一种星载导航接收机跟踪环路及其处理方法技术

本发明专利技术公开了一种星载导航接收机跟踪环路及其处理方法：(1)、分别对伪码剥离后的I支路和Q支路的超前相位信号、即时相位信号、滞后相位信号，在一个数据周期内进行积分累加；(2)、消除第一相干累加器的积分累加结果中调制的导航数据符号；(3)、分别对消除导航数据符号的I支路和Q支路超前相位信号、即时相位信号、滞后相位信号进行二次积分累加。(4)、利用I支路和Q支路超前相位信号、即时相位信号、滞后相位信号进行二次积分累加结果，进行载波跟踪环路和伪码跟踪环路鉴相、滤波处理得到载波频率控制字和伪码频率控制字。本发明专利技术减少了环路处理器的中断次数，有效降低了星载导航接收机处理器工作钟频率的要求。

A Tracking Loop for Satellite Navigation Receiver and Its Processing Method

The invention discloses a tracking loop of spaceborne navigation receiver and its processing method: (1) integrating and accumulating the leading phase signal, instant phase signal and lagging phase signal of I branch and Q branch separately after decoupling of pseudo-code in one data cycle; (2) eliminating the navigation data symbol modulated in the integral accumulating result of the first coherent accumulator; (3) eliminating respectively the navigation data symbol modulated in the integral accumulating result of the first coherent accumulator. The I branch and Q branch leading phase signals, instant phase signals and lagging phase signals of navigation data symbols are accumulated by quadratic integration. (4) The carrier frequency control word and the pseudo-code frequency control word are obtained by the second integral cumulative results of the leading phase signal, the instantaneous phase signal and the lagging phase signal of the I branch and the Q branch. The carrier frequency control word and the pseudo-code frequency control word are obtained by the phase discrimination and filtering of the carrier tracking loop and the pseudo-code tracking loop. The invention reduces the interruption times of the loop processor and effectively reduces the requirement of the working clock frequency of the spaceborne navigation receiver processor.

