一种接收机高动态环境下自适应跟踪方法
【专利摘要】本发明公开了一种接收机高动态环境下自适应跟踪方法。该方法通过实时检测接收机跟踪信号的动态特性和信噪特性来调整跟踪环路中的锁频环、锁相环和锁频环辅助锁相环环路滤波器的带宽，使其保持最优值；同时还调整锁频环辅助锁相环的辅助系数来增大跟踪环路的动态适应范围，提局跟踪环路在局动态环境下的稳定性。本发明提出跟踪方法能够使接收机在动态变化环境下及时调整自身参数，将跟踪卫星导航信号的误差保持在较小的范围内，克服了现有技术中接收机在高动态环境下跟踪误差大，容易发生失锁现象的缺点。
【专利说明】一种接收机高动态环境下自适应跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星通信接收机，尤其涉及一种接收机高动态环境下自适应跟踪方 法。
【背景技术】
[0002] 北斗卫星导航系统（以下简称BD)是我国自主建设、独立运行，并与世界其他卫星 导航系统兼容共用的全球卫星导航系统。由5颗地球静止轨道（GE0)卫星、27颗中圆地球 轨道（ΜΕ0)卫星和3颗倾斜地球同步轨道（IGS0)卫星组成。目前北斗卫星导航系统已成 功发射16颗卫星，形成了区域服务能力，面向我国及周边大部分地区提供无源定位、导航 和授时等服务。
[0003] BD卫星信号有B1、B2和B3三个频点，其中B1和B2为两个民用信号。B1和B2信 号由I、Q两个支路的"测距码+导航电文"正交调制在载波上构成。
[0004] BD接收机的基带信号处理主要包括捕获、跟踪、同步（帧同步和位同步）和导航解 算等步骤。BD接收机在通过天线接收到相应频点的载波信号后，将载波信号经过下变频和 模数转换变成中频数字信号，提供给捕获模块。捕获模块通过复现中频载波和测距码以及 调整它们的参数来获取所有可见卫星的载波频率和测距码相位的粗略值。跟踪环路基于捕 获模块得到的信息对可见卫星的载波频率和测距码的相位进行进一步的精确测量。当跟踪 环路成功锁定卫星信号时，就可以进行位同步，以及帧同步操作，最后根据得到的电文信息 进行位置、速度、时间（PVT)解算。
[0005] 在BD接收机中，跟踪环路通过对BD信号的载波频率和测距码相位进行精确跟踪， 并根据码跟踪环测量的测距码相位获取伪距信息，从同相支路中解调出导航电文信息，从 而为导航解算提供所需的伪距和电文数据。因此，跟踪环路测量的伪距精度和导航电文解 调质量直接决定了 BD接收机的定位精度。
[0006] 在跟踪环路中，环路滤波器的性能决定着跟踪环路的性能，而决定环路滤波器性 能的主要是环路滤波器的阶数和噪声带宽。高的阶数能够跟踪高阶次的动态信号。窄的噪 声带宽有助于滤除环路中噪声，提高环路的跟踪精度。宽的噪声带宽跟踪范围较大，适合跟 踪动态较高的信号，但同时也会增大环路中的噪声。目前，现有的BD接收机跟踪环路至少 包括锁频环、锁相环以及锁频环辅助锁相环中的一种，其阶数和环路带宽早已设定，限制了 环路的动态适用范围，在高动态环境下容易造成跟踪误差加大，甚至环路失锁的现象。具体 问题如下：
[0007] 1)锁相环虽然对载波跟踪误差较小，但是动态性能较差，在高动态环境下跟踪载 波相位难度较大，容易失锁；
[0008] 2)锁频环虽然对动态信号有较大的跟踪范围，但是跟踪误差比较大；
[0009] 3)锁频环辅助锁相环虽然在一定程度上能够改善跟踪环路的动态性能，但是其固 定的初始环路带宽限制了环路动态范围和抗噪声干扰的能力。而且，虽然基于卡尔曼滤波 技术的跟踪环路能够较好地跟踪信号，但是其复杂度高，而且软件实现成本高。
【发明内容】
[0010] 针对上述问题，本发明提出了一种新的接收机高动态环境下自适应跟踪方法，其 包括以下步骤：
[0011] S100、根据捕获的中频载波频率和测距码相位，初始化载波发生器和测距码发生 器产生信号的相关参数；
[0012] S200、利用载波发生器和测距码发生器产生的信号对中频载波数字信号进行载波 剥离和测距码剥离，提取基带数字信号；
[0013] S300、对基带数字信号进行鉴相、鉴频和载噪比计算；
[0014] S400、根据鉴相、鉴频和载噪比计算结果，按照预设的数学映射关系求取新的锁频 环路带宽和锁相环路带宽以及锁频环辅助锁相环的辅助系数；
[0015] S500、根据新的锁频环路带宽和锁相环路带宽以及锁频环辅助锁相环的辅助系数 重新设置环路滤波器的带宽；
[0016] S600、根据环路滤波器的输出结果调整载波发生器和测距码发生器，返回步骤 S200。
