cb2.根據(jù)變換后的比力信息和初始的經(jīng)緯度、高度和速度值，結(jié)合速度更新方程及位置更新方程即可求出速度信息和位置信息。3.根據(jù)由初始位置速度信息計(jì)算ωenn，同時(shí)根據(jù)位置信息計(jì)算Cen及地球自轉(zhuǎn)速度ωiee計(jì)算ωien，結(jié)合第一步計(jì)算出的4.根據(jù)四元數(shù)的運(yùn)動學(xué)微分方程λ=重復(fù)以上幾步就可以對捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行解算。其中姿態(tài)計(jì)算采用四元素法進(jìn)行計(jì)算，微分方程求解利用畢卡逼近法。上面四步解算中使用到的姿態(tài)計(jì)算、速度更新、位置更新等幾部分如下所述：（1）姿態(tài)計(jì)算從導(dǎo)航坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到機(jī)體坐標(biāo)系，需要依次繞軸、軸、軸轉(zhuǎn)動角度（航向角）、（俯仰角）、（橫滾角）。利用歐拉角及其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理得表達(dá)式：(35)從旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到機(jī)體坐標(biāo)系，需要繞轉(zhuǎn)動角度，沒有轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)則α=0。利用歐拉角及其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理得表達(dá)式：確定姿態(tài)矩陣的四元數(shù)運(yùn)動學(xué)微分方程的矩陣形式為：(36)四元數(shù)和航向角、姿態(tài)角的關(guān)系如下：(37)從導(dǎo)航坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣還可以用四元數(shù)表示如下：(38)利用四階龍格庫塔法求解四元數(shù)方程，寫出其遞推格式如下：(39)其中，，姿態(tài)計(jì)算之后對四元數(shù)進(jìn)行歸一化以消除計(jì)算帶來的誤差，記：，則有：(40)由導(dǎo)航坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣如下：(41)將式(38)代入上式，則可求出系統(tǒng)的航向角及姿態(tài)角。（2）速度更新速度微分方程可表示為：(42)重力加速度按下列公式計(jì)算：(43)其中，。（3）位置更新將式（27）積分可得：(44)其中，分別為地球參考橢球WGS-84的子午圈曲率半徑、卯酉圈曲率半徑和橢圓度。捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)解算出位置速度后，再根據(jù)星歷等推算出偽距、偽距率，與北斗定位系統(tǒng)觀測得到的偽距、偽距率作差得到觀測量。通過模糊漸消記憶自適應(yīng)Kalman濾波方法對INS的誤差和北斗接收機(jī)的誤差進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，并根據(jù)估計(jì)出的INS誤差結(jié)果對INS進(jìn)行反饋校正,使INS保持高精度的導(dǎo)航。同時(shí)利用校正后的INS速度信息對北斗接收機(jī)的載波環(huán)、碼環(huán)進(jìn)行輔助跟蹤,消除載波跟蹤環(huán)和碼跟蹤環(huán)中載體的大部分動態(tài)因素,以降低載波跟蹤環(huán)和碼跟蹤環(huán)的階數(shù)，從而減小環(huán)路的等效帶寬,增加北斗接收機(jī)在高動態(tài)或強(qiáng)干擾環(huán)境下的跟蹤能力。小型化低功耗技術(shù)深組合導(dǎo)航系統(tǒng)與松組合相比，深組合將INS和北斗進(jìn)行一體化設(shè)計(jì),通過共用電源和時(shí)鐘等措施進(jìn)一步減小體積、降低成本和減小非同步誤差的影響。由于深組合技術(shù)降低了組合系統(tǒng)對慣性傳感器的性能要求，因此我們選擇體積小、功耗低、價(jià)格低廉但性能偏低的MEMSIMU與北斗接收機(jī)耦合構(gòu)成高性能深組合系統(tǒng)。在深組合系統(tǒng)中，研發(fā)使用低功耗、低成本、高性能的多系統(tǒng)射頻基帶一體化集成芯片，成為減小組合導(dǎo)航系統(tǒng)體積，降低功耗的關(guān)鍵技術(shù)之一。為了實(shí)現(xiàn)低功耗、低成本、高性能的多系統(tǒng)射頻基帶一體化集成芯片，我們充分利用第一代射頻芯片的流片經(jīng)驗(yàn)，并通過合理的電路設(shè)計(jì)、混合信號仿真、片上濾波電容、數(shù)字/射頻電路隔離、電源/地隔離保護(hù)、減小封裝寄生效應(yīng)（采用BGA/QFN等先進(jìn)封裝工藝或多焊盤、多管腳等技術(shù)）等途徑，來解決混合信號集成電路的噪聲耦合及串?dāng)_問題，保證射頻電路的性能。