专利名称：整周载波的gps p和/或y码信号的跟踪方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及导航领域，尤其涉及一种整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪方法 和装置。
背景技术：
GPS卫星同时发射Li、L2两路扩频信号，载波分别是1575. 42MHz、1227. 6MHz，Ll 信号将导航电文分别用C/A码和P码进行扩频，L2载波仅使用P码对导航电文进行扩频。 美国军方出于安全性考虑，制定了 AS (反电子欺骗)政策，即利用严格保密的W码和P码 模二加形成Y码再对导航电文进行扩频调制，这样就不允许普通用户直接使用双频工作方 式。而双频载波相位测量对于测绘应用是非常重要的；对于导航应用中电离层延迟的精确 补偿也需要双频伪距。Ashjaee等人提出自乘或平方的方法(见专利U. S. Pat. No. 4拟8106)，把L2信号 与自身平方，去除了 Y码调制，输出连续波，用于载波相位测量。这种方法的缺点是平方后 输出频率2倍于原始载波频率，波长减半，增加半周模糊度，给快速解模糊度带来困难；平 方还导致更多的噪声进入接收机，环路信噪比的下降。载噪比40dB/Hz转换到IOM带宽后 信噪比G0-70) = -30dB，平方后为-60dB，信噪比下降30dB(与伪码相关累加相比)。另一种为交叉相乘的方法。电离层的影响导致Ll和L2信号的延时不同，而在L2 上的延时要大于Li。L1、L2上调制Y码为同步的，将Ll信号经延时后乘到L2信号，以去除 L2上Y码调制。与方法一相比可得到L2上全波长信号的恢复，因为Ll路信号与L2相比 有3dB增益，所以两路相乘之后相对于L2自身平方，同样有3dB的增益。这种方法的缺点 是为了使Ll和L2上的P(Y)码对齐，L2延迟要可变；因为本方法依然是在扩频带宽下处 理的，信噪比较低。Keegan提出P码辅助L2平方的方法(见专利U. S. Pat. No. 4972431)，此方法不对 输入信号直接平方，而是C/A码引导P码跟踪后，剥离P码，然后减少带宽到W信号带宽。即 产生本地P码，去除L2信号Y码中的P码，保留未知W码。带宽从正负IOMHz减小到正负 500kHz。同样40dB/Hz的载噪比，转换到500kHz带宽后信噪比(40-57) =-17dB。这样在 L2信号平方时，相比之前的没有P码辅助，有13dB的增益。缺点是同样存在半波长模糊度 问题；与已知W码比特边沿，在比特期间积分相比，带通滤波器不是最优的。Lorenz等人提出P码辅助交叉相乘的方法(见专利U. S. Pat. No. 5134407)，结合 了 P码辅助L2平方和交叉相乘方法的优点，减小带宽，减少信噪比的损失。此种方法改善 了信噪比，实现全波长载波跟踪。然而，W比特相对于P码相位的定时关系必须依赖高增益 天线取得，在实际应用中不现实。Litton, Russell和Woo等人提出一种Z-跟踪方法(见专利U. S. Pat. No. 5576715)。考虑W码与P码之间的关系。未知W码极性对其进行估计。用本地产生P 码分别解调L1，L2两路信号，信号带宽从20MHz减小到1MHz。通过W码与P码之间的周期 关系，在W码码片区间内做累加处理。对一路信号的输出值做符号判断作为对W码的估计值。将估计值乘到另一路信号上以去除W码。相对于P码辅助平方，此方法信噪比高3dB。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种整周载波的GPS信号P和/或Y码信号的跟 踪方法和装置，可以在L2上得到载波全波长的恢复，进行GPS信号的P和/或Y码跟踪，具 有更高信噪比。为了解决上述问题，本发明提供了一种整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪方 法，包括A、通过Ll卫星信号的C/A码引导，产生本地P码；B、L1、L2卫星信号分别与所述本地P码相关，对相关结果做1个Wbit长度的一次 累加后，交叉互乘后，分别进行二次累加，得到Li、L2卫星信号的二次累加结果；C、根据所述Li、L2卫星信号的二次累加结果进行Ll和L2卫星信号的码环、载波 环的跟踪。进一步地，所述步骤C具体包括对二次累加的结果进行FFT、非相干累加、输出Li、L2卫星信号的码、载波相位鉴 别误差；分别将Li、L2卫星信号的I、Q路的码、载波相位鉴别误差加权相加后作为Li、L2 卫星信号整体的码、载波相位鉴别误差进行环路滤波，完成Ll和L2卫星信号的码环、载波 环跟踪。进一步地，所述步骤B中进行多路相关，各路采用不同的伪码延迟，得到不同的相关结果；将相关结果中相 关峰最大的一路作为L2卫星信号和本地P码相关后的相关结果。进一步地，所述步骤B中对一次累加得到的结果进行归一化处理得到W位估计值，用得到的W位估计值进 行交叉互乘。进一步地，所述步骤B中，产生W码时钟信号的步骤包括将当前速率值设为A或B ；对P码码片进行计数，达到当前速率值时在边沿时刻产生W码时钟信号；对W码时钟信号进行计数，当前速率值为A时，当W码时钟信号达到M个时将当前 速率值设为B ；当前速率值为B时，当W码时钟信号达到N个时将当前速率值设为B ；A、B、M、N均为正整数。进一步地，步骤B具体包括将Ll卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1 个Wbit长度的一次累加后得到第一 I路W位估计值和第一 Q路W位估计值，移位并二次累 加得到Ll卫星信号的I路、Q路二次累加结果；将L2卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1 个Wbit长度的一次累加后得到第二 I路W位估计值和第二 Q路W位估计值；将第一 I路W位估计值分别和第二 I路、Q路W位估计值相乘；将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果。
