一种高动态环境下卫星导航接收机载波环跟踪装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高动态环境下卫星导航接收机载波环跟踪装置。
【背景技术】
[0002]目前的高动态接收机方案中，主要通过优化环路参数和改变鉴别器结构两种途径实现高动态信号的跟踪。优化环路参数的方法一般通过使用较大的环路带宽提高环路的动态性能；改变鉴别器结构的方法一般通过增大鉴别器的牵引范围、采用鉴频器代替鉴相器等方法提尚环路动态性能。上述两类方法可以在一定程度上提尚环路跟踪尚动态?目号的能力，但当接收信号存在几十g、甚至上百g的加速度，或接收信号动态变化很大(如，短时间内加速度突然增大或减小)时，很难跟踪接收信号。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种高动态环境下卫星导航接收机载波环跟踪装置。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种高动态环境下卫星导航接收机载波环跟踪装置，包括载波跟踪环和开环加速度估计器；
[0005]所述载波环包括:
[0006]鉴别器:用于生成剥离伪码后的接收信号与本地复现载波信号的相位差或频率差，并将所述相位或频率差送入环路滤波器；
[0007]环路滤波器:根据所述鉴别器的输出生成对接收信号速度和加速度的估计值；
[0008]数控振荡器:根据所述环路滤波器的输出得到本地复现载波信号的频率，并生成本地复现载波信号输入鉴别器；
[0009]开环加速度估计器:用于估计接收信号延时Tl后的多普勒频率和接收信号的多普勒频率变化率，并将所述多普勒频率和多普勒频率变化率赋值给载波环的环路滤波器。
[0010]所述环路滤波器包括加速度估计积分器、速度估计积分器和比例支路；所述鉴别器的输出乘以系数K3，作为加速度估计积分器的输入；所述鉴别器的输出乘以系数Kl后作为比例支路的输入；鉴别器输出值乘以系数K2，然后与加速度估计积分器的输出相加，得至IJ的和值作为速度估计积分器的输入；速度估计积分器的输出和比例支路的输出相加后的和值，作为数控振荡器的输入；数控振荡器的输出送入所述鉴别器。
[0011]所述开环加速度估计器包括上侧支路和下侧支路；所述上侧支路和下侧支路结构相同；所述上侧支路计算当前接收信号的多普勒频率f2，下侧支路计算tl-Tl时刻接收信号的多普勒频率H。
[0012]所述上侧支路具体计算流程包括:
[0013]I)时长Ts的积分清零器对接收信号进行长度为Ts的积分操作，完成一次积分后积分器清零并开始下一次积分运算，每完成一次积分输出一个积分值；
[0014]2)时长Ts的积分清零器的输出作为N点存储器的输入，N点存储器存储完N点积分值后，将所述N点积分值并行输入L点FFT运算模块，L的值大于或等于N，且L的值为2的幕次；
[0015]3) L点FFT运算模块对N点积分值进行傅里叶变换，当N小于L时，在N点积分值后面补L-N个零，以使得L点FFT运算模块的输入为L点；
[0016]4)完成傅里叶变换后，对傅里叶变换结果取包络并搜索包络的最大值及该最大值的位置；
[0017]5)根据包络最大值的位置计算多普勒频率f2。
[0018]所述下侧支路具体计算流程包括:
[0019]I)将接收信号延时Tl，时长Ts的积分清零器对延时Tl后的接收信号进行长度为Ts的积分操作，完成一次积分后积分器清零并开始下一次积分运算，每完成一次积分输出一个积分值；
[0020]2)时长Ts的积分清零器的输出作为N点存储器的输入，N点存储器存储完N点积分值后，将所述N点积分值并行输入L点FFT运算模块，L的值大于或等于N，且L的值为2的幕次；
[0021 ] 3) L点FFT运算模块对N点积分值进行傅里叶变换，当N小于L时，在N点积分值后面补L-N个零，以使得L点FFT运算模块的输入为L点；
[0022]4)完成傅里叶变换后，对傅里叶变换结果取包络并搜索包络的最大值及该最大值的位置；