[0017] 根据本发明的实施例，上述步骤S100中，所述相关参数包括载波发生器的相位增 量控制字和测距码发生器的初始相位；
[0018] 可以按照下式初始化载波发生器的相位增量控制字
【权利要求】
1. 一种接收机高动态环境下自适应跟踪方法，包括以下步骤： S100、根据捕获的中频载波频率和测距码相位，初始化载波发生器和测距码发生器产 生信号的相关参数； S200、利用载波发生器和测距码发生器产生的信号对中频载波数字信号进行载波剥离 和测距码剥离，提取基带数字信号； S300、对基带数字信号进行鉴相、鉴频和载噪比计算； S400、根据鉴相、鉴频和载噪比计算结果，按照预设的数学映射关系求取新的锁频环路 带宽和锁相环路带宽以及锁频环辅助锁相环的辅助系数； S500、根据新的锁频环路带宽和锁相环路带宽以及锁频环辅助锁相环的辅助系数重新 设置环路滤波器的带宽； S600、根据环路滤波器的输出结果调整载波发生器和测距码发生器，返回步骤S200。
2. 如权利要求1所述的自适应跟踪方法，其特征在于： 步骤S100中，所述相关参数包括载波发生器的相位增量控制字和测距码发生器的初 始相位； 按照下式初始化载波发生器的相位增量控制字
：
其中，Μ为载波发生器的相位累加器的字长，
为载波发生器的时钟，
为捕获的中 频载波频率值； 按照下式初始化测距码产生器的初始相位
：
其中，Cpha为捕获的测距码相位值。
3. 如权利要求1所述的自适应跟踪方法，其特征在于： 步骤S300中，所述鉴相包括码环鉴相和载波环鉴相，所述鉴频包括载波环鉴频。
4. 如权利要求1?3任意一项所述的自适应跟踪方法，其特征在于： 进一步地，步骤S300中，先对基带数字信号进行积分累加，然后再对积分累加结果进 行鉴相、鉴频和载噪比计算。
5. 如权利要求4所述的自适应跟踪方法，其特征在于，步骤S400中，所述数学映射关系 包括将时间间隔Τκ内载噪比计算结果的均值作为t时刻被跟踪卫星信号的载噪比
：
其中，CNR(k)是第k个载噪比计算结果，K为时刻t-TK到时刻t之间载噪比计算结果 的个数。
6. 如权利要求4所述的自适应跟踪方法，其特征在于，步骤S400中，所述数学映射关系 包括根据下式计算新的i阶锁频环的环路带宽
：
其中，i表示锁频环阶数，
表示接收机载体速度的i+ι阶导数，λ i为i阶锁频环 环路带宽与特征频率的比例系数，石V万，为t时刻被跟踪卫星信号的载噪比，T为积分累加 时间，F为一个与载噪比CTVTi,有关的参数。
7. 如权利要求4所述的自适应跟踪方法，其特征在于，步骤S400中，所述数学映射关系 包括根据下式计算新的j阶锁相环的环路带宽Bp/ :
其中，j表示锁相环阶数，
表示接收机载体速度的j阶导数，
为j阶锁相环环路 带宽与特征频率的比例系数，
为t时刻被跟踪卫星信号的载噪比，T为积分累加时间。
8. 如权利要求4所述的自适应跟踪方法，其特征在于，步骤S500中，所述数学映射关系 包括： 计算接收机载体t时刻的视距加速度at和视距加加速度at' ；
其中，f； (k)为第k个载波环鉴频结果，K为时刻t-TK到时刻t之间输出的载波环鉴频 结果的个数，λ i为i阶锁频环环路带宽与特征频率的比例系数，Bf\为当前时刻i阶锁频 环的环路带宽； 如果视距加速度和视距加加速度均小于对应的门限阈值，设置锁频环辅助锁相环的辅 助系数
； 如果视距加速度大于对应的门限阈值而视距加加速度小于对应的门限阈值，设置锁频 环辅助锁相环的辅助系数
； 如果视距加速度和视距加加速度均大于对应的门限阈值，设置锁频环辅助锁相环的辅 助系数 〇〈α〈〇·5, β>1。
9. 如权利要求1?3任意一项所述的自适应跟踪方法，其特征在于： 进一步地，步骤S500中，所述环路滤波器包括锁频环、锁相环以及锁频环辅助锁相环 环路环滤波器和码环滤波器，根据新的锁频环的环路带宽、锁相环的环路带宽，以及辅助系 数α与载波环鉴相器输出的鉴相结果的乘积，辅助系数β与载波环鉴频器输出的鉴频结 果的乘积重新设置锁频环、锁相环以及锁频环辅助锁相环环路环滤波器的带宽。
10. 如权利要求1?3任意一项所述的自适应跟踪方法，其特征在于： 进一步地，步骤S600中，根据锁频环辅助锁相环环路环滤波器的输出结果，载波发生 器调整产生信号的相关参数，根据滤波后的码环鉴相结果，测距码发生器调整产生信号的 相关参数。
【文档编号】G01S19/29GK104215981SQ201410433179
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】陈闹, 周文胜, 沈磊, 李娜 申请人:四川九洲电器集团有限责任公司