同時(shí)在產(chǎn)品正式流片之前，將通過MPW進(jìn)一步驗(yàn)證芯片在深亞微米工藝上的實(shí)現(xiàn)，及早發(fā)現(xiàn)潛在的問題。此外，將通過以下技術(shù)途徑，在芯片的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中采用相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，保證本項(xiàng)目芯片的性能、成本、和功耗可以達(dá)到最優(yōu)。多模射頻基帶一體化集成芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)多模導(dǎo)航型射頻芯片具有并行雙通道處理、多系統(tǒng)/多頻率兼容的特點(diǎn)，非常適合在BD2全球信號完成覆蓋之前的消費(fèi)類應(yīng)用領(lǐng)域，有利于BD2系統(tǒng)由區(qū)域信號向全球信號的平穩(wěn)過渡。支持多模的需要以及BD2區(qū)域信號與GPSL1信號之間的差異性，使得該芯片在成本上仍然難以達(dá)到現(xiàn)有市場上成熟的GPS單通道射頻芯片的水平。但由于BD2全球信號實(shí)現(xiàn)了B1C和GPSL1的全兼容互操作，這一問題將在本項(xiàng)目中得到徹底的解決。此外，針對主要應(yīng)用市場（如導(dǎo)航手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等），為了最大限度地降低芯片成本，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，提高市場占有率，本項(xiàng)目將盡可能簡化基帶部分的設(shè)計(jì)，去除不必要的邏輯和功能，僅保留進(jìn)行衛(wèi)星信號捕獲/跟蹤以及導(dǎo)航電文譯碼所必需的模塊，而位置、時(shí)間、速度解算(PVT)的功能可以留給系統(tǒng)中的應(yīng)用處理器芯片去完成。如下圖所示：應(yīng)用處理器芯片射頻基帶一體化芯片應(yīng)用處理器芯片射頻基帶一體化芯片CPU（CPU（PVT）射頻電路導(dǎo)航電文接口電路基帶電路導(dǎo)航電文接口電路基帶電路圖SEQ圖\*ARABIC4圖片名稱總之，本項(xiàng)目在架構(gòu)設(shè)計(jì)上擬采取如下技術(shù)途徑：利用BD2B1C（全球信號）與GPSL1的全兼容互操作性，在第一代多模導(dǎo)航型射頻芯片基礎(chǔ)上簡化設(shè)計(jì)，變成單通道架構(gòu)，但仍然保持（與基帶配合）實(shí)現(xiàn)雙系統(tǒng)聯(lián)合定位的功能。在第一代多模導(dǎo)航型基帶芯片的基礎(chǔ)上簡化設(shè)計(jì)，去除位置、時(shí)間、速度解算功能(PVT)，僅保留衛(wèi)星信號捕獲、跟蹤以及導(dǎo)航電文解算所必需的功能模塊。低噪聲、高集成度射頻電路設(shè)計(jì)技術(shù)為了與基帶處理器實(shí)現(xiàn)一體化集成，芯片中的射頻前端電路應(yīng)該采用深亞微米RFCMOS工藝。其挑戰(zhàn)在于RFCMOS是否能解決高噪聲、低絕緣度與Q值、以及成本等問題。同時(shí)，隨著RFCMOS工藝進(jìn)入到65nm以后的深亞微米時(shí)代，缺乏準(zhǔn)確的射頻晶體管和無源器件模型，以及襯底損耗等問題也變得更加嚴(yán)重，從而給射頻芯片設(shè)計(jì)帶來了更大的挑戰(zhàn)。從市場需求來看，多模導(dǎo)航型終端的性能和成本很大程度上取決于射頻芯片的性能和成本。考慮到成本的問題，射頻芯片必須具有很高的集成度，盡可能減小片外元件的數(shù)量。同時(shí)，導(dǎo)航型應(yīng)用又對射頻芯片的噪聲性能提出了極高的要求，需要通過數(shù)字技術(shù)來強(qiáng)化低中頻至基頻濾波器及數(shù)字頻道選擇濾波器的功能，并采取一系列低噪聲設(shè)計(jì)措施來降低RFCMOS噪聲過高的問題。低噪聲射頻電路設(shè)計(jì)由于導(dǎo)航射頻芯片對噪聲指標(biāo)要求極度苛刻，因此保證整個(gè)射頻前端的低噪聲性能是非常重要的，在我們的考慮中，可以通過兩方面的措施來降低整個(gè)射頻前端芯片的噪聲影響。一方面的措施是在系統(tǒng)層面上進(jìn)行合理規(guī)劃，在保證強(qiáng)干擾信號不會使射頻芯片中的模塊出現(xiàn)飽和的情況下將盡可能高的增益分配給前級模塊，從而壓縮后級模塊的噪聲貢獻(xiàn)。另一方面的措施是優(yōu)化各個(gè)電路模塊的噪聲，影響比較大的模塊包括位于前面的低噪聲放大器模塊和混頻器模塊以及頻率合成器模塊。低噪聲放大器可采用電感源簡并技術(shù)來實(shí)現(xiàn)輸入阻抗匹配的同時(shí)達(dá)到極優(yōu)的噪聲性能，通過將焊盤和ESD保護(hù)電路的寄生效應(yīng)納入考慮因素以及功耗受限情況下的噪聲優(yōu)化算法，可以達(dá)到1dB左右的噪聲系數(shù)?