專利名稱：有多通道校正的分層延遲鎖定環(huán)碼跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及接收偽隨機(jī)噪聲調(diào)制的信號(hào)的接收機(jī)，如用在導(dǎo)航系統(tǒng)的接收機(jī)，更具體說，是涉及基于保持碼鎖定的延遲鎖定環(huán)分層的接收機(jī)。
背景技術(shù)：
各種無線導(dǎo)航系統(tǒng)被用于提供地理位置信息和時(shí)間信息。這些系統(tǒng)的例子包括美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)和俄羅斯全球?qū)Ш较到y(tǒng)(GLONASS)。這些系統(tǒng)依賴于環(huán)繞地球軌道的衛(wèi)星。能從這些系統(tǒng)導(dǎo)出的精確導(dǎo)航信息包括三維的位置、速度、和時(shí)間。一般情況下，要在四個(gè)維度(緯度、經(jīng)度、高度、和時(shí)間)上精確定位，需要從至少四個(gè)衛(wèi)星接收信號(hào)。接收機(jī)一旦測量了相應(yīng)信號(hào)的傳播延遲，通過對每一延遲乘以光速，可以計(jì)算到每個(gè)衛(wèi)星的距離。然后，求解含有各測量距離和已知衛(wèi)星位置的一組四個(gè)方程，可以算出位置和時(shí)間。系統(tǒng)的高精度性能，是靠裝載在衛(wèi)星上的原子時(shí)鐘，以及持續(xù)地監(jiān)控并校正衛(wèi)星時(shí)鐘與軌道參數(shù)的地面跟蹤站來保持。
在GPS系統(tǒng)中，每一衛(wèi)星發(fā)送兩個(gè)直接序列編碼的擴(kuò)頻信號(hào)載頻1.57542GHz的L1信號(hào)和載頻1.2276GHz的L2信號(hào)。L1信號(hào)包括兩個(gè)按90°相差調(diào)制的相移鍵控(PSK)擴(kuò)頻信號(hào)P-碼信號(hào)(“P”代表“精密”)和C/A-碼信號(hào)(“C/A”代表“粗略/捕獲”)。L2信號(hào)只包括P-碼信號(hào)。該P(yáng)-碼和C/A-碼是對載波進(jìn)行調(diào)制的重復(fù)的偽隨機(jī)比特序列。這些比特按擴(kuò)頻的說法，被稱為“碼片”。這些碼的類時(shí)鐘性質(zhì)，被接收機(jī)用來進(jìn)行時(shí)間延遲測量。每一衛(wèi)星的碼是唯一的，能使接收機(jī)區(qū)別來自各個(gè)衛(wèi)星的共享同一公共載波頻率的各個(gè)信號(hào)。同時(shí)還有每秒50比特的數(shù)據(jù)流，對每個(gè)衛(wèi)星的每一載波進(jìn)行調(diào)制，該數(shù)據(jù)流包含關(guān)于系統(tǒng)狀態(tài)的信息和導(dǎo)航計(jì)算必要的衛(wèi)星軌道參數(shù)。P-碼信號(hào)是加密的，只能由機(jī)密用戶解密。C/A信號(hào)則供一切用戶使用。
在GPS接收機(jī)中執(zhí)行的操作，絕大部分與任何直接序列擴(kuò)頻接收機(jī)執(zhí)行的操作相同。要從每一信號(hào)中除去偽隨機(jī)碼調(diào)制的擴(kuò)頻效應(yīng)，必須用時(shí)間對準(zhǔn)的、本機(jī)產(chǎn)生的該碼的副本相乘，按被稱為消擴(kuò)頻的方法處理。因?yàn)樵诮邮諜C(jī)啟動(dòng)時(shí)，合適的時(shí)間對準(zhǔn)，或碼相位，是不知道的，因此必須在初始的捕獲階段搜索。一旦找到，因?yàn)樵撔l(wèi)星是相對于用戶移動(dòng)的，所以在接收機(jī)操作的跟蹤相位的時(shí)間中，必須保持合適的碼時(shí)間對準(zhǔn)，亦稱“碼鎖定”。
一旦消擴(kuò)頻后，每一信號(hào)在某一低頻率上包括每秒50比特的PSK信號(hào)。因?yàn)樾l(wèi)星與用戶間的相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的Doppler頻移，還因?yàn)榻邮諜C(jī)本機(jī)時(shí)鐘的誤差，該頻率是不確定的。所以在初始信號(hào)捕獲過程中，必須在該允許的不確定頻率范圍內(nèi)搜索該信號(hào)。一旦近似確定了該Doppler頻率偏移，載波解調(diào)可以通過數(shù)字處理方法，對它進(jìn)行補(bǔ)償。
至此說明的絕大部分功能，都是用數(shù)字裝置完成的。在高速的A/D轉(zhuǎn)換之后，使用由微控制器控制的專用硬件進(jìn)行消擴(kuò)頻。該微控制器還執(zhí)行另外的數(shù)字處理任務(wù)，例如數(shù)據(jù)的檢測、定時(shí)的恢復(fù)、和導(dǎo)航。
