高动态卫星导航接收机环路跟踪器及其跟踪方法
【专利摘要】本发明涉及一种跟踪装置及其跟踪方法，具体为高动态卫星导航接收机环路跟踪器及其跟踪方法。包括载波环和码环，码环包括码环鉴别器和码环滤波器组成，码环鉴别器输出端与码环滤波器连接；载波环包括载波环频率鉴别器、载波环相位鉴别器、载波环带宽调整、载波环滤波器；载波环频率鉴别器和载波环相位鉴别器分别与载波环带宽调整连接，载波环带宽调整再与载波环滤波器连接，载波环滤波器输出端与码环滤波器连接。本发明提供的高动态卫星导航接收机环路跟踪器及其跟踪方法，实现卫星导航接收机在高动态情形下能够对卫星信号的载波频率和伪码相位进行稳定跟踪。
【专利说明】
高动态卫星导航接收机环路跟踪器及其跟踪方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种跟踪装置及其跟踪方法，具体为高动态卫星导航接收机环路跟踪 器及其跟踪方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国北斗卫星事业的蓬勃发展，卫星导航接收机的使用范围越来越广。目前 卫星导航接收机已经成为火箭、导弹运行过程中一个不可或缺部分，其中导航接收机的环 路跟踪器在火箭、导弹发射过程W及火箭各级脱落过程中确保卫星导航接收机能够稳定跟 踪卫星信号起着关键性作用，因此研究发明一种高动态环路跟踪器对克服高动态载波在运 行过程中使得卫星导航接收机产生很大的多普勒频偏、码相位频偏，使得卫星导航接收机 对环路的跟踪性能恶化，甚至导致失锁现象具有重要意义！
【发明内容】
[0003] 针对上述技术问题，本发明提供一种高动态卫星导航接收机环路跟踪器及其跟踪 方法，在高动态情形下实现对卫星信号的载波多普勒频率和伪码相位稳定跟踪，使卫星导 航接收机能够精确定位，从而推动我国北斗卫星导航接收机在更广泛的领域内使用。
[0004] 具体技术方案为：
[0005] 高动态卫星导航接收机环路跟踪器，包括载波环和码环，码环包括码环鉴别器和 码环滤波器组成，码环鉴别器输出端与码环滤波器连接;载波环包括载波环频率鉴别器、载 波环相位鉴别器、载波环带宽调整、载波环滤波器;载波环频率鉴别器和载波环相位鉴别器 分别与载波环带宽调整连接，载波环带宽调整再与载波环滤波器连接，载波环滤波器输出 端与码环滤波器连接。
[0006] 高动态卫星导航接收机环路跟踪器的跟踪方法，包括W下过程：
[0007] 载波环从外部获得相关器结果Ip、Qp后，送载波环相位鉴别器化ase_Detector进行 载波环相位误差目6计算，同时相关结果送载波环频率鉴别器化eq_Detector计算载波频率 误差fe，在环路带宽调整及环路滤波系数计算Loop_B_Coeff_Cal中根据锁定指示Lock, flag的大小W及环路带宽调整表选择锁相环、锁频环环路带宽及使用权值大小根据调整后 的带宽计算环路滤波系数，将计算的环路滤波系数1^1、1^2、1^3也1也2也3也4、权值调整 后的鉴频误差fshift_e、鉴相误差目34批_6-起送载波环滤波器化rri_Loop_Filter对载波环误 差进行滤波处理，输出的滤波频率结果fcarri_e转化为频率控制字输出；
[000引表1环路带宽调整表
[00091