；祛l器可以采用Gilbert雙平衡混頻器結(jié)構(gòu)，并通過采用特殊的電路技術(shù)（如減小流過開關(guān)管的直流電流、開關(guān)管共源節(jié)點(diǎn)采用并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)減小寄生的影響以及跨導(dǎo)級優(yōu)化）來減小混頻器的噪聲影響。頻率合成器的相位噪聲性能以及雜散性能也會影響射頻前端芯片的噪聲性能，這些非理想因素會使得干擾信號通過混頻器提供的混頻操作轉(zhuǎn)移到有用信號頻帶內(nèi)，對有用信號造成干擾，等效于一種噪聲。為了減小這些影響，一方面需要通過合理的頻譜規(guī)劃避開可能存在的強(qiáng)干擾信號，另一方面需要設(shè)計(jì)具有低相位噪聲和低雜散性能的頻率合成器，這可以通過優(yōu)化的頻率合成器參數(shù)和優(yōu)化的子電路模塊來實(shí)現(xiàn)?？紤]到襯底噪聲耦合的影響，對這些射頻模塊都應(yīng)該采取合理的屏蔽措施，如增加雙阱保護(hù)環(huán)、多加襯底接觸孔等；同時(shí)為了減小輸入焊盤因襯底引入的電磁損耗，焊盤應(yīng)該采用接地的最底層金屬進(jìn)行屏蔽。對這些模塊的偏置電路和電源管理，也需要特殊考慮，避免其他各電路的噪聲通過電源線耦合的方式串?dāng)_到這些模塊中，對其噪聲性能產(chǎn)生影響。高集成度射頻電路設(shè)計(jì)對民用的導(dǎo)航設(shè)備來說，小型化是極其重要的一個(gè)考慮要素。為了減小片外元件的數(shù)量，需要射頻前端芯片具有很高的集成度，將盡可能多的功能集成在同一個(gè)芯片上。因此在選擇射頻前端的系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)，需要選擇具有很高集成度的零中頻或低中頻結(jié)構(gòu)，在射頻接收通路上避免插入片外模塊。這樣一方面避免了片外模塊的成本增加，另一方面也避免了射頻信號輸入/輸出所需要考慮的緩沖器及其所消耗的功耗，有利于降低射頻前端的功耗。為了消除LNA和混頻器之間的SAW濾波器，需要在片上實(shí)現(xiàn)陡峭的濾波特性，LNA輸出端可以采用LC并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)來做負(fù)載以提供濾波功能。為了增加該LC并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的頻率選擇性，可以采用負(fù)阻來補(bǔ)償該網(wǎng)絡(luò)的損耗，實(shí)現(xiàn)比較陡峭的濾波特性。導(dǎo)航系統(tǒng)的天線輸出的是單端信號，而為了抑制共模干擾，射頻芯片中的從混頻器開始的模塊需要采用差分處理。一種常用的方法是使用片外平衡轉(zhuǎn)換器（Balun）來實(shí)現(xiàn)單端信號到差分信號的轉(zhuǎn)換，這會增加成本。為了避免使用片外的平衡轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)單端信號到差分信號的轉(zhuǎn)換，可以采用特殊的電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)片上有源平衡轉(zhuǎn)換器，它能夠在提供放大功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)單端到差分信號的轉(zhuǎn)換。此外，還需要在片上集成各種類型的電源管理模塊和測試輔助電路，最大程度的降低產(chǎn)生成本。深亞微米芯片實(shí)現(xiàn)技術(shù)半導(dǎo)體工業(yè)進(jìn)入65nm之后面臨著新的挑戰(zhàn)。主要的挑戰(zhàn)包括可制造性（DFM），信號完整性，時(shí)序收斂等復(fù)雜問題，需要設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在各個(gè)方面有豐富的經(jīng)驗(yàn)積累和知識儲備。而所有的問題中以DFM和時(shí)序收斂的問題最為復(fù)雜。可制造性設(shè)計(jì)(DFM)65nm及以下節(jié)點(diǎn)的可制造性設(shè)計(jì)（DFM）問題正變得越來越關(guān)鍵，其原因在于隨著芯片關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺度的不斷縮微，相同的絕對物理變異可能導(dǎo)致相對較大的電氣變異。在65nm及以下節(jié)點(diǎn)，光刻效應(yīng)成為制造性變異的最大因素，因此必須在實(shí)現(xiàn)、分析、優(yōu)化和驗(yàn)證等過程中要能對全部系統(tǒng)和統(tǒng)計(jì)效應(yīng)建模。實(shí)現(xiàn)可接受性能和良率的途徑是使包括單元表征、IC實(shí)現(xiàn)、分析、優(yōu)化在內(nèi)的整個(gè)設(shè)計(jì)流程的各個(gè)環(huán)節(jié)都兼顧DFM要求。為了解決光刻所帶來的問題，業(yè)界提出并采用了分辨率增強(qiáng)技術(shù)(RET,ResolutionEnhancementTechnology)，大多數(shù)RET方法都對掩模的形狀和相位進(jìn)行一定程度的改動，從而達(dá)到提高圖形轉(zhuǎn)移質(zhì)量的目標(biāo)。