进一步地，步骤B具体包括将Ll卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1 个Wbit长度的一次累加后得到第一 I路W位估计值和第一 Q路W位估计值；将L2卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1 个Wbit长度的一次累加后得到第二 I路W位估计值和第二 Q路W位估计值，移位并二次累 加得到L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果；将第二 I路W位估计值分别和第一 I路、Q路W位估计值相乘；将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到Ll卫星信号的I路、Q路二次累加结果。进一步地，步骤B具体包括将Ll卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1 个Wbit长度的一次累加后得到第一 I路W位估计值和第一 Q路W位估计值；将L2卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1 个Wbit长度的一次累加后得到第二 I路W位估计值和第二 Q路W位估计值；将第一 I路W位估计值分别和第二 I路、Q路W位估计值相乘；将第二 I路W位估计值分别和第一 I路、Q路W位估计值相乘；将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到Ll卫星信号的I路、Q路二次累加结 果和L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果。 进一步地，所述步骤A具体包括Al、首先对Ll卫星信号的伪码相位和多普勒频率进行二维搜索，捕获到卫星信号 后闭合Ll的C/A码环和载波环路，实现伪码和载波相位的同步，锁定Ll的C/A码环和载波 环；A2、解调Ll卫星信号，解析导航电文，得到当前时刻的kount以及相关相位信 息；A3、根据所述相关相位信息产生本地P码；A4、由Ll卫星信号的码环、载波环状态初始化L2卫星信号的码环、载波环状态。本发明还提供了一种整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪装置，包括P码产生模块，用于通过Ll卫星信号的C/A码引导，产生本地P码；第一、第二相关器，分别用于将L1、L2卫星信号与所述本地P码的相关，得到第一、
第二相关结果；W码辅助模块，用于分别对所述第一、第二相关结果做1个Wbit长度的一次累加后 交叉互乘，再分别进行二次累加，得到Li、L2卫星信号的二次累加结果；环路跟踪模块，用于根据所述Li、L2卫星信号的二次累加结果进行Ll和L2卫星 信号的码环、载波环的跟踪。 进一步地，所述环路跟踪模块具体包括分别用于对Li、L2卫星信号的二次累加结果进行傅里叶变换的第一、第二 FFT单 元；分别用于对第一、第二 FFT单元输出的结果进行非相干累加的第一、第二累加单元；分别用于输出Li、L2卫星信号的码、载波相位鉴别误差的第一、第二鉴别器；分别用于将L1、L2卫星信号的I、Q路的码、载波相位鉴别误差加权相加，得到Li、 L2卫星信号整体的码、载波相位鉴别误差的第一、第二融合器；分别用于对Li、L2卫星信号的加权相加后的结果进行环路滤波，完成Ll和L2卫 星信号的码环和载波环跟踪的第一、第二环路滤波器。进一步地，所述第二相关器包括多个相关电路，分别用于按照不同的伪码延迟对L2卫星信号与所述本地P码进行 相关；选择单元，将输出最大相关峰的相关结果的相关电路作为当前的相关电路；将该 当前的相关电路输出的相关结果作为L2卫星信号和本地P码相关后的相关结果输出。进一步地，所述跟踪装置还包括第一、第二 C/A码产生模块，用于产生C/A码；所述第一 /第二相关器各包括第一、第二、第三、第四、第五、第六乘法器；载波数控振荡器，用于产生sin、cos信号，分别输入给第一、第二乘法器；码数控振荡器，用于输出控制信号给所述P码产生模块；第一、第二乘法器分别用于将输入的卫星信号和所述sirucos信号相乘，得到I、Q 路信号；第三、第四乘法器分别用于将所述I路、Q路信号和本地P码相乘，得到I、Q路相 关结果，输出给W码辅助模块；第五、第六乘法器分别用于将所述I路、Q路信号和C/A码相乘，结果输出给累加器。