一種通常用來保持碼時(shí)間對準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)，被稱為“延遲鎖定環(huán)”(DLL)。一種用本機(jī)產(chǎn)生的偽隨機(jī)噪聲碼信號(hào)超前的、當(dāng)前的、及滯后的版本，與接收的復(fù)合信號(hào)進(jìn)行相關(guān)的DLL跟蹤系統(tǒng)，通常被用來保持每一信道中的碼鎖定。不管是多通道傳播，也不管接收機(jī)的突然運(yùn)動(dòng)，必須保持碼鎖定。
該種DLL，首先由Spilker引進(jìn)(J.J.Spilker Jr.，“GPSStructure and Performance Characteristics.”Navigation Vol.，25 No.2PP.121-146(1978))，它基于接收機(jī)產(chǎn)生的偽隨機(jī)噪聲碼的兩個(gè)時(shí)移版本，即超前版本和滯后版本，與輸入的信號(hào)的相關(guān)操作。圖1畫出輸入信號(hào)與偽隨機(jī)噪聲碼之間理想的規(guī)格化相關(guān)函數(shù)。圖1中，橫軸是輸入信號(hào)與接收機(jī)碼發(fā)生器之間的時(shí)延，以Tc，即碼的碼片時(shí)間為單位。當(dāng)接收機(jī)的碼發(fā)生器與輸入信號(hào)準(zhǔn)確同步時(shí)，相關(guān)函數(shù)幾乎為1。當(dāng)接收機(jī)的碼發(fā)生器領(lǐng)先于或滯后于輸入信號(hào)大于Tc時(shí)，相關(guān)函數(shù)幾乎為零。(例如在GPS C/A-碼信號(hào)中，碼片的“信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間”的長度為1023碼片，所以相關(guān)函數(shù)在領(lǐng)先或滯后大于Tc時(shí)是-1/1023，而在完全同步時(shí)是1)。在中間，相關(guān)函數(shù)是線性的。在大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)的接收機(jī)構(gòu)造中，開始時(shí)，超前(E)和滯后(L)的相關(guān)定時(shí)不同，差2Δ＝Tc，如圖1所示。具體說，圖1是在當(dāng)前相關(guān)與輸入信號(hào)準(zhǔn)確地同步時(shí)，即在時(shí)間零時(shí)，畫出超前相關(guān)和滯后相關(guān)相對于輸入信號(hào)的定時(shí)，該當(dāng)前相關(guān)實(shí)際上是用來對輸入信號(hào)消擴(kuò)頻的，并且是在時(shí)間準(zhǔn)確為超前相關(guān)和滯后相關(guān)的中點(diǎn)處執(zhí)行消擴(kuò)頻的。在完全同步時(shí)，超前相關(guān)和滯后相關(guān)之差為零。在當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)先或滯后于完全同步時(shí)，超前相關(guān)和滯后相關(guān)之差如圖2標(biāo)記“k＝1”的曲線所示。該曲線是在保持圖1中標(biāo)記“E”和“L”兩豎直線之間的間隔為2Δ＝Tc的同時(shí)，把兩線向左和向右滑移而產(chǎn)生的，并作為該兩線中點(diǎn)的時(shí)間的函數(shù)，畫出“E”線長度和“L”線長度之差。為了顯而易見的理由，該曲線被稱為“S-曲線”。該曲線給出輸入信號(hào)與接收機(jī)碼發(fā)生器之間的定時(shí)失配。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)相干延遲鎖定環(huán)跟蹤系統(tǒng)10的方框圖。各箭頭表明數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。偽隨機(jī)噪聲碼由碼發(fā)生器12產(chǎn)生。在當(dāng)前乘法器14、超前乘法器16、和滯后乘法器18中，用該碼乘輸入信號(hào)C(t)。輸入超前乘法器16的碼，比輸入當(dāng)前乘法器14的碼領(lǐng)先Δ(方框24)。輸入滯后乘法器18的碼，比輸入當(dāng)前乘法器14的碼延遲Δ(方框26)。超前乘法器16、當(dāng)前乘法器14、和滯后乘法器18的輸出，經(jīng)低通濾波(分別由方框20、21、和22表示)。低通濾波器20與22的輸出都是相關(guān)信號(hào)，把它們相減(方框28)，得到相應(yīng)的S-曲線值。因此，超前乘法器16與低通濾波器20一起構(gòu)成超前相關(guān)器；同樣，滯后乘法器18與低通濾波器22一起構(gòu)成滯后相關(guān)器。S-曲線值是控制信號(hào)，經(jīng)過環(huán)濾波器30變換為正比于時(shí)移的控制電壓，該控制電壓必須加在碼發(fā)生器12產(chǎn)生的碼上，以獲得與輸入信號(hào)C(t)同步。該控制電壓加在VCO32上。VCO32的輸出是驅(qū)動(dòng)碼發(fā)生器12的碼相位信號(hào)。延遲環(huán)跟蹤系統(tǒng)10構(gòu)成DLL的專用部分，由虛線框34標(biāo)出。