從目前的研究和使用結(jié)果表明，改變掩模圖形(OPC)是分辨率增強(qiáng)技術(shù)中的掩模補(bǔ)償技術(shù)最基本的形式之一。OPC的基本做法是，根據(jù)光學(xué)設(shè)備的參數(shù)和實(shí)際光刻結(jié)果的數(shù)據(jù)，對掩模做出預(yù)測性的校正，從而減小由于光的衍射和光刻膠曝光顯影蝕刻后帶來的圖形非線性失真的程度。OPC過程中采用了光學(xué)逆設(shè)計(jì)的優(yōu)化思想，其校正策略大致可分成兩種:一種是基于模型的OPC(Model-based)，另一種是基于規(guī)則的OPC(Rule-based)。基于模型的OPC是依據(jù)模擬得到空間光強(qiáng)分布或光刻膠的二維輪廓，利用迭代算法或類似的數(shù)學(xué)模型，反推出可補(bǔ)償鄰近效應(yīng)偏差的掩模結(jié)構(gòu)，并用修正后的掩模圖形來成像，評判校正效果。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是校正效果好，但運(yùn)算量大，每次計(jì)算所花時(shí)間相對要長些。而基于規(guī)則的OPC是根據(jù)曝光系統(tǒng)的參數(shù)和掩模圖形參數(shù)的規(guī)律，利用大量的光刻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來建立一套校正規(guī)則和校正圖形數(shù)據(jù)庫，然后據(jù)此規(guī)則對設(shè)計(jì)掩模圖形進(jìn)行優(yōu)化校正。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算速度快，而且依據(jù)確立的規(guī)則可對相同曝光顯影條件的任何形狀的掩模做預(yù)校正。但是為了獲得較好的校正規(guī)則，基于規(guī)則的OPC也必須進(jìn)行大量的列表、建庫工作等大量的前期工作。因此，無論是基于模型或是基于規(guī)則的OPC，都需要有快速、精確、有效的光刻模型和相應(yīng)的算法?？芍圃煨詥栴}的研究依賴于對光刻過程的精確而快速的模擬，因此光刻過程的建模是重點(diǎn)。本項(xiàng)目提出了一種適用于深亞微米級集成電路實(shí)際生產(chǎn)的光刻模型建模和優(yōu)化的基本框架，包括光學(xué)成像、光刻膠和蝕刻模型。本項(xiàng)目的光刻建模方法為所謂的“灰盒”方法，將模型框架分為三個(gè)主要的步驟，即曝光、顯影和蝕刻。在本模型三個(gè)主要組成部分之一的投射曝光模型的模擬中，以CSPLAT為主要引擎進(jìn)行部分相干光的光學(xué)成像運(yùn)算。在顯影部分則采用不同的光刻膠閉值模型和高斯(Gaussian)濾波模擬顯影和烘烤過程。在襯底蝕刻部分則主要采用基于多個(gè)密度的可變偏差模型。根據(jù)該模型框架，本項(xiàng)目提出了快速的光刻模擬算法——空間稀疏點(diǎn)和密集點(diǎn)快速成像的算法。以模型框架和模擬算法為基礎(chǔ)，提出了一類OPC算法和工具語言框架，以及可制造性圖形模式檢查的方法和應(yīng)用。時(shí)序收斂進(jìn)入65nm以后時(shí)序的收斂也變得困難和復(fù)雜，主要表現(xiàn)在單元延遲和線延遲受電壓，溫度和工藝變異的影響不再是線性的了。傳統(tǒng)的只要覆蓋高溫低壓和低溫高壓兩個(gè)極端的邊界條件，就能做到在整個(gè)工作范圍內(nèi)時(shí)序收斂。但今天對于65nm以下的設(shè)計(jì)不再適用。單元延時(shí)，線延時(shí)在不同的溫度和電壓下表現(xiàn)出不同的特別，類似于溫度反轉(zhuǎn)這樣的現(xiàn)象直接影響了電路的時(shí)延特性。因此往往要組合出12種以上的邊界條件來覆蓋整個(gè)工作范圍。更加復(fù)雜的，由于要考慮前文所說的DFM變異問題,必須采用統(tǒng)計(jì)靜態(tài)時(shí)序分析（SSTA）的方法來優(yōu)化時(shí)延?；旌闲盘柤杉夹g(shù)射頻基帶一體化芯片是一個(gè)包含數(shù)字和射頻電路在內(nèi)的混合信號系統(tǒng)，雖然其具有成本低、集成度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，但是數(shù)字電路工作時(shí)產(chǎn)生的開關(guān)噪聲會通過電源或襯底耦合等方式干擾到射頻電路，從而降低射頻電路的性能。隨著深亞微米工藝的發(fā)展，芯片的集成度進(jìn)一步提高，數(shù)字開關(guān)噪聲進(jìn)一步增大，噪聲耦合問題將更加嚴(yán)重。此外，如果設(shè)計(jì)上不注意的話，通過封裝管腳也會產(chǎn)生EMI而對射頻電路產(chǎn)生干擾。高可靠性靜電（ESD）保護(hù)技術(shù)ESD保護(hù)電路是所有集成電路芯片都必須具有的功能，但對于導(dǎo)航型射頻芯片來說，ESD保護(hù)電路所引入的寄生效應(yīng)（寄生電容和損耗）會極大程度地影響射頻芯片的性能，而且ESD保護(hù)級別越高，這種寄生效應(yīng)越大，對射頻芯片的影響也越大。