进一步地，P码产生模块具体包括C/A码跟踪和捕获单元，用于对Ll卫星信号的伪码相位和多普勒频率进行二维搜 索，捕获到Ll卫星信号后锁定C/A码环和载波环路；解调单元，用于解调Ll卫星信号，解析导航电文，得到当前时刻的koimt以及相 关相位信息；第一、第二 P码产生单元，分别用于产生Li、L2路的本地P码；初始化单元，用于根据所述相关相位信息初始化第一、第二P码产生单元；由Ll卫 星信号的码环、载波环状态初始化Li、L2卫星信号的码数控振荡器、载波数控振荡器。进一步地，所述W码辅助模块具体包括第一、第二二次累加单元；第一 W位估计单元，用于对所述第一相关器输出的I、Q路相关结果做1个Wbit长 度的一次累加，得到第一 I路W位估计值和第一 Q路W位估计值；第二 W位估计单元，用于对所述第二相关器输出的I、Q路相关结果做1个Wbit长 度的一次累加，得到第二 I路W位估计值和第二 Q路W位估计值；W码时钟生成器，用于输出W码时钟信号给所述第一、第二 W位估计单元；所述第一二次累加单元用于将所述第二 I路W位估计值分别和第一 I、Q路W位估 计值互乘后进行二次累加，得到Ll卫星信号的二次累加结果输入给所述环路跟踪模块；所述第二二次累加单元用于将所述第一 I路W位估计值分别和第二 I、Q路W位估计值互乘后进行二次累加，得到L2卫星信号的二次累加结果输入给所述环路跟踪模块。进一步地，所述第一 W位估计单元对所述第一 I路、Q路一次累加得到的结果进行 归一化处理得到第一 I路、Q路W位估计值；所述第二 W位估计单元对所述第二 I路、Q路 一次累加得到的结果进行归一化处理得到第二 I路、Q路W位估计值；进一步地，所述W码时钟生成器具体包括速率选择器，设置A或B为当前速率值；每次收到使能信号后，将速率值设置为当 前速率值以外的另一个值，所述速率值为A或B ；比如当前速率值为A时，收到使能信号后 将速率值改为B ；第一计数器，用于对P码时钟信号进行计数，也就是对P码码片进行计数；当计数 值达到所述速率选择器设置的速率值时输出W码时钟信号，并重新开始计数；第二计数器，用于对输出的W码时钟信号进行计数，当前速率值为A时，计数值到 达M时发送使能信号，当前速率值为B时，计数值到达N时发送使能信号；发送使能信号后 重新开始计数；当收到XlA历元复位信号后，第一、第二计数器重新开始计数；速率选择器设置当 前速率值为A或B。进一步地，所述第一、第二二次累加单元各具体包括I路、Q路乘法器，I路、Q路移位寄存器，及I路、Q路累加器；所述第一二次累加单元中所述I路/Q路乘法器用于将第一 I路/Q路W位估计值和第二 I路W位估计值相 乘；所述I路/Q路移位寄存器用于将I路/Q路相乘结果进行移位；所述I路/Q路累加器用于将I路/Q路移位后的数据累加，得到Ll卫星信号的I 路/Q路二次累加结果；所述第二二次累加单元中所述I路/Q路乘法器用于将第二 I路/Q路W位估计值和第一 I路W位估计值相 乘；所述I路/Q路移位寄存器用于将I路/Q路相乘结果进行移位；所述I路/Q路累加器用于将I路/Q路移位后的数据累加，得到L2卫星信号的I 路/Q路二次累加结果。本发明的各实施例具有以下优点(1)由于未采用L2卫星信号平方或自乘，因此可以在L2卫星信号上得到载波全波 长的恢复，不存在半波长模糊度；(2)可采用通用的电路结构，通过更改辅助值，比如寄存器设定，以支持P码、Y码 足艮S宗；(3)采用二次相干累加的方案，使环路具有更高信噪比；(4)采用Wbit估计值的软判决，可实现整数特性码的实数估计；(5)对1^1/12卫星信号上(/^码或1^2卫星信号上(码的跟踪结果与？(幻码的跟 踪结果融合，以实现联合跟踪，可提高测量精度；(6)采用多路相关的方案，能够在L2卫星信号上更迅速完成相关能量的搜索，消除Li，L2卫星信号由于电离层产生的不同延时的影响。 (7)采用单向辅助或双向对称的设计，L1，L2卫星信号可交叉辅助，也可Ll卫星信 号单辅助L2卫星信号，或者L2卫星信号单辅助Ll卫星信号，实现Y码辅助。
图1是实施例一中整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪方法具体例子的流程 图；图2是实施例二中整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪装置的结构框图；图3是实施例二中相关器的结构框图；图4是实施例二中整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪装置具体例子的结构 框图；图5是实施例二中W码时钟生成器的结构框图；图6是实施例二中W码辅助模块的二次累加单元的结构框图。