環(huán)濾波器30和VCO32，各以一種或多種狀態(tài)變量表征，碼相位本身屬VCO32狀態(tài)變量之一。環(huán)濾波器30任何時(shí)間的輸出，都依賴于來自減法框28的輸入和各狀態(tài)變量的瞬時(shí)值。各狀態(tài)變量本身可以是時(shí)間的動(dòng)態(tài)函數(shù)，也可以設(shè)定和從外部讀入。例如，可以在環(huán)濾波器30中實(shí)現(xiàn)一個(gè)狀態(tài)變量等于Doppler頻移。從和向環(huán)濾波器30和VCO32讀出和寫入的功能，在圖3中用有三個(gè)箭頭的雙線箭頭36表示。
各種非相干的DLL也是人們熟知的。非相干DLL除了在方框28中減去低通濾波器20和22輸出的絕對值外，與DLL34全同。
已知使用間隔2Δ等于Tc來產(chǎn)生S-曲線，可以在抵抗隨機(jī)噪聲干擾與抵抗接收機(jī)運(yùn)動(dòng)干擾兩者之間，提供良好的折衷選擇?？梢宰C明，碼相位因隨機(jī)噪聲而產(chǎn)生的方差，正比于Δ。該折衷選擇在于，窄的間隔使系統(tǒng)對因接收機(jī)的突然運(yùn)動(dòng)而失鎖更為敏感。圖2畫出Δ等于2-k(k＝1、2、3、4和5)的S-曲線。圖上如實(shí)標(biāo)明k＝1、k＝2、和k＝3的曲線。應(yīng)當(dāng)指出，所有五條曲線都是線性的，在各自的區(qū)間[-Δ，Δ]內(nèi)有斜率2/Tc。關(guān)于k＞1時(shí)失鎖敏感度的增加，是由于相應(yīng)S-曲線的平坦部分引起的。在許多現(xiàn)有技術(shù)接收機(jī)的構(gòu)造中，在捕獲信號(hào)之后，把2Δ降低至Tc以下，以減小由隨機(jī)噪聲引起的跟蹤誤差，卻又使系統(tǒng)更易受失鎖的損害。
因此廣泛認(rèn)識(shí)到，在接收偽隨機(jī)噪聲調(diào)制的信號(hào)的接收機(jī)中，建立一種保持碼鎖定的系統(tǒng)和方法，把抵抗因具有寬相關(guān)間隔的DLL接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的失鎖干擾，與抵抗隨機(jī)噪聲及因具有窄相關(guān)間隔的DLL的多通道傳播干擾，結(jié)合起來，是有必要的，且將是極其有用的。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，是提供一種跟蹤輸入信號(hào)的方法，該信號(hào)包含多個(gè)有確定碼片持續(xù)時(shí)間的碼片，本方法包括的步驟為(a)產(chǎn)生一個(gè)碼的多個(gè)實(shí)例(instance)，各實(shí)例是分層排序的，實(shí)例中有一第一實(shí)例，使不同于第一實(shí)例的每一實(shí)例，都有一前置實(shí)例；(b)對每一實(shí)例，把輸入信號(hào)與該碼相關(guān)，產(chǎn)生一超前相關(guān)與一滯后相關(guān)，超前相關(guān)在時(shí)間上領(lǐng)先于滯后相關(guān)某一確定倍數(shù)的碼片持續(xù)時(shí)間，于是，對不同于第一實(shí)例的每一實(shí)例，其倍數(shù)少于前置實(shí)例相應(yīng)的倍數(shù)，從而產(chǎn)生代表輸入信號(hào)與碼之間定時(shí)失配的控制信號(hào)；(c)對每一實(shí)例，把控制信號(hào)變換為碼相位信號(hào)，該碼相位信號(hào)是相應(yīng)碼片持續(xù)時(shí)間倍數(shù)的函數(shù)，不同于第一實(shí)例的每一實(shí)例的碼相位信號(hào)，既與控制信號(hào)有關(guān)，也與前置實(shí)例的碼相位信號(hào)有關(guān)；和(d)通過把各碼相位信號(hào)外推至碼片持續(xù)時(shí)間倍數(shù)為零，把各碼相位信號(hào)變換為一組合的碼相位信號(hào)。