探尋ESD防護(hù)能力強(qiáng)，同時(shí)寄生效應(yīng)又小的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)以及ESD與核心電路同步設(shè)計(jì)的射頻電路設(shè)計(jì)方法，是這類射頻芯片設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。本項(xiàng)目利用電源電路中的反饋補(bǔ)償電路結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)反饋信號的大小和相位，使得在ESD器件位置的原始信號和反饋信號相互抵消。利用這種補(bǔ)償技術(shù)，在導(dǎo)航型射頻芯片正常工作時(shí)，被保護(hù)端口的信號對于ESD結(jié)構(gòu)不可見或部分可見，起到了一種屏蔽的效果，因此使得大面積的ESD器件能夠應(yīng)用于更高的頻率范圍。反饋補(bǔ)償電路能夠在一定的頻率范圍內(nèi)對ESD結(jié)構(gòu)做到有效隔離，使電路的匹配效果得到改進(jìn)，通過調(diào)整反饋電路的參數(shù)可以使其能夠具有合適的中心頻率和帶寬，同時(shí)不會犧牲ESD防護(hù)的水平。這種方法使得原有的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)的適用頻率獲得了幾個(gè)GHz的提升。由于在現(xiàn)有的RFIC設(shè)計(jì)技術(shù)中，缺乏ESD器件的模型(包括大應(yīng)力模型和小信號模型)，而現(xiàn)有的等效方法，在RF分析中忽略了太多的寄生效應(yīng)，因此導(dǎo)致在增加ESD結(jié)構(gòu)后核心電路的性能嚴(yán)重惡化，尤其當(dāng)工作頻率很高(>5GHz)時(shí)，寄生參數(shù)的細(xì)微變化有可能帶來端口不匹配、噪聲變差或者增益降低。因此，本項(xiàng)目建立一種能夠準(zhǔn)確量化ESD結(jié)構(gòu)參數(shù)并將其引入RF仿真的方法，該方法結(jié)合器件級仿真、器件一電路混合模式仿真以及高頻仿真的特點(diǎn)，對帶有ESD保護(hù)的匹配網(wǎng)絡(luò)提取S參數(shù)并建立查表模型，以引入RF設(shè)計(jì)中。其中，ESD結(jié)構(gòu)的所有寄生效應(yīng)在進(jìn)行小信號分析時(shí)將全部被考慮進(jìn)來，具有無損性，因此能過做到準(zhǔn)確的仿真，使RFIC的性能得到最優(yōu)化。對于低頻或直流的輸入輸出接口來說，ESD的寄生效應(yīng)對電路性能的影響很小，但對于射頻輸入輸出接口來說，由于信號頻率很高，ESD的寄生效應(yīng)對電路性能有至關(guān)重要的影響。為了降低ESD寄生效應(yīng)的影響，在ESD防護(hù)電路的設(shè)計(jì)上，射頻輸入輸出接口可以使用寄生效應(yīng)小的ESD防護(hù)電路，并相應(yīng)降低其對ESD防護(hù)級別的要求；而低頻或直流輸入輸出接口可以使用具有很高防護(hù)級別的高復(fù)雜度ESD防護(hù)電路，以提高芯片的可靠性。射頻芯片的數(shù)字輔助片上自動校準(zhǔn)技術(shù)射頻芯片的性能會受到工藝偏差、電源電壓變化和溫度變化的影響。為了克服這種變化的影響，考慮到深亞微米工藝的一個(gè)極大優(yōu)勢是它可以支持實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的數(shù)字信號處理功能，可以借助于深亞微米工藝提供的強(qiáng)大信號處理能力，采用數(shù)字輔助電路來對射頻電路的某些非理想特性進(jìn)行在片校準(zhǔn)，提高射頻電路的整體性能。這種數(shù)字電路輔助校準(zhǔn)技術(shù)一般由三部分組成：性能可調(diào)的射頻電路模塊、射頻性能在片檢測模塊和反饋控制方法。目前借助于數(shù)字電路來自適應(yīng)的校準(zhǔn)射頻接收機(jī)中I、Q兩個(gè)支路的匹配程度的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中也將采用這種技術(shù)對I、Q支路的匹配性進(jìn)行校準(zhǔn)，從而提高接收機(jī)的鏡像抑制性能。同時(shí)，還可以采用數(shù)字電路輔助校準(zhǔn)技術(shù)來校準(zhǔn)射頻電路中其他的性能參數(shù)，包括噪聲性能的在片自適應(yīng)優(yōu)化、中頻頻率校準(zhǔn)等功能，保證本項(xiàng)目的射頻基帶一體化芯片能夠達(dá)到最好的性能并維持射頻芯片對PVT變化的相對不靈敏性。低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)針對低功耗的要求，本項(xiàng)目擬使用DVFS技術(shù)、門控時(shí)鐘技術(shù)，多閾值電壓技術(shù)和多電壓域技術(shù)，通過動態(tài)時(shí)鐘頻率和時(shí)鐘的開/關(guān)來降低動態(tài)功耗，通過選擇合適的電壓閾值標(biāo)準(zhǔn)庫單元在不影響芯片性能的前提下降低靜態(tài)功耗，以及通過劃分合理的電壓域和根據(jù)工作模式對電源電壓進(jìn)行動態(tài)調(diào)整/開關(guān)來達(dá)到高速度、高性能和低功耗的統(tǒng)一。