一種高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)載波環(huán)跟蹤裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)載波環(huán)跟蹤裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的高動(dòng)態(tài)接收機(jī)方案中，主要通過(guò)優(yōu)化環(huán)路參數(shù)和改變鑒別器結(jié)構(gòu)兩種途徑實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)信號(hào)的跟蹤。優(yōu)化環(huán)路參數(shù)的方法一般通過(guò)使用較大的環(huán)路帶寬提高環(huán)路的動(dòng)態(tài)性能；改變鑒別器結(jié)構(gòu)的方法一般通過(guò)增大鑒別器的牽引范圍、采用鑒頻器代替鑒相器等方法提尚環(huán)路動(dòng)態(tài)性能。上述兩類方法可以在一定程度上提尚環(huán)路跟蹤尚動(dòng)態(tài)?目號(hào)的能力，但當(dāng)接收信號(hào)存在幾十g、甚至上百g的加速度，或接收信號(hào)動(dòng)態(tài)變化很大(如，短時(shí)間內(nèi)加速度突然增大或減小)時(shí)，很難跟蹤接收信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)載波環(huán)跟蹤裝置。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)載波環(huán)跟蹤裝置，包括載波跟蹤環(huán)和開環(huán)加速度估計(jì)器；
[0005]所述載波環(huán)包括:
[0006]鑒別器:用于生成剝離偽碼后的接收信號(hào)與本地復(fù)現(xiàn)載波信號(hào)的相位差或頻率差，并將所述相位或頻率差送入環(huán)路濾波器；
[0007]環(huán)路濾波器:根據(jù)所述鑒別器的輸出生成對(duì)接收信號(hào)速度和加速度的估計(jì)值；
[0008]數(shù)控振蕩器:根據(jù)所述環(huán)路濾波器的輸出得到本地復(fù)現(xiàn)載波信號(hào)的頻率，并生成本地復(fù)現(xiàn)載波信號(hào)輸入鑒別器；
[0009]開環(huán)加速度估計(jì)器:用于估計(jì)接收信號(hào)延時(shí)Tl后的多普勒頻率和接收信號(hào)的多普勒頻率變化率，并將所述多普勒頻率和多普勒頻率變化率賦值給載波環(huán)的環(huán)路濾波器。
[0010]所述環(huán)路濾波器包括加速度估計(jì)積分器、速度估計(jì)積分器和比例支路；所述鑒別器的輸出乘以系數(shù)K3，作為加速度估計(jì)積分器的輸入；所述鑒別器的輸出乘以系數(shù)Kl后作為比例支路的輸入；鑒別器輸出值乘以系數(shù)K2，然后與加速度估計(jì)積分器的輸出相加，得至IJ的和值作為速度估計(jì)積分器的輸入；速度估計(jì)積分器的輸出和比例支路的輸出相加后的和值，作為數(shù)控振蕩器的輸入；數(shù)控振蕩器的輸出送入所述鑒別器。
[0011]所述開環(huán)加速度估計(jì)器包括上側(cè)支路和下側(cè)支路；所述上側(cè)支路和下側(cè)支路結(jié)構(gòu)相同；所述上側(cè)支路計(jì)算當(dāng)前接收信號(hào)的多普勒頻率f2，下側(cè)支路計(jì)算tl-Tl時(shí)刻接收信號(hào)的多普勒頻率H。
[0012]所述上側(cè)支路具體計(jì)算流程包括:
[0013]I)時(shí)長(zhǎng)Ts的積分清零器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)度為Ts的積分操作，完成一次積分后積分器清零并開始下一次積分運(yùn)算，每完成一次積分輸出一個(gè)積分值；
[0014]2)時(shí)長(zhǎng)Ts的積分清零器的輸出作為N點(diǎn)存儲(chǔ)器的輸入，N點(diǎn)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)完N點(diǎn)積分值后，將所述N點(diǎn)積分值并行輸入L點(diǎn)FFT運(yùn)算模塊，L的值大于或等于N，且L的值為2的幕次；