按照本發(fā)明，是提供一種跟蹤輸入信號(hào)的方法，該信號(hào)包含多個(gè)有確定碼片持續(xù)時(shí)間的碼片，本方法包括的步驟為(a)產(chǎn)生一個(gè)碼的多個(gè)實(shí)例；(b)對每一實(shí)例，把輸入信號(hào)與該碼相關(guān)，產(chǎn)生一超前相關(guān)與一滯后相關(guān)，超前相關(guān)在時(shí)間上領(lǐng)先于滯后相關(guān)某一確定倍數(shù)的碼片持續(xù)時(shí)間，從而產(chǎn)生代表輸入信號(hào)與碼之間定時(shí)失配的控制信號(hào)；(c)對每一實(shí)例，把控制信號(hào)變換為碼相位信號(hào)，該碼相位信號(hào)是相應(yīng)碼片持續(xù)時(shí)間倍數(shù)的函數(shù)；和(d)通過把各碼相位信號(hào)外推至碼片持續(xù)時(shí)間倍數(shù)為零，把各碼相位信號(hào)變換為一組合的碼相位信號(hào)。
按照本發(fā)明，是提供一種跟蹤輸入信號(hào)的方法，該信號(hào)包含多個(gè)有確定碼片持續(xù)時(shí)間的碼片，本方法包括的步驟為(a)產(chǎn)生一個(gè)碼的多個(gè)實(shí)例，各實(shí)例是分層排序的，實(shí)例中有一第一實(shí)例，使不同于第一實(shí)例的每一實(shí)例，都有一前置實(shí)例；(b)對每一實(shí)例，產(chǎn)生代表輸入信號(hào)與碼之間定時(shí)失配的控制信號(hào)；(c)對每一實(shí)例，把控制信號(hào)變換為碼相位信號(hào)；和(d)如果各碼相位信號(hào)彼此不同，則按照一種把輸入信號(hào)與碼相關(guān)的分段線性模型，把各碼相位信號(hào)變換為一組合的碼相位信號(hào)。
本發(fā)明利用相關(guān)間隔依次變窄的DLL分層，達(dá)到所述目標(biāo)。在除去有最寬相關(guān)間隔之外的所有DLL中，把VCO32獲得的碼相位，與現(xiàn)在正被DLL使用的具有次最寬相關(guān)間隔的碼相位比較，并作相應(yīng)的調(diào)整。最好是，在分層中有四個(gè)DLL，相關(guān)間隔2Δ分別為Tc、Tc/2、Tc/4、和Tc/8。
Fenton在美國專利No.5,414,729中，為了計(jì)及多通道失真，還利用輸入信號(hào)與若干個(gè)偽隨機(jī)噪聲碼實(shí)例相關(guān)，每一實(shí)例相對于輸入信號(hào)移動(dòng)Tc的不同分?jǐn)?shù)，把各相關(guān)與一多通道失真模型擬合；但是該各相關(guān)是獨(dú)立地計(jì)算的，且與某一相關(guān)有關(guān)的碼相位不被用來約束另一相關(guān)的碼相位，這與本發(fā)明不同。
Fenton使用的多通道失真模型頗為復(fù)雜，他用多個(gè)多通道信號(hào)的相對時(shí)間延遲和相對相位等參量表示。本發(fā)明的內(nèi)容包括簡單得多的計(jì)及多通道失真的方法，用相關(guān)函數(shù)的簡單的分段線性模型產(chǎn)生，不明顯使用多通道信號(hào)參量來表示本模型的參量。


在本文中，僅通過舉例的方式，參照

本發(fā)明，其中圖1是輸入信號(hào)與偽隨機(jī)噪聲碼之間的相關(guān)函數(shù)曲線；圖2是與圖1相關(guān)函數(shù)對應(yīng)的S-曲線圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)延遲鎖定環(huán)的方框圖；圖4是本發(fā)明分層DLL跟蹤系統(tǒng)的高度概括的方框圖；圖5表明本發(fā)明的較可取算法的動(dòng)機(jī)；圖6說明多通道誤差產(chǎn)生的原因；圖7說明，當(dāng)存在多通道誤差時(shí)，輸入信號(hào)與偽隨機(jī)噪聲碼之間相關(guān)函數(shù)的分段線性模型；圖8是本發(fā)明另一個(gè)分層DLL跟蹤系統(tǒng)的高度概括的方框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種接收偽隨機(jī)噪聲調(diào)制的信號(hào)的接收機(jī)，該種接收機(jī)比類似的現(xiàn)有技術(shù)接收機(jī)更能抵抗各種誤差源的干擾。具體說，本發(fā)明能夠用作導(dǎo)航接收機(jī)，例如用在GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中。
參照各圖及所附說明，可以對本發(fā)明的導(dǎo)航接收機(jī)的原理和操作，有更好的了解。