此外，需要根據(jù)不同射頻電路模塊的特點(diǎn)，在滿足性能要求的前提下盡可能降低各個(gè)模塊的功耗。例如，射頻芯片中有源濾波器的功耗占整個(gè)芯片功耗的很大一部分，可以根據(jù)工作模式選擇有源濾波器的配置，使得有源濾波器的功耗也隨著工作模式的變化而動態(tài)調(diào)整，以降低射頻前端電路的功耗。采取多電源域、多電壓域技術(shù)，一方面是為了減小數(shù)字和射頻電路之間的電源耦合噪聲，更重要的是為了降低芯片的整體功耗。例如，可以在不需要某個(gè)電路模塊工作的時(shí)候，將其電源關(guān)斷，這樣可以最大限度地減少漏電流功耗，這對于深亞微米工藝而言尤為重要。但是在實(shí)現(xiàn)上，各電源/壓域之間的信號隔離、信號電平的轉(zhuǎn)換以及上下電次序等，都是必須要加以關(guān)注的問題。除此之外，射頻基帶一體化芯片還可采用低工作電壓（或可變工作電壓）、TricklePower模式、睡眠模式、門控時(shí)鐘、多閾值電壓等低功耗技術(shù)，以保證芯片的市場競爭力。高靈敏度、高精度技術(shù)雙跟蹤閉環(huán)北斗修正方法深組合導(dǎo)航系統(tǒng)與松組合相比，深組合由于不需要得到北斗的獨(dú)立導(dǎo)航解，并可對北斗接收機(jī)的測距誤差進(jìn)行建模，因此，深組合具有更高的組合精度，且在可見星小于4顆星時(shí)也可以利用，提高了北斗信號的抗干擾能力。同時(shí)可利用校正后的INS速度還可對北斗接收機(jī)的載波環(huán)，碼環(huán)，頻率環(huán)進(jìn)行輔助跟蹤，進(jìn)一步提高了北斗信號的抗干擾能力和精度。SINS對北斗接收機(jī)的修正通過輔助北斗跟蹤環(huán)的信號跟蹤過程來實(shí)現(xiàn)，利用跟蹤環(huán)的精確輸出來修正SINS。整個(gè)深組合系統(tǒng)的修正都是緊緊圍繞北斗定位系統(tǒng)跟蹤環(huán)進(jìn)行的，北斗定位系統(tǒng)跟蹤環(huán)的設(shè)計(jì)直接決定了深組合導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，北斗定位系統(tǒng)跟蹤環(huán)的設(shè)計(jì)是深組合系統(tǒng)的關(guān)鍵問題之一。跟蹤環(huán)可分為標(biāo)量跟蹤環(huán)方法和矢量跟蹤環(huán)方法，標(biāo)量方法各跟蹤環(huán)的跟蹤過程獨(dú)立，通道內(nèi)碼和載波跟蹤過程相互獨(dú)立，各通道有獨(dú)立的載波環(huán)濾波器和碼跟蹤環(huán)濾波器。標(biāo)量修正方法中，以通道自跟蹤修正為主，組合導(dǎo)航濾波器提供的載波多普勒頻移輔助北斗通道內(nèi)載波頻率的跟蹤，各通道之間的信號跟蹤過程相互影響較小。組合導(dǎo)航濾波器僅包含偽距和偽距的偏差信息，修正的信息量少，對系統(tǒng)的要求低，易于實(shí)現(xiàn)。但通道穩(wěn)定跟蹤后由碼對通道內(nèi)碼跟蹤過程沒有修正，導(dǎo)致組合導(dǎo)航濾波器觀測的偽距信息精度下降，影響了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的性能；對載波相位跟蹤過程的修正不足，影響了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用范圍；通道間的信號跟蹤過程缺少相互輔助，這些問題都極大的影響了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的性能。矢量方法改變北斗接收機(jī)原有跟蹤環(huán)的結(jié)構(gòu)，跟蹤環(huán)的濾波器被合并為一個(gè)，所有信號被一同跟蹤，由組合導(dǎo)航卡爾曼濾波器對跟蹤誤差進(jìn)行估計(jì)和修正，沒有外部信息輔助的北斗接收機(jī)跟蹤環(huán)是一個(gè)開環(huán)結(jié)構(gòu)。所有通道的跟蹤環(huán)通過組合濾波器被聯(lián)系在一起，信號跟蹤過程相互輔助，有效地提高了北斗信號跟蹤的抗干擾能力。組合導(dǎo)航濾波器由SINS輸出的導(dǎo)航信息計(jì)算得到偽距和偽距率的估計(jì)值，與測量到的北斗偽距和偽距率相比較得到偽距偏差和偽距率偏差，利用Kalman濾波方法，由北斗定位系統(tǒng)和SINS的誤差模型分別對北斗的碼跟蹤誤差、載波頻率跟蹤誤差、載波相位跟蹤誤差和SINS的導(dǎo)航誤差進(jìn)行估計(jì)、修正。矢量方法增強(qiáng)了通道間信號跟蹤過程的相互輔助，但由于作用的相互性，導(dǎo)致當(dāng)不穩(wěn)定通道數(shù)量較多時(shí)反而對整個(gè)北斗信號跟蹤過程產(chǎn)生“負(fù)”作用。所有的信息都被交給組合導(dǎo)航濾波器來處理，增加了組合導(dǎo)航濾波器的負(fù)擔(dān)，計(jì)算量增大，實(shí)時(shí)性降低，設(shè)計(jì)困難。