[0010] 码环从外部获得的相关器结果16、98、11、9进码环鉴别器(：0(16_?11日36_〇6*6。如的十 算码相位误差A '将计算得到的码相位误差捉和载波环输出的载波频率fcarri_e-起送码环 滤波器Code_Loop_Filter对码相位误差扔进行滤波处理，并将滤波后的码频率误差fc〇de_e 转化为相应的频率控制字从码环输出。
[0011] 本发明提供的高动态卫星导航接收机环路跟踪器及其跟踪方法，实现卫星导航接 收机在高动态情形下能够对卫星信号的载波频率和伪码相位进行稳定跟踪。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明的结构示意图；
[0013] 图2是实施例中的载波环环路滤波器原理图；
[0014] 图3是实施例中的二阶码环原理图；
[0015] 图4是本发明的工作流程图。
【具体实施方式】
[0016] 结合【附图说明】本发明【具体实施方式】。
[0017] 如图1所示，高动态卫星导航接收机环路跟踪器，包括载波环和码环，码环包括码 环鉴别器和码环滤波器组成，码环鉴别器输出端与码环滤波器连接;载波环包括载波环频 率鉴别器、载波环相位鉴别器、载波环带宽调整、载波环滤波器;载波环频率鉴别器和载波 环相位鉴别器分别与载波环带宽调整连接，载波环带宽调整再与载波环滤波器连接，载波 环滤波器输出端与码环滤波器连接。
[0018] 载波环通过=阶锁频环辅助四阶锁相环实现对载波频率的跟踪，码环采用载波环 辅助的二阶延迟锁定环实现对伪码相位的跟踪。
[0019] 载波环中载波环相位鉴别器采用二象限反正切函数计算载波相位误差06。载波环 频率鉴别器在不存在数据位影响的条件下，利用四象限反正切函数计算载波频率误差9e， 当存在数据位影响时，采用二象限反正切函数计算载波频率误差fe;载波环带宽调整是根 据当前环路跟踪情况，对锁频环和锁相环的使用比例及环路带宽进行相应的调整得到调整 后的鉴频误差fshift_e和鉴相误差03^心同时根据调整后的带宽，计算载波环路滤波器系数 此、1^2、1^3也1也2也3也4，载波环频率鉴别器、载波环相位鉴别器的具体使用比例及环 路带宽调整如表1所示。载波环滤波器是高动态环路跟踪的核屯、模块，其由=阶锁频环和四 阶锁相环组成，具体原理如图2所示。图中f Shlf*_6为载波环路滤波器输入的鉴频误差，kf I、 kf2、kf3为载波环滤波器中=阶锁频环的环路滤波系数，T为载波环路滤波器的积分时间， 034机_6为载波环路滤波器输入的鉴相误差，1^)1、1^)2、1^)3、1^)4为载波环路器中四阶锁相环的 环路滤波系数，载波环路滤波器的输出fcarri_e代表了载波环的复现频率，对该值的积分即 为跟踪环路复现的载波相位，V在S域的表达式为：
[0020]
[0021 ]通过变换可得载波环路滤波器的更新公式为：
[0022] f Carri e (n ) = 3f carri e (11~1 ) ~3f carri e (11~2 ) +f carri e (11~3 ) +Cf of shif t_e (Il) +Cf if shif t_e (n-I )+Cf2f shift_e (n-2 )+Cf江shif t_e (n-3 ) +CpO目shif t_e(n )+Cpl目shif t_e (n-I ) +Cp2目shift_e(n-2 )+Cp3 白 shift_e(n-3 )
[0023] 丑:由.