具体实施例方式下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。本发明中各实施例的设计思想如下同一颗卫星的Li，L2信号分别运行于不同的通道，经数字下变频后的基带信号在 两个通道里分别做P码的本地相关，相互做W位估计的辅助后分别相干累加，结果进入码环 载波环进行环路跟踪。对处理通道进行模块化设计，及各功能部分设计为独立模块，有输入输出接口。既可以实现单向辅助也可以实现双向辅助，实现Y码跟踪，S卩L1，L2可交叉辅助， 也可Ll单辅助L2或者L2单辅助Li。接收机在不做任何结构修改的情况下，可以支持P码、Y码跟踪。实施例一，一种整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪方法，包括A、通过Ll卫星信号的C/A码引导，产生本地P码；B、L1、L2卫星信号分别与所述本地P码相关，对相关结果做1个Wbit长度的一次 累加后，交叉互乘后，再分别进行二次累加，得到Li、L2卫星信号的二次累加结果；C、根据所述Li、L2卫星信号的二次累加结果进行Ll和L2卫星信号的码环、载波 环的跟踪，也就是进行码相位、载波相位的跟踪。实现L2卫星信号的跟踪就实现了 Y码或者说P码的跟踪。本实施例中，所述步骤B中，是对L1、L2卫星信号下变频后的I、Q两路信号分别与 本地的C/A码和P码进行相关运算；累加时分别采用不同的积分区间，其中P码的积分区间 为1个Wbit长度，S卩，做1个Wbit长度一次累加。本实施例中，步骤C可以具体包括对二次累加的结果进行FFT、非相干累加、输出L1、L2的码、载波相位鉴别误差，进 行环路滤波，完成Ll和L2卫星信号的码环、载波环的跟踪。对L1、L2卫星信号上C/A码或L2卫星信号上C码的跟踪结果与P (Y)码的跟踪结 果融合，进行联合跟踪。融合具体是指分别将Li、L2卫星信号的C/A码(I路)和P或Y
11码(Q路)信号的码、载波相位鉴别误差加权相加后作为Li、L2卫星信号整体的码、载波相 位鉴别误差进行环路滤波；所述加权系数可根据实验或仿真结果确定。根据这两个支路信 号噪声水平，确定加权系数，本实施例中，步骤C后还可以进一步包括进行伪距和载波相位测量。本实施例中，步骤C中利用L1/L2卫星信号对Ll和L2卫星信号的Y码相位进行 跟踪，同时对Ll和L2卫星信号的载波相位进行跟踪，最终实现Ll和L2的观测值的测量， 完成高精度测量功能。本实施例中，所述步骤A具体包括Al、完成Ll上C/A码的稳定跟踪。首先对Ll上C/A伪码相位和多普勒频率进行 二维搜索，捕获到卫星信号后闭合Ll的C/A码环和载波环，实现Ll上C/A伪码和载波相位 的同步，锁定Ll的C/A码环和载波环；实现稳定跟踪。A2、解调Ll卫星信号。跟踪上卫星信号后，就可以解析导航电文，导航电文中包含 Zcount及相关相位信息；解析后得到当前时刻的Zcoimt以及相关相位信息；A3、根据所述相关相位信息产生本地P码；A4、由Ll卫星信号的码环、载波环状态初始化L2卫星信号的码环、载波环状态；由 于Ll和L2跟踪的是同一颗卫星信号，Ll频率上的多普勒频率可以折算到(推算出)L2上 的多普勒频率，Ll上的伪码和L2上的伪码在时间上是对齐的，这样就可以对L2的载波环 和码环进行设定。本实施例中，所述步骤B中，L2卫星信号与所述本地P码相关的具体步骤包括进行多路相关，各路采用不同的伪码延迟，得到不同的相关结果；将相关结果中相 关峰最大的一路作为L2卫星信号和本地P码相关后的当前相关结果。这样的设计可以使 L2上的Y码支路更迅速地在搜索范围内找到即时码对应的相关器。此时可以闭合L2的跟踪环路，锁定L2的码和载波跟踪环路。跟踪环路锁定后L2 的Wbit估计为最优，L2的Wbit估计辅助Ll可以完成Ll上Q支路的跟踪，以达到I，Q联 ☆足艮S宗。本实施例中采用Wbit实数估计值。本实施例对一次累加结果进行归一化处理得 到的W位估计值，也就是对一次累加结果做实数估计，所谓实数估计是指不对计算的结果 做单一门限的O或1判决，而是将结果进行归一化处理后输出，直接参与后续处理，也就是 用得到的W位估计值进行交叉互乘。本实施例中，W码有2种可选速率A，B(A，B为P码码片数，或P码时钟信号数)；2 种码速率每次分别持续M，N个Wbit长度。本实施例的步骤B中产生W码时钟信号的具体方式是将当前速率值设为A或B ；对P码码片进行计数，达到当前速率值时在边沿时刻产生W码时钟信号；对W码时钟信号进行计数，当前速率值为A时，当W码时钟信号达到M个时将当前 速率值设为B ；当前速率值为B时，当W码时钟信号达到N个时将当前速率值设为B ；A、B、M、N均为正整数。可见，这样产生的W码的周期为P码周期的整数倍，且W码的边沿一定与P码边沿 对齐。
本实施例中，步骤B具体包括将Ll卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1 个Wbit长度的一次累加后得到第一 I路W位估计值和第一 Q路W位估计值；将L2卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1 个Wbit长度的一次累加后得到第二 I路W位估计值和第二 Q路W位估计值；将第一 I路W位估计值分别和第二 I路、Q路W位估计值相乘；将第二 I路W位估计值分别和第一 I路、Q路W位估计值相乘；将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到Ll卫星信号的I路、Q路二次累加结 果和L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果。这样的做法是Li，L2交叉辅助，实际应用时，也可Ll单辅助L2 仅将第一 I路W 位估计值分别和第二 I路、Q路W位估计值相乘，将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得 到L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果；将第一 I路、Q路W位估计值移位并二次累加得 到Ll卫星信号的I路、Q路二次累加结果。