由于北斗跟蹤環(huán)路采用了開環(huán)的形式，導(dǎo)致當(dāng)組合導(dǎo)航濾波器精度下降或不能正常工作時(shí)，整個(gè)組合導(dǎo)航系統(tǒng)將陷入癱瘓，系統(tǒng)可靠性低。本項(xiàng)目在研究了深組合導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)量和矢量修正方法的基礎(chǔ)上，提出了深組合導(dǎo)航系統(tǒng)雙跟蹤閉環(huán)北斗定位系統(tǒng)修正方法。該方法應(yīng)用Kalman濾波對通道內(nèi)碼與載波的頻率跟蹤誤差同時(shí)進(jìn)行估計(jì)，碼與載波的跟蹤相互輔助。通道外SINS輸出的位置、速度信息為通道內(nèi)載波頻率的跟蹤提供多普勒頻移輔助，組合導(dǎo)航濾波器測量各通道載波相位誤差、載波頻率誤差和SINS誤差，對載波相位跟蹤誤差進(jìn)行修正。形成了兩個(gè)嵌套的濾波結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)為各通道獨(dú)立的碼和載波頻率跟蹤，全體通道的跟蹤環(huán)、SINS輔助跟蹤和組合Kalman濾波器組成外輔助環(huán)路。通道內(nèi)碼跟蹤對載波頻率跟蹤的輔助，增強(qiáng)了載波跟蹤的抗干擾能力；載波頻率跟蹤對碼跟蹤的輔助，增強(qiáng)了碼跟蹤的精度。各通道的頻率跟蹤輔助來源于SINS的導(dǎo)航信息，增強(qiáng)了通道間的正向修正，減弱了反向修正。組合導(dǎo)航濾波器對載波相位的修正提高了北斗跟蹤的精度，并進(jìn)一步增強(qiáng)了通道間的正向修正作用。雙跟蹤閉環(huán)修正方法提供了更加精確的載波相位跟蹤信息，增強(qiáng)了深組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和抗干擾能力，擴(kuò)大了系統(tǒng)應(yīng)用的范圍。雙跟蹤閉環(huán)修正方法，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。碼跟蹤帶寬大，更新頻率低，精度低，容錯(cuò)性好，載波跟蹤帶寬相對小，更新頻率高，精度高，容錯(cuò)性差，因此采用碼與載波相互輔助跟蹤的方法可以提高通道內(nèi)信號的跟蹤性能。很多應(yīng)用都對載波跟蹤相位的精度提出了高要求，如姿態(tài)測量，同時(shí)利用載波相位跟蹤信息作為導(dǎo)航解算的觀測量可以獲得更高的導(dǎo)航精度，因此本章設(shè)計(jì)的雙跟蹤閉環(huán)修正方法將提高對載波相位跟蹤的修正。為了減小組合導(dǎo)航濾波器的計(jì)算量，增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，將跟蹤精度較低的碼和載波跟蹤過程由通道內(nèi)的濾波器處理，通道內(nèi)碼相位跟蹤與載波頻率跟蹤一同進(jìn)行，相互輔助。通道外SINS輸出的位置、速度信息為載波頻率跟蹤提供多普勒修正信息，組合導(dǎo)航濾波器為通道內(nèi)載波相位跟蹤提供誤差修正。通道間信號跟蹤過程通過組合導(dǎo)航濾波器的載波相位誤差修正和SINS的多普勒頻移修正而聯(lián)系在一起，增強(qiáng)了通道間信號跟蹤過程的正向作用。由于SINS相對北斗的獨(dú)立特性，使得通道間信號跟蹤過程的反向作用被減弱。積分及清零積分及清零積分及清零碼相關(guān)碼鑒別器鑒頻器低通濾波器低通濾波器載波頻率載波相位計(jì)算鑒相器低通濾波器IkQkIk+1Qk+1Ik+2Qk+2δρfθ碼環(huán)NCO星歷內(nèi)環(huán)Kalman濾波器SINS計(jì)算載波相位θINS、載波頻率f星歷IMUCOS映射SIN映射載波環(huán)NCO

fdeθδ+-?P組合導(dǎo)航Kalman濾波器

星歷

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-+fδ+北斗接收機(jī)圖SEQ圖\*ARABIC5雙跟蹤閉環(huán)修正方法結(jié)構(gòu)圖雙跟蹤閉環(huán)修正方法中，接收機(jī)接收到的同相信號Ik、反向信號Qk分別與本地復(fù)現(xiàn)載波信號相乘，經(jīng)過積分和清零后得到載波跟蹤誤差信號I1k、，Q1k(包含碼信號)，與本地復(fù)現(xiàn)碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算去除碼信號，由碼鑒別器、載波頻率鑒別器、載波相位鑒別器對載波跟蹤誤差信號檢測分別得到碼相位誤差δρ、載波頻率誤差fe和載波相位誤差θe。通道內(nèi)碼相位與載波頻率的修正采用一般Kalman濾波的方法，由測量得到的碼相位誤差δρ和載波頻率誤差fe分別估計(jì)得到碼相位誤差估計(jì)值τ和載波頻率誤差估計(jì)值fde，其中fde為除去由SINS輸出計(jì)算得到的多普勒頻移后的載波頻率誤差，載波頻率誤差fde與多普勒頻移的估計(jì)值fd共同驅(qū)動載波跟蹤環(huán)NCO調(diào)節(jié)本地復(fù)現(xiàn)載波信號，消除載波頻率誤差，由碼相位誤差的估計(jì)值τ驅(qū)動碼環(huán)NCO調(diào)節(jié)本地復(fù)現(xiàn)碼信號消除碼相位誤差。