再次參考附圖。圖4是本發(fā)明分層DLL跟蹤系統(tǒng)40的高度概括的方框圖，包括四個(gè)DLL44、46、48、和50。每一DLL用它的相關(guān)間隔之半Δk標(biāo)記在DLL44中是Δ0，通常是Tc/2；在DLL46中，Δ1＜Δ0；在DLL48中，Δ2＜Δ1；以及在DLL50中，Δ3＜Δ2。全部四個(gè)DLL的輸入，都是輸入信號(hào)C(t)。各DLL44、46、48、和50，基本上與圖3的DLL34全同，包括各種設(shè)備，標(biāo)記“s0”、“s1”、“s2”、和 “s3”的有雙箭頭的箭頭，表示與邏輯塊60交換狀態(tài)變量Sk。邏輯塊60還從DLL44、46、48、和50接收代表碼相位的信號(hào)dk，該碼相位信號(hào)必須加在碼發(fā)生器12產(chǎn)生的碼上，以獲得與輸入信號(hào)C(t)同步。在跟蹤系統(tǒng)40最簡單的實(shí)施辦法中，信號(hào)dk是來自VCO32的碼相位本身。標(biāo)記“d0”的箭頭，是單箭頭，表明碼相位信號(hào)d0僅從DLL44輸出。標(biāo)記“d1”、“d2”、和“d3”的箭頭，是雙箭頭，表明對每一k＞0，邏輯塊60把碼相位信號(hào)dk與碼相位信號(hào)dk-1比較，并據(jù)此調(diào)整dk。
圖4畫出DLL44的碼發(fā)生器12的輸出，輸入至當(dāng)前乘法器14，用于對輸入信號(hào)C(t)消擴(kuò)頻。任何一個(gè)DLL44、46、48、和50的碼發(fā)生器12的輸出，都可以用來消擴(kuò)頻。使用寬Δk的DLL碼發(fā)生器12的輸出來消擴(kuò)頻，提供對碼失鎖的抵抗力。使用窄Δk的DLL碼發(fā)生器12的輸出來消擴(kuò)頻，提供對隨機(jī)噪聲的抵抗力。
圖5A和5B表明，根據(jù)dk-1來調(diào)整碼相位信號(hào)dk，k＞0，的較可取算法的動(dòng)機(jī)。該算法背后的原理是，輸入信號(hào)與偽隨機(jī)噪聲碼之間的相關(guān)函數(shù)，必然是單值函數(shù)。由于諸如多通道傳播等系統(tǒng)效應(yīng)，不像圖1理想的相關(guān)函數(shù)，真正的相關(guān)函數(shù)不是對稱的，而是非對稱的，如圖5A所示。當(dāng)DLL44已經(jīng)收斂于碼鎖定時(shí)，DLL44的超前與滯后相關(guān)器產(chǎn)生全同的相關(guān)，于是在相關(guān)函數(shù)上的對應(yīng)點(diǎn)，是在水平線130兩端標(biāo)記“E”和“L”的那些點(diǎn)，分開的間隔是2Δ0＝Tc。同樣，當(dāng)DLL46已經(jīng)收斂于碼鎖定時(shí)，DLL46的超前與滯后相關(guān)器產(chǎn)生全同的相關(guān)，于是在相關(guān)函數(shù)上的對應(yīng)點(diǎn)，是在水平線132兩端標(biāo)記“ E”和“L”的那些點(diǎn)，分開的間隔是2Δ1＜Tc。DLL44輸出的碼相位信號(hào)d0，等于線130的中點(diǎn)在橫軸(時(shí)間軸)上的投射點(diǎn)134。DLL46輸出的碼相位信號(hào)d1，對應(yīng)于線132的中點(diǎn)在橫軸上的投射點(diǎn)136。因?yàn)榫€132比線130短，相關(guān)函數(shù)又是單值的，所以碼相位134和136之差必然小于Δ0-Δ1。對碼相位134和136之差大于Δ0-Δ1，則相關(guān)函數(shù)必定是多值的，如圖5B所示，這在數(shù)學(xué)上是不可能的。
因此，碼相位信號(hào)的調(diào)整如下。按明白無誤的符號(hào)替換，令dk代表分層的第k個(gè)DLL第k個(gè)碼相位本身，而不是代表第k個(gè)碼相位的信號(hào)。令sk代表第k組狀態(tài)變量。該算法如下IF(dk-dk-1＞Δk-1-Δk)THENdk＝dk-1+(Δk-1-Δk)sk＝sk-1ELSE IF(dk-dk-1＜Δk-1-Δk)THENdk＝dk-1-(Δk-1-Δk)sk＝sk-1ELSE(保持dk和sk不變)END IF符號(hào)“＝”表示置換。如果dk與dk-1差別太大，以至于該差別在數(shù)學(xué)上是不可能的，則假定該第k個(gè)DLL已經(jīng)碼失鎖，同時(shí)在dk- 1的基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)上允許的極端值代替dk。如果dk是不可靠的，則sk也可以推定為不可靠的，并用sk-1代替。