[0015]3) L點(diǎn)FFT運(yùn)算模塊對(duì)N點(diǎn)積分值進(jìn)行傅里葉變換，當(dāng)N小于L時(shí)，在N點(diǎn)積分值后面補(bǔ)L-N個(gè)零，以使得L點(diǎn)FFT運(yùn)算模塊的輸入為L(zhǎng)點(diǎn)；
[0016]4)完成傅里葉變換后，對(duì)傅里葉變換結(jié)果取包絡(luò)并搜索包絡(luò)的最大值及該最大值的位置；
[0017]5)根據(jù)包絡(luò)最大值的位置計(jì)算多普勒頻率f2。
[0018]所述下側(cè)支路具體計(jì)算流程包括:
[0019]I)將接收信號(hào)延時(shí)Tl，時(shí)長(zhǎng)Ts的積分清零器對(duì)延時(shí)Tl后的接收信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)度為Ts的積分操作，完成一次積分后積分器清零并開始下一次積分運(yùn)算，每完成一次積分輸出一個(gè)積分值；
[0020]2)時(shí)長(zhǎng)Ts的積分清零器的輸出作為N點(diǎn)存儲(chǔ)器的輸入，N點(diǎn)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)完N點(diǎn)積分值后，將所述N點(diǎn)積分值并行輸入L點(diǎn)FFT運(yùn)算模塊，L的值大于或等于N，且L的值為2的幕次；
[0021 ] 3) L點(diǎn)FFT運(yùn)算模塊對(duì)N點(diǎn)積分值進(jìn)行傅里葉變換，當(dāng)N小于L時(shí)，在N點(diǎn)積分值后面補(bǔ)L-N個(gè)零，以使得L點(diǎn)FFT運(yùn)算模塊的輸入為L(zhǎng)點(diǎn)；
[0022]4)完成傅里葉變換后，對(duì)傅里葉變換結(jié)果取包絡(luò)并搜索包絡(luò)的最大值及該最大值的位置；
[0023]5)根據(jù)包絡(luò)最大值的位置計(jì)算多普勒頻率fl。
[0024]接收信號(hào)的多普勒頻率變化率a計(jì)算公式為:a = (f2_fl)/Tl。
[0025]所述多普勒頻率變化率a賦值給所述加速度估計(jì)積分器，所述多普勒頻率f2賦值給所述速度估計(jì)積分器。
[0026]在引導(dǎo)階段，所述載波環(huán)不工作，開環(huán)加速度估計(jì)器獨(dú)立工作；在跟蹤階段，所述載波環(huán)和開環(huán)加速度估計(jì)器分別獨(dú)立工作，每經(jīng)過(guò)時(shí)間間隔T2后，分別提取開環(huán)加速度估計(jì)器得到的多普勒頻率變化率a和載波環(huán)加速度估計(jì)積分器估計(jì)的頻率變化率al，并對(duì)兩者做差，若差值大于門限Th，則用多普勒頻率變化率a和多普勒頻率f2分別初始化載波環(huán)的加速度估計(jì)積分器和速度估計(jì)積分器；若差值小于等于門限，則載波環(huán)繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)行。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:本發(fā)明捕獲和引導(dǎo)階段，通過(guò)FFT估計(jì)接收信號(hào)加速度，實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)下的GNSS信號(hào)捕獲與引導(dǎo)；在跟蹤階段，通過(guò)FFT開環(huán)估計(jì)接收信號(hào)加速度，當(dāng)載波環(huán)估計(jì)的加速度與FFT開環(huán)估計(jì)的加速度之差超過(guò)門限時(shí)，將FFT開環(huán)估計(jì)的加速度累加至環(huán)路的加速度估計(jì)器，本發(fā)明環(huán)路跟蹤高動(dòng)態(tài)信號(hào)的能力強(qiáng)，能有效提高環(huán)路性能，且當(dāng)接收信號(hào)存在幾十g、甚至上百g的的加速度，或接收信號(hào)動(dòng)態(tài)變化很大時(shí)，也能跟蹤接收信號(hào)。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例引導(dǎo)階段環(huán)路原理圖；