[0024]
[00巧]通过可控根原理可知：
[0026]
[0027]
[002引Bnp为锁相环带宽，Bnf为锁频环带宽。
[0029] 将环路滤波器的输出结果fcarri_e转化为频率控制字输出环路跟踪器送载波NCO产 生一定频率的载波。
[0030] 码环中码环鉴别器利用超前减滞后非相干幅值法对码相位误差进行计算。其公式 为：
[0031]
[0032] 式中d为1表示相关器间隔为0.5个码片。在载波辅助的前提下，采用二阶的码环路 滤波器对码相位误差进行滤波。码环路滤波器原理如图3所示。
[0033] 图中獲为码环滤波器输入的码相位误差，即超前减滞后非相干幅值法计算的码相 位鉴别误差，co、c汾别为码环滤波器系数，T为环路积分时间，当T一定时码环路滤波系数：
[0034]
[0035]
[0036] 式中C为环路阻尼系数为〇.707,8。为码环带宽在环路跟踪过程中带宽由2化切换 为IHz;最后将码环滤波器输出结果fcDde_e转化为频率控制字送伪码产生器对伪码产生频率 进行调整。
[0037] 如图4所示，载波环从外部获得相关器结果（Ip、Qp)后，送载波环相位鉴别器化ase_ Detector进行载波环相位误差目e计算，同时利用相关结果计算锁定指示化l_lock_flag根 据计算锁定指示的大小决定当前环路跟踪情况决定是否启动锁频环，如果满足启动锁频环 条件，将相关结果送载波环频率鉴别器Freq_Detector计算鉴频误差fe，在环路带宽调整及 环路滤波系数计算Loop_B_CoeffJ：al中根据锁定指示化ock_flag)的大小W及表1所示选 择四阶锁相环、=阶锁频环环路带宽及使用权值大小根据调整后的带宽计算环路滤波系 数，将计算的环路滤波系数此、此、1^3、1^)1、1^)2、1^)3也4、权值调整后的鉴频误差'3111心、鉴 相误差目34批_6-起送载波环滤波器化rri_Loop_Filter对载波环误差进行滤波处理，输出 的滤波频率结果fsarry转化为频率控制字输出。
[0〇3引码环从外部获得的相关器结果16、98、11、9进码环鉴别器(：0(16_?11曰36_〇6*6(3如的十 算码相位误差扔，将计算得到的码相位误差從和载波环输出的载波频率fcarri_e-起送二阶 码环滤波器Code_Loop_Filter对码相位误差捉进行滤波处理，并将滤波后的码频率误差 fcDde_e转化为相应的频率控制字从码环输出。
【主权项】
1. 高动态卫星导航接收机环路跟踪器，其特征在于:包括载波环和码环，码环包括码环 鉴别器和码环滤波器组成，码环鉴别器输出端与码环滤波器连接;载波环包括载波环频率 鉴别器、载波环相位鉴别器、载波环带宽调整、载波环滤波器;载波环频率鉴别器和载波环 相位鉴别器分别与载波环带宽调整连接，载波环带宽调整再与载波环滤波器连接，载波环 滤波器输出端与码环滤波器连接。2. 根据权利要求1所述的高动态卫星导航接收机环路跟踪器的跟踪方法，其特征在于： 包括以下过程： 载波环从外部获得相关器结果。、(^后，送载波环相位鉴别器PhaSe_Detect〇r进行载波 环相位误差Θθ计算，同时相关结果送载波环频率鉴别器FrecLDetector计算载波频率误差 fe，在环路带宽调整及环路滤波系数计算Loop_B_Coeff_Cal中根据锁定指示Lock_f lag的 大小以及环路带宽调整表选择锁相环、锁频环环路带宽及使用权值大小根据调整后的带宽 计算环路滤波系数，将计算的环路滤波系数kf!、kf 2、kf 3、kPl、kp2、kp3、kp4、权值调整后的鉴 频误差f shifty、鉴相误差9shift_e-起送载波环滤波器Carri_Loop_Fi Iter对载波环误差进行 滤波处理，输出的滤波频率结果Lmij转化为频率控制字输出； 表1环路带宽调整表码环从外部获得的相关器结果16几、11、91送码环鉴别器〇)加_?1^6_0的6(^沉计算码 相位误差氣，将计算得到的码相位误差死和载波环输出的载波频率起送码环滤波 器C〇de_L〇〇p_Filt er对码相位误差死进行滤波处理，并将滤波后的码频率误差f?de_e转化 为相应的频率控制字从码环输出。
【文档编号】G01S19/24GK106019324SQ201610321833
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】邱峻, 王晓君, 贾文娟, 田卫东, 陈玉周, 刘岩, 安国臣, 张秀清, 康亚楠, 刘家祥, 张泽建
【申请人】河北科技大学