提高gps信號l1-p(y)碼跟蹤性能的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種提高GPS信號L1-P(Y)碼跟蹤性能的方法，旨在提供一種弱GPS信號情況下L1-P(Y)碼也能穩(wěn)定跟蹤和解調(diào)加密W碼流的方法。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：L1-C/A碼在已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定閉環(huán)跟蹤的情況下，通過L1-C/A碼的載波跟蹤環(huán)來輔助L1-P(Y)開環(huán)載波跟蹤和載波解調(diào)，通過L1-C/A碼的改進(jìn)碼跟蹤環(huán)來輔助L1-P(Y)進(jìn)行開環(huán)碼跟蹤和P碼解擴(kuò)；其次，L1-C/A碼碼跟蹤環(huán)里的碼環(huán)濾波器輸出碼多普勒給10.23M碼數(shù)控振蕩器DCO，把這個(gè)碼多普勒對應(yīng)的10.23MHz擴(kuò)頻碼碼多普勒直接作為P碼碼多普勒來輔助L1-P(Y)碼開環(huán)跟蹤，最后，從P碼產(chǎn)生器里產(chǎn)生W碼碼鐘，積分清零模塊對解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)流做積分清零運(yùn)算，通過運(yùn)算得到解調(diào)的W⊕D數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)，完成L1-P(Y)碼的開環(huán)跟蹤和W⊕D數(shù)據(jù)解調(diào)。
【專利說明】提高GPS信號L1-P(Y)碼跟蹤性能的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主要應(yīng)用于雙頻GPS接收機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，提高GPS信號Ll-P(Y)碼跟蹤性能的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]雙頻GPS接收機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，特別是在高精度定位、衛(wèi)星精密定軌、掩星探測等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。與單頻接收機(jī)相比，雙頻GPS接收機(jī)同時(shí)對LI和L2的信號進(jìn)行跟蹤，雙頻跟蹤是為了精確的估計(jì)電離層產(chǎn)生的群遲延，從而可以消除電離層影響，同時(shí)有助于減小單頻干擾的影響。
[0003]所有GPS衛(wèi)星在LI頻率上都調(diào)制有C/A碼和P (Y)碼，所有GPS衛(wèi)星在L2頻率上都調(diào)制有P (Y)碼，但不是所有GPS衛(wèi)星都調(diào)制有L2-C碼，直到2011年，在L2載波上調(diào)制有L2-C碼的衛(wèi)星只有10多顆，因此，雙頻GPS接收機(jī)設(shè)計(jì)中，對L2的P (Y)碼進(jìn)行跟蹤非常必要。在雙頻GPS接收機(jī)設(shè)計(jì)中，采用半無碼方法進(jìn)行L2-P (Y)的跟蹤時(shí)，需要用Ll-P(Y)穩(wěn)定跟蹤后解調(diào)出來的W碼流來輔助，所以Ll-P(Y)碼的穩(wěn)定跟蹤是GPS雙頻高精度接收機(jī)中必不可少的一項(xiàng)功能，也是雙頻GPS接收機(jī)中的主要關(guān)鍵技術(shù)。
[0004]GPS的Ll-C/Α碼是一種相對較短的隨機(jī)序列，碼長1023位，碼周期為1ms。GPS的P(Y)碼是由P碼和一種加密、未知的W碼模二和而成，即:Y = P Θ W，只有特許用戶才能破譯使用，多用于軍事應(yīng)用當(dāng)中，P (Y)碼又稱為精確測距碼，它同時(shí)調(diào)制在LI和L2載波信號上，主要應(yīng)用于精測距、抗干擾及其保密性要求高的環(huán)境下。