还可以L2单辅助Ll 仅将第二 I路W位估计值分别和第一 I路、Q路W位估计值 相乘，将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到Ll卫星信号的I路、Q路二次累加结果； 将第二 I路、Q路W位估计值移位并二次累加得到L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果。本实施例的一个具体的例子的流程如图1所示，包括101、对Ll的C/A码环和载波环进行跟踪，并解调导航信号；102、进行初始化，使产生的本地P码与Ll C/A码对准；产生本地P码；103、根据Ll码环、载波环初始化L2码环、载波环；104、Li、L2和本地P码进行相关；在L2的多路相关结果中找到相关峰最大的一 路；105、闭合L2码和载波的跟踪环路；106、判断L2载波跟踪环路是否锁定，如果是则进行步骤107 ；否则继续本步骤；107、Ll联合跟踪C/A码和P码；108、进行伪距和载波相位测量。实施例二，一种整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪装置，如图2所示，包括P码产生模块，用于通过Ll卫星信号的C/A码引导，产生本地P码；第一、第二相关器，分别用于将L1、L2卫星信号与所述本地P码的相关，得到第一、
第二相关结果；W码辅助模块，用于分别对所述第一、第二相关结果做1个Wbit长度的一次累加后 交叉互乘，再分别进行二次累加，得到Li、L2卫星信号的二次累加结果；环路跟踪模块，用于根据所述Li、L2卫星信号的二次累加结果进行Ll和L2卫星 信号的码环和载波环的跟踪。实现L2卫星信号的跟踪就是实现了 Y码或者说P码的跟踪。本实施例中，所述环路跟踪模块可以具体包括分别用于对Li、L2卫星信号的二次累加结果进行傅里叶变换的第一、第二 FFT单 元；分别用于对第一、第二 FFT单元输出的结果进行非相干累加的第一、第二累加单兀；分别用于输出Li、L2卫星信号的码、载波相位鉴别误差的第一、第二鉴别器；分别用于将L1、L2卫星信号的I、Q路的码、载波相位鉴别误差加权相加，得到Li、 L2卫星信号整体的码、载波相位鉴别误差的第一、第二融合器；分别用于对Li、L2卫星信号的加权相加后的结果进行环路滤波，完成Ll和L2卫 星信号的码环和载波环跟踪的第一、第二环路滤波器。本实施例中，所述跟踪装置还包括第一、第二 C/A码产生模块，用于产生C/A码；本实施例中，所述第一 /第二相关器如图3所示，可以各包括第一、第二、第三、第四、第五、第六乘法器；载波数控振荡器，用于产生sin、cos信号，分别输入给第一、第二乘法器；码数控振荡器，用于输出控制信号给所述第一、第二 C/A码产生模块和P码产生模 块；第一、第二乘法器分别用于将输入的卫星信号(对于第一相关器，是Ll卫星信号， 对于第二相关器，是L2卫星信号)和所述sin、cos信号相乘，得到I、Q路信号；第三、第四乘法器分别用于将所述I路、Q路信号和本地P码相乘，得到I、Q路相 关结果，输出给W码辅助模块进行一次累加，即输出给图3中的一次累加器；第五、第六乘法器分别用于将所述I路、Q路信号和C/A码相乘，结果输出给累加
ο本实施例中，所述W码辅助模块具体可以包括第一、第二二次累加单元；第一 W位估计单元，用于对所述第一相关器输出的I、Q路相关结果做1个Wbit长 度的一次累加，得到第一 I路W位估计值和第一 Q路W位估计值；第二 W位估计单元，用于对所述第二相关器输出的I、Q路相关结果做1个Wbit长 度的一次累加，得到第二 I路W位估计值和第二 Q路W位估计值；W码时钟生成器，用于输出W码时钟信号给所述第一、第二 W位估计单元；所述第一二次累加单元用于将所述第二 I路W位估计值分别和第一 I、Q路W位估 计值互乘后进行二次累加，得到Ll卫星信号的二次累加结果输入给所述环路跟踪模块；所述第二二次累加单元用于将所述第一 I路W位估计值分别和第二 I、Q路W位估 计值互乘后进行二次累加，得到L2卫星信号的二次累加结果输入给所述环路跟踪模块。本实施例中，所述第一 /第二 W位估计单元采用Wbit估计值的软判决，对所述第 一 /第二 I、Q路一次累加得到的结果进行归一化处理(做实数估计)得到第一 /第二 I、Q 路W位估计值，而不仅仅是单一门限，0，1的判决。本实施例的一个具体的例子的结构如图4所示，包括分别对Li、L2卫星信号进行 处理的两个通道，各通道结构类似，下面将描述对Ll卫星信号进行处理的通道，对L2卫星 信号进行处理的通道可以类推，不再赘述。同上述对相关器的描述，载波数控振荡器产生的sin、cos信号和卫星信号相乘得 到I、Q路信号；I、Q路信号分别和由码数控振荡器控制的本地P码、C/A码相乘；本图中， PN(I)即本地P码，PN(Q)即C/A码。与C/A码相乘的结果进累加器；与P码相乘的结果进W位估计单元，即图中的W码积分清零；得到的LlW位估计进本通道和对L2处理通道的二次累加单元，即图中的二级累 加器；二级累加器出来的结果进环路跟踪模块，即图中的Ll跟踪环路；其中，W码积分清零受LlW码时钟信号控制；LlW码时钟信号根据LlP码时钟信号 和LlXlA历元复位信号产生；码数控振荡器受LlP码时钟信号控制。