[0023]5)根据包络最大值的位置计算多普勒频率fl。
[0024]接收信号的多普勒频率变化率a计算公式为:a = (f2_fl)/Tl。
[0025]所述多普勒频率变化率a赋值给所述加速度估计积分器，所述多普勒频率f2赋值给所述速度估计积分器。
[0026]在引导阶段，所述载波环不工作，开环加速度估计器独立工作；在跟踪阶段，所述载波环和开环加速度估计器分别独立工作，每经过时间间隔T2后，分别提取开环加速度估计器得到的多普勒频率变化率a和载波环加速度估计积分器估计的频率变化率al，并对两者做差，若差值大于门限Th，则用多普勒频率变化率a和多普勒频率f2分别初始化载波环的加速度估计积分器和速度估计积分器；若差值小于等于门限，则载波环继续独立运行。
[0027]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为:本发明捕获和引导阶段，通过FFT估计接收信号加速度，实现高动态下的GNSS信号捕获与引导；在跟踪阶段，通过FFT开环估计接收信号加速度，当载波环估计的加速度与FFT开环估计的加速度之差超过门限时，将FFT开环估计的加速度累加至环路的加速度估计器，本发明环路跟踪高动态信号的能力强，能有效提高环路性能，且当接收信号存在几十g、甚至上百g的的加速度，或接收信号动态变化很大时，也能跟踪接收信号。
【附图说明】
[0028]图1为本发明一实施例引导阶段环路原理图；
[0029]图2为本发明一实施例开环加速度估计器结构图；
[0030]图3为本发明一实施例跟踪阶段载波环原理图。
【具体实施方式】
[0031]本发明的目的是提供一种能够在复杂动态条件下捕获、跟踪卫星导航信号的基带处理装置，主要用于完成导航信号捕获之后的引导和跟踪阶段。捕获成功后，环路首先进入引导阶段。该阶段主要进行多普勒频率精捕获和环路的初始化(包括环路速度积分器的初始化和加速度积分器的初始化)。频率的精捕获通过对剥离伪码和粗捕获频率后的接收信号做FFT实现。为了得到频率变化率的估计(加速度)，需要对相隔一段时间的两段信号分别进行频率精捕获，通过两次精捕获的频率差估计接收信号的频率变化率。得出的频率变化率对载波环的加速度估计积分器进行初始化，第二次频率精捕获结果对载波环的速度估计积分器进行初始化。
[0032]本发明提供的引导阶段环路结构如图1所示，包括两部分，即载波跟踪环和开环加速度估计器。引导阶段载波环不工作，只启动开环加速度估计器。图1中的载波跟踪环包括鉴别器、环路滤波器和数控振荡器(NCO)三部分。鉴别器生成接收信号(此处及以后所指的接收信号，均为剥离伪码后的信号)与本地复现载波信号的相位或频率差；鉴别器的输出送入环路滤波器，环路滤波器根据鉴别器的输出结果生成对接收信号速度和加速度的估计；NC0根据环路滤波器的输出得到本地复现载波信号的频率，并生成本地复现载波信号输入鉴别器。环路滤波器包括加速度估计积分器、速度估计积分器和比例支路三部分，环路滤波器中的系数T为载波环的预检测积分时间，KU K2、K3为环路滤波器系数，上述系数根据环路带宽及其他环路相关指标确定(如环路带宽Bn为30Hz时，Kl = 2.4XBn/0.7845=91.78，K2 = 1.1ΧΒηΧΒη/0.61544 = 1608.6，K3 = ΒηΧΒηΧΒη/0.482813 = 55922.3)。鉴别器的输出乘以系数Κ3和Kl后，分别作为加速度估计积分器和比例支路的输入；鉴别器输出值乘以Κ2和加速度估计积分器的输出相加，得到的和值作为速度估计积分器的输入；速度估计积分器的输出和比例支路的输出相加后的和值，为数控振荡器的输入；数控振荡器的输出送入鉴别器。
[0033]开环加速度估计器的结构如图2所示，包含两个支路，上侧支路计算当前信号的多普勒频率f2 (为了便于描述，当前时刻记为tl)，下侧支路计算tl-Tl时刻信号的多普勒频率，两个支路的结构相同。下面只给出上侧支路详细运算流程如下:
[0034]I)时长