[0005]P⑴中的P碼是一種高精度定位碼，衛(wèi)星的P碼由兩個(gè)PN碼相乘而得，碼周期為一個(gè)星期，利用P碼進(jìn)行衛(wèi)星定位要比利用粗測距碼c/Α碼定位精度提高10倍左右；P (Y)中的W碼速率近似為500KHz，但W碼的碼速率并不是固定的，研究發(fā)現(xiàn)，W碼時(shí)序模式和P碼產(chǎn)生器中的XlA子碼序列同步而且是4092個(gè)P碼的長度，但并不是一個(gè)長序列，而是:M個(gè)長度為A個(gè)P碼的W碼跟隨的是N個(gè)長度為B個(gè)P碼的W碼，即:AM+BN = 4092，其中，A=18, B = 24，M = 94，N= 100。在XlA子碼序列4092個(gè)P碼周期內(nèi)分成L個(gè)子模式，每個(gè)子模式為:M/L個(gè)長度為A個(gè)P碼的W碼跟隨的是N/L個(gè)長度為B個(gè)P碼的W碼。結(jié)合前面的研究，L可以確定為2，這個(gè)W碼的時(shí)序關(guān)系對所有的衛(wèi)星是一樣，當(dāng)然W碼對于每顆衛(wèi)星來說是不一樣的。
[0006]由于P (Y)碼調(diào)制有碼速率為485KHZ的加密W碼，在閉環(huán)跟蹤中，積分清零時(shí)積分時(shí)間T只能做到不大于l/485ms，而跟蹤性能和積分時(shí)間是有密切關(guān)系的，我們知道，為了提高Ll-C/Α碼的跟蹤性能，通常的做法是把積分時(shí)間T由Ims提高到20ms甚至更大，因?yàn)長l-P(Y)的積分時(shí)間最大只能到1/485!^，而且？(￥)信號的載噪比和Ll-C/Α信號相比要低，所以用閉環(huán)跟蹤時(shí)其跟蹤性能很差，在雙頻GPS接收機(jī)設(shè)計(jì)中，采用半無碼方法進(jìn)行L2-P(Y)的跟蹤時(shí)，需要用Ll-P(Y)穩(wěn)定跟蹤后解調(diào)出來的W碼流來輔助，Ll-P(Y)的閉環(huán)跟蹤性能就成了雙頻接收機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)瓶頸。同時(shí)，由于C/A碼碼速率為1.023MHz，現(xiàn)有的Ll-C/Α碼接收機(jī)碼跟蹤環(huán)路里的DCO都是1.023MHz的，而P (Y)碼速率是10.23MHz的，由C/A碼跟蹤環(huán)里提取的C/A碼跟蹤多普勒去輔助P(Y)時(shí)，需要乘以一個(gè)10倍的系數(shù)，這就導(dǎo)致輔助時(shí)對C/A碼跟蹤誤差有放大，可能形成一個(gè)隨時(shí)間累積的輔助誤差，導(dǎo)致Ll-P(Y)的開環(huán)跟蹤經(jīng)過一段時(shí)間就要失鎖，進(jìn)而導(dǎo)致采用半無碼方法跟蹤的L2-P(Y)也會失鎖，影響雙頻接收機(jī)的性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有Ll-P (Y)的跟蹤性能的不足之處，提供一種在Ll-C/Α碼已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定閉環(huán)跟蹤的情況下，通過Ll-C/Α碼的載波跟蹤環(huán)來輔助Ll-P (Y)開環(huán)載波跟蹤和載波解調(diào)，通過改進(jìn)Ll-C/Α碼的碼跟蹤環(huán)來輔助Ll-P (Y)開環(huán)碼跟蹤和P碼解擴(kuò)，使得弱GPS信號情況下Ll-P (Y)碼也能穩(wěn)定跟蹤和解調(diào)加密W碼流的方法，以保證Ll-P (Y)碼具有和Ll-C/Α碼相同的跟蹤門限電平，解決現(xiàn)有Ll-P(Y)的跟蹤性能不佳的問題。
[0008]本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的方案是:一種提高GPS信號Ll-P(Y)碼跟蹤性能的方法，其特征在于包括如下步驟，Ll-C/Α碼在已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定閉環(huán)跟蹤的情況下，通過Ll-C/Α碼的載波跟蹤環(huán)來輔助Ll-P(Y)開環(huán)載波跟蹤和載波解調(diào)，通過Ll-C/Α碼的改進(jìn)碼跟蹤環(huán)來輔助Ll-P(Y)進(jìn)行開環(huán)碼跟蹤和P碼解擴(kuò)；其次，Ll-C/Α碼碼跟蹤環(huán)里的碼環(huán)濾波器輸出碼多普勒給10.23M碼數(shù)控振蕩器DC0，把這個(gè)碼多普勒對應(yīng)的10.23MHz擴(kuò)頻碼碼多普勒直接作為P碼碼多普勒來輔助Ll-P(Y)碼開環(huán)跟蹤，直接輔助時(shí)Ll-C/Α碼和Ll-P(Y)碼的碼多普勒跟蹤誤差相同；最后，從P碼產(chǎn)生器里產(chǎn)生W碼碼鐘，把這個(gè)W碼鐘送給積分清零模塊作為積分時(shí)鐘，積分清零模塊對解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)流做積分清零運(yùn)算，通過運(yùn)算得到解調(diào)的W ? D數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)，完成Ll-P(Y)碼的開環(huán)跟蹤和W ? D數(shù)據(jù)解調(diào)，其中W是加密的W碼，D是GPS電文。
[0009]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
本發(fā)明在Ll-C/Α碼已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定閉環(huán)跟蹤的情況下，通過Ll-C/Α碼的載波跟蹤環(huán)來輔助Ll-P (Y)開環(huán)載波跟蹤和載波解調(diào)，通過Ll-C/Α碼的改進(jìn)碼跟蹤環(huán)來輔助Ll-P (Y)開環(huán)碼跟蹤和P碼解擴(kuò)，使得Ll-P(Y)碼能穩(wěn)定地開環(huán)跟蹤和解調(diào)加密W ? D碼流，保證了Ll-P(Y)碼具有和Ll-C/Α碼相同的跟蹤門限電平，從而具有和Ll-C/Α碼相同的跟蹤性能。本發(fā)明解決了由于P(Y)碼調(diào)制了未知的約485KHZ速率的加密W碼，現(xiàn)有技術(shù)下Ll-P(Y)碼閉環(huán)跟蹤性能差的問題。
[0010]本發(fā)明采用10.23MHz的DCO解決了跟蹤誤差放大的問題，保證了 Ll-P(Y)碼能長期地開環(huán)跟蹤，對比采用1.023MHz的DCO時(shí)，把Ll-C/Α碼的跟蹤碼多普勒乘以10倍去輔助P碼開環(huán)跟蹤，由于跟蹤誤差擴(kuò)大了 10倍，導(dǎo)致誤差可能隨時(shí)間累積，開環(huán)一定時(shí)間后Ll-P(Y)碼就會跟丟，本發(fā)明解決了現(xiàn)有開環(huán)跟蹤時(shí)的跟蹤誤差放大問題，從設(shè)計(jì)上保證了只要Ll-C/Α碼碼是跟蹤上的，那么Ll-P(Y)碼就是實(shí)時(shí)穩(wěn)定跟蹤上的，保證了長時(shí)間開環(huán)穩(wěn)定跟蹤。
[0011]而且本發(fā)明不需要做Ll-P(Y)的鎖定判決，只需用Ll-C/Α碼的鎖定標(biāo)志來判斷解調(diào)出的W碼流是否可用，回避了 Ll-P(Y)的鎖定判決技術(shù)。
[0012]本發(fā)明提高了 Ll-P(Y)碼穩(wěn)定跟蹤和解調(diào)W碼流的性能，進(jìn)而為提高L2_P(Y)碼的跟蹤性能打下了基礎(chǔ)，保證了 L2-P(Y)碼跟蹤性能提高的空間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本專利進(jìn)一步說明。
[0014]圖1是本發(fā)明通過Ll-C/Α碼跟蹤輔助Ll-P (Y)開環(huán)跟蹤的電路原理框圖。
[0015]圖2是本發(fā)明改進(jìn)的Ll-C/Α碼跟蹤環(huán)電路原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]參閱圖1。根據(jù)本發(fā)明，首先，Ll-C/Α碼的載波跟蹤環(huán)輸出本地載波信號給載波解調(diào)模塊進(jìn)行Ll-C/Α碼的載波解調(diào)，Ll-C/Α碼載波解調(diào)后得到Ll-C/Α碼的基帶擴(kuò)頻信號，同時(shí)Ll-C/Α碼的載波跟蹤環(huán)也輸出本地載波信號去輔助Ll-P(Y)進(jìn)行開環(huán)載波跟蹤和載波解調(diào)，Ll-P(Y)碼載波解調(diào)后得到Ll-P(Y)碼的基帶擴(kuò)頻信號，其次，Ll-C/Α碼跟蹤環(huán)模塊輸出本地C/A碼碼流給Ll-C碼解擴(kuò)模塊對Ll-C/Α碼的基帶擴(kuò)頻信號進(jìn)行Ll-C/Α碼的解擴(kuò)，解擴(kuò)后輸出的基帶信