當(dāng)存在比直接信號(hào)延遲小于2Tc的多通道信號(hào)時(shí)，總輸入信號(hào)與偽隨機(jī)噪聲碼之間的相關(guān)函數(shù)不是對稱的，而是非對稱的，不像圖1所示。圖6說明該種現(xiàn)象，圖中畫出直接信號(hào)與偽隨機(jī)噪聲碼間理想的規(guī)格化相關(guān)函數(shù)(虛線)、強(qiáng)度為直接信號(hào)之半而延遲Tc/2的多通道信號(hào)與偽隨機(jī)噪聲碼間理想的相關(guān)函數(shù)(點(diǎn)線)、以及總相關(guān)函數(shù)(實(shí)線)，即虛線與點(diǎn)線兩曲線之和。雖然直接信號(hào)和多通道信號(hào)與偽隨機(jī)噪聲碼的相關(guān)函數(shù)，分別是對稱的，但它們的和卻是不對稱的。事實(shí)上，總相關(guān)函數(shù)的線段AB和BC的斜率具有不相同的數(shù)值表明，當(dāng)某半相關(guān)間隔Δk小于Tc/3(點(diǎn)A和C間的間隔之半)的DLL收斂于碼鎖定時(shí)，則該DLL輸出的碼相位信號(hào)dk大于零。應(yīng)當(dāng)指出，總相關(guān)函數(shù)的線段AB和CD的斜率符號(hào)相反但數(shù)值相同，所以半相關(guān)間隔在Tc/3與2Tc/3之間(點(diǎn)A和在線段CD上總相關(guān)函數(shù)取值0.5的點(diǎn)E間的間隔之半)的各DLL，輸出的碼相位信號(hào)全部相同。這一事實(shí)提出了總相關(guān)函數(shù)的簡單的分段線性模型，如圖7所示。該模型有三段左段FG、中段GH、和右段HI。FG和HI兩段的斜率數(shù)值相等但符號(hào)相反。GH段的斜率，與HI段斜率符號(hào)相同，但數(shù)值較小。從點(diǎn)H向左投射的水平線，與段FG交于點(diǎn)J。三角形GHJ的底，即線段JH，長度為2L。因此，雖然點(diǎn)G是在直接信號(hào)的到達(dá)時(shí)間T0，但半相關(guān)間隔Δ小于或等于L的DLL，產(chǎn)生一直接信號(hào)到達(dá)時(shí)間T的估算值(收斂于碼鎖定之后的DLL碼相位信號(hào))，T與T0的偏差是Δ的線性函數(shù)T＝T0+mΔ且該偏差落在線段GP上；還有，半相關(guān)間隔Δ大于或等于L的DLL，產(chǎn)生的直接信號(hào)到達(dá)時(shí)間T的估算值，則落在豎直線段PQ上。
現(xiàn)在考慮本發(fā)明的分層跟蹤系統(tǒng)有K個(gè)DLL，具有的ΔK和ΔK- 1＝2ΔK兩者都小于L。由DLL K產(chǎn)生的T0的估算值為TK＝T0+mΔK由DLL K-1產(chǎn)生的T0的估算值為TK-1＝T0+mΔK-1＝Y(jié)0+2mΔK通過簡單的代數(shù)運(yùn)算得T0＝2TK-TK-1因此，按照本發(fā)明，用于T0的校正估算值是2TK-TK-1，這里TK是從具有最短半相關(guān)間隔的DLL獲得的T0的估算值，而TK-1是從具有次最短半相關(guān)間隔的DLL獲得的T0的估算值。
按照圖7的分段線性模型，如果ΔK和ΔK-1兩者都小于或等于L，那么T0＝2TK-TK-1的估算值是精確的。如果ΔK小于L，但ΔK-1大于L，那么該估算值由于小于L而不精確。如果ΔK和ΔK-1兩者都大于L，那么在線段PQ上的該估算值，由于線段PQ從T0向右位移，所以是不精確的。因此，按照圖7的分段線性模型，由本發(fā)明提供的對T0的估算值誤差，受到上述情況的嚴(yán)格限制。
當(dāng)然，圖7的分段線性模型是總相關(guān)函數(shù)粗略的過于簡化的模型。圖7的模型甚至不能反映圖6中A點(diǎn)以左或D點(diǎn)以右的相關(guān)函數(shù)的特征。圖6的總相關(guān)函數(shù)，本身也是真實(shí)情況的簡化。真實(shí)的總相關(guān)函數(shù)是帶寬受限的，從而應(yīng)有尖銳的轉(zhuǎn)角。此外，真實(shí)的總相關(guān)函數(shù)很可能包括若干多通道信號(hào)效應(yīng)。
因此，在本發(fā)明的較可取的實(shí)施例中，若干個(gè)DLL產(chǎn)生的Tk值，連同各自的半相關(guān)間隔Δk，被外推至Δ＝0，以獲得T0的校正估算值。如上所述，利用兩個(gè)DLL的兩個(gè)Tk值，建立Δ的線性函數(shù)模型T(Δ)。利用多于兩個(gè)DLL的多于兩個(gè)的Tk值，建立Δ的非線性函數(shù)模型T(Δ)。最簡單的該種非線性函數(shù)，是多項(xiàng)式T(Δ)=Σj=0jαjΔj]]>用K個(gè)不同的DLL(J＝K-1)，產(chǎn)生與K個(gè)不同半相關(guān)間隔Δk(K=1，…，K)對應(yīng)的K個(gè)不同值Tk，可以給出K個(gè)未知數(shù)的K個(gè)方程Tk=T(Δk)=Σj=0jαjΔjk]]>對該K個(gè)方程求解這些K個(gè)未知系數(shù){αj}，則α0就是需要的T0的估算值。