[0029]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例開環(huán)加速度估計(jì)器結(jié)構(gòu)圖；
[0030]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例跟蹤階段載波環(huán)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明的目的是提供一種能夠在復(fù)雜動(dòng)態(tài)條件下捕獲、跟蹤衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的基帶處理裝置，主要用于完成導(dǎo)航信號(hào)捕獲之后的引導(dǎo)和跟蹤階段。捕獲成功后，環(huán)路首先進(jìn)入引導(dǎo)階段。該階段主要進(jìn)行多普勒頻率精捕獲和環(huán)路的初始化(包括環(huán)路速度積分器的初始化和加速度積分器的初始化)。頻率的精捕獲通過(guò)對(duì)剝離偽碼和粗捕獲頻率后的接收信號(hào)做FFT實(shí)現(xiàn)。為了得到頻率變化率的估計(jì)(加速度)，需要對(duì)相隔一段時(shí)間的兩段信號(hào)分別進(jìn)行頻率精捕獲，通過(guò)兩次精捕獲的頻率差估計(jì)接收信號(hào)的頻率變化率。得出的頻率變化率對(duì)載波環(huán)的加速度估計(jì)積分器進(jìn)行初始化，第二次頻率精捕獲結(jié)果對(duì)載波環(huán)的速度估計(jì)積分器進(jìn)行初始化。
[0032]本發(fā)明提供的引導(dǎo)階段環(huán)路結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括兩部分，即載波跟蹤環(huán)和開環(huán)加速度估計(jì)器。引導(dǎo)階段載波環(huán)不工作，只啟動(dòng)開環(huán)加速度估計(jì)器。圖1中的載波跟蹤環(huán)包括鑒別器、環(huán)路濾波器和數(shù)控振蕩器(NCO)三部分。鑒別器生成接收信號(hào)(此處及以后所指的接收信號(hào)，均為剝離偽碼后的信號(hào))與本地復(fù)現(xiàn)載波信號(hào)的相位或頻率差；鑒別器的輸出送入環(huán)路濾波器，環(huán)路濾波器根據(jù)鑒別器的輸出結(jié)果生成對(duì)接收信號(hào)速度和加速度的估計(jì)；NC0根據(jù)環(huán)路濾波器的輸出得到本地復(fù)現(xiàn)載波信號(hào)的頻率，并生成本地復(fù)現(xiàn)載波信號(hào)輸入鑒別器。環(huán)路濾波器包括加速度估計(jì)積分器、速度估計(jì)積分器和比例支路三部分，環(huán)路濾波器中的系數(shù)T為載波環(huán)的預(yù)檢測(cè)積分時(shí)間，KU K2、K3為環(huán)路濾波器系數(shù)，上述系數(shù)根據(jù)環(huán)路帶寬及其他環(huán)路相關(guān)指標(biāo)確定(如環(huán)路帶寬Bn為30Hz時(shí)，Kl = 2.4XBn/0.7845=91.78，K2 = 1.1ΧΒηΧΒη/0.61544 = 1608.6，K3 = ΒηΧΒηΧΒη/0.482813 = 55922.3)。鑒別器的輸出乘以系數(shù)Κ3和Kl后，分別作為加速度估計(jì)積分器和比例支路的輸入；鑒別器輸出值乘以Κ2和加速度估計(jì)積分器的輸出相加，得到的和值作為速度估計(jì)積分器的輸入；速度估計(jì)積分器的輸出和比例支路的輸出相加后的和值，為數(shù)控振蕩器的輸入；數(shù)控振蕩器的輸出送入鑒別器。
[0033]開環(huán)加速度估計(jì)器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包含兩個(gè)支路，上側(cè)支路計(jì)算當(dāng)前信號(hào)的多普勒頻率f2 (為了便于描述，當(dāng)前時(shí)刻記為tl)，下側(cè)支路計(jì)算tl-Tl時(shí)刻信號(hào)的多普勒頻率，兩個(gè)支路的結(jié)構(gòu)相同。下面只給出上側(cè)支路詳細(xì)運(yùn)算流程如下:
[0034]I)時(shí)長(zhǎng)