本实施例中，所述P码产生模块具体可以包括C/A码捕获和跟踪单元，用于对Ll卫星信号的伪码相位和多普勒频率进行二维搜 索，捕获到Ll卫星信号后锁定C/A码和载波，实现伪码和载波相位的同步；解调单元，用于解调Ll卫星信号，解析导航电文，得到当前时刻的koimt以及相 关相位信息；第一、第二 P码产生单元，分别用于产生Li、L2路的本地P码；初始化单元，用于根据所述相关相位信息初始化第一、第二P码产生单元；由Ll卫 星信号的码环、载波环状态初始化Li、L2卫星信号的码数控振荡器、载波数控振荡器。本实施例中，所述第二相关器可以包括多个相关电路，分别用于按照不同的伪码延迟对L2卫星信号与所述本地P码进行 相关；选择单元，将输出最大相关峰的相关结果的相关电路作为当前的相关电路；将该 当前的相关电路输出的相关结果作为L2卫星信号和本地P码相关后的相关结果输出。本实施例中，所述W码辅助模块把Y码支路相关器的输出累加结果作为输入，每个 相关器的I、Q值分别与另外通道的Wbit辅助信号相乘，相乘结果移位后分别做二次累加。 累加区间受I支路的清零指示控制。剥离P码、W码及导航电文后，只包含载波相位差的信 号，因此可做长时间相干累加，显著提高环路信噪比。本实施例中，所述W码时钟生成器用于控制累加时P码的积分区间，如图5所示， 具体可以包括速率选择器，上电后先设置A或B为当前速率值；每次收到使能信号后，将速率值 设置为当前速率值以外的另一个值，所述速率值为A或B ；比如当前速率值为A时，收到使 能信号后将速率值改为B ；第一计数器，用于对P码时钟信号进行计数，也就是对P码码片进行计数；当计数 值达到所述速率选择器设置的速率值时输出W码时钟信号，并重新开始计数；第二计数器，用于对输出的W码时钟信号进行计数，当前速率值为A时，计数值到 达M时发送使能信号，当前速率值为B时，计数值到达N时发送使能信号；发送使能信号后 重新开始计数；当收到XlA历元复位信号后，第一、第二计数器重新开始计数；速率选择器设置当 前速率值为A或B。本实施例中，所述第一、第二二次累加单元如图6所示，可以各包括I路、Q路乘法器，I路、Q路移位寄存器，及I路、Q路累加器；所述第一二次累加单元中所述I路/Q路乘法器用于将第一 I路/Q路W位估计值和第二 I路W位估计值相 乘；实际应用中，也可以和1相乘，此时L2不辅助Ll ；可以但不限于用一寄存器存放第二 I路W位估计值或1 ；所述I路/Q路移位寄存器用于将I路/Q路相乘结果进行移位；所述I路/Q路累加器用于将I路/Q路移位后的数据累加，得到Ll卫星信号的I 路/Q路二次累加结果；所述第二二次累加单元中所述I路/Q路乘法器用于将第二 I路/Q路W位估计值和第一 I路W位估计值相 乘；实际应用中，也可以和1相乘，此时Ll不辅助L2 ；可以但不限于用一寄存器存放第一 I 路W位估计值或1;所述I路/Q路移位寄存器用于将I路/Q路相乘结果进行移位；所述I路/Q路累加器用于将I路/Q路移位后的数据累加，得到L2卫星信号的I 路/Q路二次累加结果。经过二次累加，可以同步生成I/Q两路鉴别结果，进行加权组合，生 成联合跟踪控制量，L1/L2上C/A或L2C与Y码可实现联合跟踪，提高测量精度。上述两个实施例中，以P/Y码举例说明了卫星信号的跟踪方法，实际应用中，如果 卫星导航系统采用以低频率保密码调制已知的高频率测距码的信号结构，采取上述的方法 和装置对其捕获和跟踪，以达到解调卫星信号，伪距以及载波相位等测量目的，均在本申请 的保护范围之内。当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种整周载波的GPS P和/或Y码信号的跟踪方法，包括A、通过Ll卫星信号的C/A码引导，产生本地P码；B、Li、L2卫星信号分别与所述本地P码相关，对相关结果做1个Wbit长度的一次累 加后，交叉互乘后，分别进行二次累加，得到Li、L2卫星信号的二次累加结果；C、根据所述Li、L2卫星信号的二次累加结果进行Ll和L2卫星信号的码环、载波环的足艮S宗。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C具体包括对二次累加的结果进行FFT、非相干累加、输出Li、L2卫星信号的码、载波相位鉴别误差；分别将L1、L2卫星信号的I、Q路的码、载波相位鉴别误差加权相加后作为L1、L2卫星 信号整体的码、载波相位鉴别误差进行环路滤波，完成Ll和L2卫星信号的码环、载波环跟S示ο