圖8是本發(fā)明分層DLL跟蹤系統(tǒng)40′的高度概括的方框圖。DLL跟蹤系統(tǒng)40′類似于DLL跟蹤系統(tǒng)40，且在圖4和圖8中，用相同的參考數(shù)字表示該兩個(gè)跟蹤系統(tǒng)相同的部件。DLL跟蹤系統(tǒng)40′是DLL跟蹤系統(tǒng)40的改進(jìn)，考慮了總相關(guān)函數(shù)的多通道失真。跟蹤系統(tǒng)40與跟蹤系統(tǒng)40′的差別在于，代替用四個(gè)DLL44、46、48、和50之一的碼發(fā)生器12的輸出，對輸入信號(hào)C(t)消擴(kuò)頻，DLL跟蹤系統(tǒng)40′如上所述，把各DLL44、46、48、和50的碼相位信號(hào)dk外推至相關(guān)間隔為零，并用該外推碼相位信號(hào) 來驅(qū)動(dòng)一獨(dú)立的碼發(fā)生器12′，用該碼發(fā)生器12′的輸出對輸入信號(hào)C(t)消擴(kuò)頻。
應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的接收機(jī)比本文所說明的包括更多的部件。本文的討論專注于碼跟蹤所必需的部件。本發(fā)明接收機(jī)的所有其他部件，例如用于輸入信號(hào)的捕獲和解調(diào)，以產(chǎn)生輸入信號(hào)C(t)的前端部分，和用本發(fā)明的DLL分層輸出來導(dǎo)航的后端部分，基本上與現(xiàn)有技術(shù)的接收機(jī)的對應(yīng)部分相同。如何把本發(fā)明的DLL分層接入常規(guī)的導(dǎo)航接收機(jī)，對本領(lǐng)域熟練人員是顯而易見的。
雖然已經(jīng)用有限數(shù)量的實(shí)施例說明了本發(fā)明，但很明顯，還可以對本發(fā)明作許多變化、更改、和其他應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種跟蹤輸入信號(hào)的方法，該信號(hào)包含多個(gè)有確定碼片持續(xù)時(shí)間的碼片，該方法包括步驟(a)產(chǎn)生碼的多個(gè)實(shí)例，所述實(shí)例是分層排序的，所述實(shí)例中有一個(gè)第一實(shí)例，使不同于所述第一實(shí)例的每一所述實(shí)例，都有一前置實(shí)例；(b)對每一所述實(shí)例，把輸入信號(hào)與所述碼相關(guān)，產(chǎn)生一超前相關(guān)和一滯后相關(guān)，所述超前相關(guān)在時(shí)間上領(lǐng)先于所述滯后相關(guān)某一確定倍數(shù)的碼片持續(xù)時(shí)間，于是，對不同于所述第一實(shí)例的每一所述實(shí)例，所述倍數(shù)少于所述前置實(shí)例相應(yīng)的所述倍數(shù)，從而產(chǎn)生代表輸入信號(hào)與所述碼之間定時(shí)失配的控制信號(hào)；(c)對每一所述實(shí)例，把所述控制信號(hào)變換為碼相位信號(hào)，該碼相位信號(hào)是相應(yīng)的所述碼片持續(xù)時(shí)間倍數(shù)的函數(shù)，不同于所述第一實(shí)例的每一所述實(shí)例的所述碼相位信號(hào)，既依賴于所述控制信號(hào)，也依賴于所述前置實(shí)例的所述碼相位信號(hào)；和(d)通過把所述各碼相位信號(hào)外推至所述碼片持續(xù)時(shí)間倍數(shù)為零，把所述各碼相位信號(hào)變換為一組合的碼相位信號(hào)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述每一實(shí)例的所述產(chǎn)生，包括應(yīng)用所述碼相位信號(hào)來降低所述定時(shí)失配。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述控制信號(hào)是所述超前相關(guān)與所述滯后相關(guān)之差。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中，對不同于所述第一實(shí)例的每一所述實(shí)例，從所述控制信號(hào)到所述碼相位信號(hào)的所述變換，是通過以下步驟完成的(i) 把所述控制信號(hào)變換為初步的碼相位信號(hào)；(ii) 把所述初步碼相位信號(hào)與所述前置實(shí)例的所述碼相位信號(hào)比較；和(iii)如果所述初步碼相位信號(hào)與所述前置實(shí)例的所述碼相位信號(hào)的偏差超過某一確定閾值，則用所述前置實(shí)例的所述碼相位信號(hào)的某一函數(shù)，作為所述每一實(shí)例的所述碼相位信號(hào)。