SINS輸出的位置、速度結(jié)合星歷信息計(jì)算得到載波相位的估計(jì)值θINS和載波頻率的估計(jì)值fINS，與北斗定位系統(tǒng)通道內(nèi)測量得到載波相位θBD作比較得到相位誤差δθ，與載波頻率fBD比較得到頻率誤差δf，將δθ、δf與北斗測量到的載波相位誤差θe和載波頻率誤差fe比較得到偏差信號δθe和δfe。組合導(dǎo)航濾波器通過對相位誤差偏差δθe和頻率誤差偏差δfe的測量，由載波相位誤差模型、接收機(jī)鐘差模型和SINS通過仿真可以證明雙跟蹤閉環(huán)修正方法有效了減小了通道間跟蹤過程的影響，通過外輔助環(huán)提供的輔助跟蹤信息，提高了信號跟蹤的抗干擾能力，增強(qiáng)了在弱信號環(huán)境下的跟蹤性能。跟蹤環(huán)的輔助信息直接來自于SINS，增強(qiáng)了跟蹤輔助的可靠性，SINS的高頻導(dǎo)航信息輸出為跟蹤過程提供了更加快速的頻率跟蹤輔助修正。北斗載波頻率跟蹤與載波相位跟蹤的分離減小了組合導(dǎo)航濾波器的計(jì)算量，改進(jìn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，組合導(dǎo)航濾波器提供的高精度載波相位修正，提高了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。高靈敏度捕獲/跟蹤技術(shù)隨著人們活動范圍的日益擴(kuò)大和周邊環(huán)境的日益復(fù)雜，低信噪比環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)已成為制約GNSS性能的焦點(diǎn)。在室內(nèi)環(huán)境中衛(wèi)星信號會收到很大的屏蔽，尤其是在室內(nèi)遠(yuǎn)離窗口的區(qū)域，基本上主要的信號是反射和繞射的信號。在市中心和商業(yè)樓集中區(qū)域，街道兩旁的高樓對天空可見區(qū)域形成嚴(yán)重的遮擋，甚至成為城市峽谷，僅有很窄的天空區(qū)域可以接收到衛(wèi)星信號。并且在這種區(qū)域，由于玻璃幕墻的存在，多徑效應(yīng)變得很嚴(yán)重，甚至多徑信號成為衛(wèi)星信號能量的主要來源。在這樣的背景下，針對消費(fèi)類市場的衛(wèi)星導(dǎo)航定位對接收機(jī)的靈敏度提出了更高的要求。相應(yīng)的，為解決以上問題，就需要對低信噪比環(huán)境下微弱信號捕獲、微弱信號跟蹤、高靈敏度導(dǎo)航電文解調(diào)和復(fù)雜環(huán)境下位置解算等關(guān)鍵技術(shù)研究的突破性進(jìn)展并將研究成果應(yīng)用于產(chǎn)品上。本項(xiàng)目擬研究分析現(xiàn)有高靈敏度北斗信號捕獲算法中存在的殘余多普勒頻率效應(yīng)及碼長多普勒效應(yīng)對捕獲性能的影響，提出了將DBZP、頻差估計(jì)、差分相干和FFT等四種技術(shù)有機(jī)結(jié)合的捕獲方法，并從檢測概率、虛警概率、漏檢概率及信噪比(Signal-to-NoiseRation,SNR)等參數(shù)對提出方法進(jìn)行了性能分析。對小參數(shù)條件下，輸入信號、噪聲和雙穩(wěn)系統(tǒng)三者協(xié)調(diào)作用所產(chǎn)生的隨機(jī)共振(StochasticResonance,SR)的現(xiàn)象進(jìn)行探討，并從時(shí)域及頻域結(jié)構(gòu)分析了SR產(chǎn)生的機(jī)制。研究了自適應(yīng)SR、二次采樣SR的基本理論及其在弱信號檢測中的應(yīng)用。提出基于SR的高靈敏度北斗信號捕獲方法，該方法與傳統(tǒng)捕獲方法不同，在北斗信號捕獲過程中，它不但能抑制噪聲，而且能將部分噪聲能量轉(zhuǎn)換成信號能量，極大地提高了北斗信號的捕獲靈敏度。采用基于陣列雙穩(wěn)SR的弱信號檢測技術(shù)，使用理論與數(shù)值仿真相結(jié)合的方法，通過穩(wěn)態(tài)自協(xié)方差函數(shù)，分析陣列雙穩(wěn)SR系統(tǒng)SNR增益，發(fā)現(xiàn)陣列雙穩(wěn)SR系統(tǒng)可利用噪聲在單個(gè)雙穩(wěn)SR系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)微弱信號的檢測能力。并進(jìn)一步分析陣列噪聲，外部噪聲及陣列單元數(shù)對檢測性能的影響。提出基于陣列雙穩(wěn)SR的高靈敏度北斗信號捕獲方法，該方法在單個(gè)雙穩(wěn)SR的基礎(chǔ)上，能進(jìn)一步提高北斗信號的捕獲能力。擬探討多徑信號特點(diǎn)及誤差模型，分析多徑效應(yīng)對接收機(jī)性能的影響。研究凸集投影的碼片內(nèi)多徑時(shí)延估計(jì)算法。提出一種基于約束增量維納濾波的多徑時(shí)延估計(jì)算法，該算法利用北斗信號C/A碼延時(shí)先驗(yàn)估計(jì)，對多徑?jīng)_激信道時(shí)延估計(jì)值和衰減系數(shù)估計(jì)值進(jìn)行區(qū)間約束和幅度約束，并將約束條件應(yīng)用到增量維納濾波的迭代