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中进行多路相关，各路采用不同的伪码延迟，得到不同的相关结果；将相关结果中相关峰 最大的一路作为L2卫星信号和本地P码相关后的相关结果。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中对一次累加得到的结果进行归一化处理得到W位估计值，用得到的W位估计值进行交 叉互乘。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，产生W码时钟信号的步骤包括将当前速率值设为A或B;对P码码片进行计数，达到当前速率值时在边沿时刻产生W码时钟信号； 对W码时钟信号进行计数，当前速率值为A时，当W码时钟信号达到M个时将当前速率 值设为B ；当前速率值为B时，当W码时钟信号达到N个时将当前速率值设为B ； A、B、M、N均为正整数。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B具体包括将Ll卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个W bit长度的一次累加后得到第一 I路W位估计值和第一 Q路W位估计值，移位并二次累加得 到Ll卫星信号的I路、Q路二次累加结果；将L2卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个W bit长度的一次累加后得到第二 I路W位估计值和第二 Q路W位估计值； 将第一 I路W位估计值分别和第二 I路、Q路W位估计值相乘； 将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B具体包括将Ll卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个W bit长度的一次累加后得到第一 I路W位估计值和第一 Q路W位估计值；将L2卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个W bit长度的一次累加后得到第二 I路W位估计值和第二 Q路W位估计值，移位并二次累加得 到L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果；将第二 I路W位估计值分别和第一 I路、Q路W位估计值相乘；将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到Ll卫星信号的I路、Q路二次累加结果。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B具体包括将Ll卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个W bit长度的一次累加后得到第一 I路W位估计值和第一 Q路W位估计值；将L2卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个W bit长度的一次累加后得到第二 I路W位估计值和第二 Q路W位估计值； 将第一 I路W位估计值分别和第二 I路、Q路W位估计值相乘； 将第二 I路W位估计值分别和第一 I路、Q路W位估计值相乘； 将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到Ll卫星信号的I路、Q路二次累加结果和 L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果。
9.如权利要求1到8中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤A具体包括Al、首先对Ll卫星信号的伪码相位和多普勒频率进行二维搜索，捕获到卫星信号后闭 合Ll的C/A码环和载波环路，实现伪码和载波相位的同步，锁定Ll的C/A码环和载波环； A2、解调Ll卫星信号，解析导航电文，得到当前时刻的kount以及相关相位信息； A3、根据所述相关相位信息产生本地P码；A4、由Ll卫星信号的码环、载波环状态初始化L2卫星信号的码环、载波环状态。
10.一种整周载波的GPS P和/或Y码信号的跟踪装置，其特征在于，包括 P码产生模块，用于通过Ll卫星信号的C/A码引导，产生本地P码；第一、第二相关器，分别用于将L1、L2卫星信号与所述本地P码的相关，得到第一、第二 相关结果；W码辅助模块，用于分别对所述第一、第二相关结果做1个W bit长度的一次累加后交 叉互乘，再分别进行二次累加，得到L1、L2卫星信号的二次累加结果；环路跟踪模块，用于根据所述Li、L2卫星信号的二次累加结果进行Ll和L2卫星信号 的码环、载波环的跟踪。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述环路跟踪模块具体包括分别用于对Li、L2卫星信号的二次累加结果进行傅里叶变换的第一、第二 FFT单元； 分别用于对第一、第二 FFT单元输出的结果进行非相干累加的第一、第二累加单元； 分别用于输出L1、L2卫星信号的码、载波相位鉴别误差的第一、第二鉴别器； 分别用于将L1、L2卫星信号的I、Q路的码、载波相位鉴别误差加权相加，得到L1、L2卫 星信号整体的码、载波相位鉴别误差的第一、第二融合器；分别用于对Li、L2卫星信号的加权相加后的结果进行环路滤波，完成Ll和L2卫星信 号的码环和载波环跟踪的第一、第二环路滤波器。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二相关器包括多个相关电路，分别用于按照不同的伪码延迟对L2卫星信号与所述本地P码进行相关；选择单元，将输出最大相关峰的相关结果的相关电路作为当前的相关电路；将该当前 的相关电路输出的相关结果作为L2卫星信号和本地P码相关后的相关结果输出。