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其中所述函數(shù)，是所述前置實(shí)例的所述碼相位信號(hào)，與所述閾值乘所述偏差符號(hào)之積的和。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其中，對不同于所述第一實(shí)例的每一所述實(shí)例，所述閾值等于下述兩者之差，即所述前置延遲鎖定環(huán)的所述碼片持續(xù)時(shí)間的所述倍數(shù)之半，與所述每一延遲鎖定環(huán)的所述碼片持續(xù)時(shí)間的所述倍數(shù)之半之差。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中，對不同于所述第一實(shí)例的每一所述實(shí)例，從所述控制信號(hào)到所述碼相位信號(hào)的所述變換，是通過以下步驟完成的(i) 把所述控制信號(hào)變換為初步的碼相位信號(hào)；(ii) 把所述初步碼相位信號(hào)與所述前置實(shí)例的所述碼相位信號(hào)比較；和(iii)如果所述初步碼相位信號(hào)與所述前置實(shí)例的所述碼相位信號(hào)的偏差超過某一確定閾值，則用所述前置實(shí)例的所述碼相位信號(hào)的某一函數(shù)，作為所述每一實(shí)例的所述碼相位信號(hào)。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其中所述函數(shù)，是所述前置實(shí)例的所述碼相位信號(hào)，與所述閾值乘所述偏差符號(hào)之積的和。
9.按照權(quán)利要求1的方法，其中從所述控制信號(hào)到所述碼相位信號(hào)的所述變換，是用環(huán)濾波器完成的。
10.一種跟蹤輸入信號(hào)的方法，該信號(hào)包含多個(gè)有確定碼片持續(xù)時(shí)間的碼片，該方法包括步驟(a)產(chǎn)生碼的多個(gè)實(shí)例；(b)對每一所述實(shí)例，把輸入信號(hào)與所述碼相關(guān)，產(chǎn)生一超前相關(guān)和一滯后相關(guān)，所述超前相關(guān)在時(shí)間上領(lǐng)先于所述滯后相關(guān)某一確定倍數(shù)的碼片持續(xù)時(shí)間，從而產(chǎn)生代表輸入信號(hào)與所述碼之間定時(shí)失配的控制信號(hào)；(c)對每一所述實(shí)例，把所述控制信號(hào)變換為碼相位信號(hào)，該碼相位信號(hào)是相應(yīng)所述碼片持續(xù)時(shí)間倍數(shù)的函數(shù)；和(d)通過把所述各碼相位信號(hào)外推至所述碼片持續(xù)時(shí)間倍數(shù)為零，把所述各碼相位信號(hào)變換為一組合的碼相位信號(hào)。
11.一種跟蹤輸入信號(hào)的方法，該信號(hào)包含多個(gè)有確定碼片持續(xù)時(shí)間的碼片，該方法包括步驟(a)產(chǎn)生碼的多個(gè)實(shí)例，所述實(shí)例是分層排序的，所述實(shí)例中有一個(gè)第一實(shí)例，使不同于所述第一實(shí)例的每一所述實(shí)例，都有一前置實(shí)例；(b)對每一所述實(shí)例，產(chǎn)生代表輸入信號(hào)與所述碼之間定時(shí)失配的控制信號(hào)；(c)對每一所述實(shí)例，把所述控制信號(hào)變換為碼相位信號(hào)；和(d)如果所述各碼相位信號(hào)彼此不同，則按照把輸入信號(hào)與所述碼相關(guān)的分段線性模型，把所述各碼相位信號(hào)變換為一組合的碼相位信號(hào)。
全文摘要
一種接收偽隨機(jī)噪聲調(diào)制信號(hào)的接收機(jī)，使用延遲鎖定環(huán)(DLL)的分層來保持碼的鎖定。分層中每一DLL(44、46、48、50)產(chǎn)生一代表輸入信號(hào)與一外部產(chǎn)生的偽隨機(jī)噪聲碼之間定時(shí)失配的控制信號(hào)(s
文檔編號(hào)H04B1/707GK1401083SQ01805111
公開日2003年3月5日 申請日期2001年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月16日
發(fā)明者阿卡迪·莫里維史特曼 申請人:英芬能技術(shù)公司