號送入位同步幀同步模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)和解算時(shí)間，同時(shí)Ll-C/A碼跟蹤環(huán)模塊輸出提取的小數(shù)時(shí)間和P碼多普勒信息，這個(gè)小數(shù)時(shí)間和位同步幀同步模塊輸出的整數(shù)時(shí)間相加就得到P碼時(shí)間，再把P碼時(shí)間和P碼多普勒信息一起輸入到P碼產(chǎn)生器模塊，P碼產(chǎn)生器模塊就能產(chǎn)生開環(huán)實(shí)時(shí)跟蹤的P碼碼片和W碼碼鐘，產(chǎn)生的P碼碼片再送給P碼解擴(kuò)模塊對Ll-P (Y)碼的基帶擴(kuò)頻信號進(jìn)行P碼的解擴(kuò)，產(chǎn)生的W碼碼鐘送給積分清零模塊，積分清零模塊對P碼解擴(kuò)模塊解擴(kuò)后輸出的基帶信號做積分清零運(yùn)算，通過運(yùn)算得到解調(diào)的W ? D數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)，這就完成了 Ll-P(Y)碼的開環(huán)跟蹤和W ? D數(shù)據(jù)解調(diào)，其中W是加密的W碼，D是GPS電文。
[0017]Ll-C/Α碼在已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定閉環(huán)跟蹤的情況下，通過Ll-C/Α碼的載波跟蹤環(huán)來輔助Ll-P (Y)開環(huán)載波跟蹤和載波解調(diào)，通過Ll-C/Α碼的改進(jìn)碼跟蹤環(huán)來輔助Ll-P (Y)進(jìn)行開環(huán)碼跟蹤和P碼解擴(kuò)；其次，Ll-C/Α碼碼跟蹤環(huán)里的碼環(huán)濾波器輸出碼多普勒給10.23M碼數(shù)控振蕩器DC0，把這個(gè)碼多普勒對應(yīng)的10.23MHz擴(kuò)頻碼碼多普勒直接作為P碼碼多普勒來輔助Ll-P(Y)碼開環(huán)跟蹤，直接輔助時(shí)1^1-(:/^碼和1^1-?(￥)碼的碼多普勒跟蹤誤差相同；最后，從P碼產(chǎn)生器里產(chǎn)生W碼碼鐘，把這個(gè)W碼鐘送給積分清零模塊作為積分時(shí)鐘，積分清零模塊對解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)流做積分清零運(yùn)算，通過運(yùn)算得到解調(diào)的W ? D數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)，完成Ll-P(Y)碼的開環(huán)跟蹤和W ? D數(shù)據(jù)解調(diào)。
[0018]閱圖2。圖2對圖1中的Ll-C/Α改進(jìn)碼跟蹤環(huán)模塊做了進(jìn)一步的子模塊劃分:碼環(huán)鑒相器模塊、環(huán)路濾波器模塊、10.23M碼DC0、十分頻模塊和1.023M碼產(chǎn)生器模塊，其中，碼環(huán)鑒相器模塊鑒別出接收信號中的C/A碼碼片和本地C/A碼碼片相位差，環(huán)路濾波器模塊對碼環(huán)鑒相器模塊輸送的相位差進(jìn)行高頻分量的濾波，濾波后得到的碼多普勒頻率控制字送給10.23M碼DCO和P碼產(chǎn)生器，10.23M碼DCO模塊輸出精確的小數(shù)P碼時(shí)間，10.23M碼DCO模塊還輸出穩(wěn)定跟蹤的10.23MHz碼鐘，10.23M碼鐘經(jīng)十分頻模塊后分頻得到1.023MHz的C/A碼碼鐘，1.023MHz的C/A碼碼鐘送給1.023M產(chǎn)生器模塊產(chǎn)生本地Ll-C/A碼碼流，本地Ll-C/Α碼碼流送給Ll-C碼解擴(kuò)模塊對Ll-C/Α碼進(jìn)行解擴(kuò)，解擴(kuò)后的基帶信息送給最后的位同步幀同步模塊。
【權(quán)利要求】