13.如权利要求10到12中任一项所述的装置，其特征在于，还包括第一、第二 C/A码产生模块，用于产生C/A码； 所述第一/第二相关器各包括 第一、第二、第三、第四、第五、第六乘法器；载波数控振荡器，用于产生sin、cos信号，分别输入给第一、第二乘法器； 码数控振荡器，用于输出控制信号给所述P码产生模块；第一、第二乘法器分别用于将输入的卫星信号和所述sirucos信号相乘，得到I、Q路信号；第三、第四乘法器分别用于将所述I路、Q路信号和本地P码相乘，得到I、Q路相关结 果，输出给W码辅助模块；第五、第六乘法器分别用于将所述I路、Q路信号和C/A码相乘，结果输出给累加器。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，P码产生模块具体包括C/A码跟踪和捕获单元，用于对Ll卫星信号的伪码相位和多普勒频率进行二维搜索， 捕获到Ll卫星信号后锁定C/A码环和载波环路；解调单元，用于解调Ll卫星信号，解析导航电文，得到当前时刻的kount以及相关相 位信息；第一、第二 P码产生单元，分别用于产生Li、L2路的本地P码； 初始化单元，用于根据所述相关相位信息初始化第一、第二 P码产生单元；由Ll卫星信 号的码环、载波环状态初始化Li、L2卫星信号的码数控振荡器、载波数控振荡器。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述W码辅助模块具体包括第一、第 二二次累加单元；第一 W位估计单元，用于对所述第一相关器输出的I、Q路相关结果做1个W bit长度 的一次累加，得到第一 I路W位估计值和第一 Q路W位估计值；第二 W位估计单元，用于对所述第二相关器输出的I、Q路相关结果做1个W bit长度 的一次累加，得到第二 I路W位估计值和第二 Q路W位估计值；W码时钟生成器，用于输出W码时钟信号给所述第一、第二 W位估计单元； 所述第一二次累加单元用于将所述第二 I路W位估计值分别和第一 I、Q路W位估计值 互乘后进行二次累加，得到Ll卫星信号的二次累加结果输入给所述环路跟踪模块；所述第二二次累加单元用于将所述第一 I路W位估计值分别和第二 I、Q路W位估计值 互乘后进行二次累加，得到L2卫星信号的二次累加结果输入给所述环路跟踪模块。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于所述第一 W位估计单元对所述第一 I路、Q路一次累加得到的结果进行归一化处理得 到第一 I路、Q路W位估计值；所述第二 W位估计单元对所述第二 I路、Q路一次累加得到 的结果进行归一化处理得到第二 I路、Q路W位估计值。
17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述W码时钟生成器具体包括速率选择器，设置A或B为当前速率值；每次收到使能信号后，将速率值设置为当前速 率值以外的另一个值，所述速率值为A或B ；比如当前速率值为A时，收到使能信号后将速 率值改为B ；第一计数器，用于对P码时钟信号进行计数，也就是对P码码片进行计数；当计数值达 到所述速率选择器设置的速率值时输出W码时钟信号，并重新开始计数；第二计数器，用于对输出的W码时钟信号进行计数，当前速率值为A时，计数值到达M 时发送使能信号，当前速率值为B时，计数值到达N时发送使能信号；发送使能信号后重新 开始计数；当收到XlA历元复位信号后，第一、第二计数器重新开始计数；速率选择器设置当前速 率值为A或B。
18.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述第一、第二二次累加单元各具体包括I路、Q路乘法器，I路、Q路移位寄存器，及I路、Q路累加器； 所述第一二次累加单元中所述I路/Q路乘法器用于将第一 I路/Q路W位估计值和第二 I路W位估计值相乘； 所述I路/Q路移位寄存器用于将I路/Q路相乘结果进行移位； 所述I路/Q路累加器用于将I路/Q路移位后的数据累加，得到Ll卫星信号的I路/ Q路二次累加结果；所述第二二次累加单元中所述I路/Q路乘法器用于将第二 I路/Q路W位估计值和第一 I路W位估计值相乘； 所述I路/Q路移位寄存器用于将I路/Q路相乘结果进行移位； 所述I路/Q路累加器用于将I路/Q路移位后的数据累加，得到L2卫星信号的I路/ Q路二次累加结果。
全文摘要
本发明提供了一种整周载波的GPS P和/或Y码信号的跟踪方法和装置；方法包括通过L1卫星信号的C/A码引导，产生本地P码；L1、L2卫星信号分别与所述本地P码相关，对相关结果做1个W bit长度的一次累加后，交叉互乘后，分别进行二次累加，得到L1、L2卫星信号的二次累加结果；根据所述L1、L2卫星信号的二次累加结果进行L1和L2卫星信号的码环、载波环的跟踪。本发明可以在L2上得到载波全波长的恢复，具有更高信噪比。
文档编号G01S19/30GK102116866SQ20091024319
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者王博, 莫钧, 韩绍伟, 高庆余 申请人:和芯星通科技(北京)有限公司