1.一種提高GPS信號Ll-P (Y)碼跟蹤性能的方法，其特征在于包括如下步驟，L1-C/A碼在已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定閉環(huán)跟蹤的情況下，通過Ll-C/Α碼的載波跟蹤環(huán)來輔助Ll-P(Y)開環(huán)載波跟蹤和載波解調(diào)，通過Ll-C/Α碼的改進(jìn)碼跟蹤環(huán)來輔助Ll-P (Y)進(jìn)行開環(huán)碼跟蹤和P碼解擴(kuò)；其次，Ll-C/Α碼碼跟蹤環(huán)里的碼環(huán)濾波器輸出碼多普勒給10.23M碼數(shù)控振蕩器DCO，把這個(gè)碼多普勒對應(yīng)的10.23MHz擴(kuò)頻碼碼多普勒直接作為P碼碼多普勒來輔助Ll-P(Y)碼開環(huán)跟蹤，直接輔助時(shí)1^1-(:/^碼和1^1-?(￥)碼的碼多普勒跟蹤誤差相同；最后，從P碼產(chǎn)生器里產(chǎn)生W碼碼鐘，把這個(gè)W碼鐘送給積分清零模塊作為積分時(shí)鐘，積分清零模塊對解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)流做積分清零運(yùn)算，通過運(yùn)算得到解調(diào)的W ? D數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)，完成Ll-P (Y)碼的開環(huán)跟蹤和W ? D數(shù)據(jù)解調(diào)，其中W是加密的W碼，D是GPS電文。
2.按權(quán)利要求1所述的提高GPS信號Ll-P⑴碼跟蹤性能的方法，其特征在于:所述的Ll-C/Α改進(jìn)碼跟蹤環(huán)模塊包括:碼環(huán)鑒相器模塊、環(huán)路濾波器模塊、10.23M碼DCO、十分頻模塊和1.023M碼產(chǎn)生器模塊，其中，碼環(huán)鑒相器模塊鑒別出接收信號C/A碼碼片和本地C/A碼碼片的相位差，環(huán)路濾波器模塊對碼環(huán)鑒相器模塊輸送的相位差進(jìn)行高頻分量的濾波，濾波后得到的碼多普勒頻率控制字送給10.23M碼DCO和P碼產(chǎn)生器，10.23M碼DCO模塊輸出精確的小數(shù)P碼時(shí)間，10.23M碼DCO模塊還輸出穩(wěn)定跟蹤的10.23MHz碼鐘，10.23M碼鐘經(jīng)十分頻模塊后分頻得到1.023MHz的C/A碼碼鐘，1.023MHz的C/A碼碼鐘送給1.023M產(chǎn)生器模塊產(chǎn)生本地Ll-C/Α碼碼流，本地Ll-C/Α碼碼流送給Ll-C碼解擴(kuò)模塊對Ll-C/Α碼進(jìn)行解擴(kuò)，解擴(kuò)后的基帶信息送給最后的位同步幀同步模塊。
3.按權(quán)利要求1所述的提高GPS信號Ll-P(Y)碼跟蹤性能的方法，其特征在于:L1-C/A碼的載波跟蹤環(huán)輸出本地載波信號給載波解調(diào)模塊進(jìn)行Ll-C/Α碼的載波解調(diào)，Ll-C/Α碼載波解調(diào)后得到Ll-C/Α碼的基帶擴(kuò)頻信號，同時(shí)Ll-C/Α碼的載波跟蹤環(huán)也輸出本地載波信號去輔助Ll-P (Y)進(jìn)行開環(huán)載波跟蹤和載波解調(diào)，Ll-P (Y)碼載波解調(diào)后得到Ll-P (Y)碼的基帶擴(kuò)頻信號。
4.按權(quán)利要求3所述的提高GPS信號Ll-P(Y)碼跟蹤性能的方法，其特征在于:L1-C/A碼跟蹤環(huán)模塊輸出本地C/A碼碼流給Ll-C碼解擴(kuò)模塊對Ll-C/Α碼的基帶擴(kuò)頻信號進(jìn)行Ll-C/Α碼的解擴(kuò)，解擴(kuò)后輸出的基帶信號送入位同步幀同步模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)和解算時(shí)間，同時(shí)Ll-C/Α碼跟蹤環(huán)模塊輸出提取的小數(shù)時(shí)間和P碼多普勒信息，這個(gè)小數(shù)時(shí)間和位同步幀同步模塊輸出的整數(shù)時(shí)間相加得到P碼時(shí)間，再把P碼時(shí)間和P碼多普勒信息一起輸入到P碼產(chǎn)生器模塊，P碼產(chǎn)生器模塊就能產(chǎn)生開環(huán)實(shí)時(shí)跟蹤的P碼碼片和W碼碼鐘，產(chǎn)生的P碼碼片再送給P碼解擴(kuò)模塊對Ll-P (Y)碼的基帶擴(kuò)頻信號進(jìn)行P碼的解擴(kuò)。
【文檔編號】G01S19/30GK104459733SQ201410658576
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】劉文燾, 李亞軍, 楊斌 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所