【技术实现步骤摘要】
一种星载导航接收机跟踪环路及其处理方法
本专利技术涉及一种星载导航接收机跟踪环路及其处理方法，属于卫星导航信号接收

技术介绍
在接收GNSS导航信号时，接收机跟踪环路需要对导航信号进行相干积分处理从而实现对信号伪随机噪声(PRN)码相位跟踪。由于导航信号中调制了电文数据信息且无法预测电文数据符号翻转，当接收机跟踪环路的相干积分时间大于电文数据比特宽度时，会遇到电文数据符号翻转，造成相干积分累加值损失，降低跟踪环路的稳定性和PRN码相位的跟踪精度，增加接收机定位误差。因此，在传统导航信号接收机中，跟踪环路的最大相干积分时间等于导航电文数据位宽宽度。星载GNSS接收机需要跟踪GPS和北斗两个系统的卫星信号进行定位。GPSL1C/A码信号导航电文速率为50bit/秒，电文数据位宽为20ms。跟踪通道完成20ms的相干积分后，向处理器发送一个中断信号。在收到中断信号后，处理器读取相干积分值进行鉴相和滤波处理，调整跟踪通道本地伪码相位，对接收的导航信号进行闭环跟踪。在跟踪GPSC/A码信号时，单个跟踪通道中断生成频率为50次/秒。北斗B1I信号导航电文数据速率分为两种，第一种是由MEO卫星和IGSO卫星发射的B1I导航信号，其包含的D1导航电文数据速率50bit/秒。第二种是由GEO卫星发射的B1I导航信号，其包含的D2导航电文数据速率为500bit/秒。对于MEO/IGSO卫星信号，其电文数据速率与GPS类似，其跟踪通道中断生成频率为50次/秒；对于GEO卫星信号，其电文数据速率为500bit/秒，其跟踪通道中断生成频率为500次/秒，是前一种中断生成速率的10倍。星载GNSS接收机同时对GPS和北斗两大系统的卫星信号进行多频点跟踪。若星载GNSS接收机跟踪GPS的L1CA、L5I、以及北斗的B1I、B3I共4个频点信号，每个频点信号配置12个跟踪通道，则接收机包含多达48个跟踪通道。假设接收机跟踪了GPS和北斗共24颗导航卫星，其中包含5颗北斗GEO卫星，则这些跟踪通道中断生成频率可达6900次/秒，这对接收机处理器性能提出了很高的要求。由于卫星载荷体积、重量、功率、抗辐射等要求，可选择的星载宇航级CPU器件的处理性能通常弱于地面接收机使用的CPU器件，星载处理器难以满足接收机处理速度要求。如果可以延长接收机的相干累加时间，实现跨数据位宽的数据累加，就可以有效减小中断信号的产生频率，尤其是减小GEO卫星信号跟踪通道的中断产生频率。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种星载导航接收机跟踪环路及其处理方法，采用多周期相干累加方法，降低对星载CPU处理器的性能要求。本专利技术的技术解决方案是：一种星载导航接收机跟踪环路，该跟踪环路包括第一相干累加器、符号变换器、第二相干累加器、环路处理器。其中：第一相干累加器，分别对伪码剥离后的I支路超前相位信号IEmix(n)、I支路即时相位信号IPmix(n)、I支路滞后相位信号ILmix(n)、Q支路超前相位信号QEmix(n)、Q支路即时相位信号QPmix(n)、Q支路滞后相位信号QLmix(n)在一个数据周期内进行积分累加，得到I支路超前相位相干累加数据IEraw(n)、I支路即时相位相干累加数据IPraw(n)、I支路滞后相位相干累加数据ILraw(n)、Q支路超前相位相干累加数据QEraw(n)、Q支路即时相位相干累加数据QPraw(n)、Q支路滞后相位相干累加数据QLraw(n)；符号变换器，消除第一相干累加器的积分累加结果中调制的导航数据符号，并将消除导航数据符号的I支路超前相位信号IEns(n)、I支路即时相位信号IPns(n)、I支路滞后相位信号ILns(n)、Q支路超前相位信号QEns(n)、Q支路即时相位信号QPns(n)、Q支路滞后相位信号QLns(n)输出至第二相干累加器；第二相干累加器，分别对消除导航数据符号的I支路超前相位信号IEns(n)、I支路即时相位信号IPns(n)、I支路滞后相位信号ILns(n)、Q支路超前相位信号QEns(n)、Q支路即时相位信号QPns(n)、Q支路滞后相位信号QLns(n)进行二次积分累加，得到I支路超前相位二次累加数据IE(n)、Q支路超前相位二次累加数据QE(n)、I支路即时相位二次累加数据IP(n)、Q支路即时相位二次累加数据QP、I支路滞后相位二次累加数据IL(n)、Q支路滞后相位二次累加数据QL(n)，在二次积分完成时刻发送跟踪处理中断信号至环路处理器；环路处理器，响应跟踪处理中断信号，读取二次累加数据IE(n)、QE(n)、IP(n)、QP(n)、IL(n)、QL(n)，进行载波跟踪环路和伪码跟踪环路鉴相、滤波处理得到载波频率控制字和伪码频率控制字，并将频率控制字分别输出给本地载波生成器和本地伪码生成器。所述第一相干累加器的相干积分时间Tr满足如下条件：式中，Bw导航电文数据位宽，N为正整数，N≥1，Tc为导航信号PRN码周期。所述第二相干累加器的二次相干积分时间T大于一个数据位宽。所述符号变换器的具体实现为：以即时I路累加数据IPraw(n)为准，对每组原始相干累加数据进行符号处理，当IPraw(n)为正数时，则保持相干累加数据原有符号不变；当IPraw(n)为负数时，则将相干累加数据都乘以-1。本专利技术提供的另一个技术解决方案是：一种星载导航接收机跟踪环路处理方法，该方法包括如下步骤：(1)、分别对伪码剥离后的I支路超前相位信号IEmix(n)、I支路即时相位信号IPmix(n)、I支路滞后相位信号ILmix(n)、Q支路超前相位信号QEmix(n)、Q支路即时相位信号QPmix(n)、Q支路滞后相位信号QLmix(n)在一个数据周期内进行积分累加；(2)、消除第一相干累加器的积分累加结果中调制的导航数据符号；(3)、分别对消除导航数据符号的I支路超前相位信号IEns(n)、I支路即时相位信号IPns(n)、I支路滞后相位信号ILns(n)、Q支路超前相位信号QEns(n)、Q支路即时相位信号QPns(n)、Q支路滞后相位信号QLns(n)进行二次积分累加，得到I支路超前相位二次累加数据IE(n)、Q支路超前相位二次累加数据QE(n)、I支路即时相位二次累加数据IP(n)、Q支路即时相位二次累加数据QP(n)、I支路滞后相位二次累加数据IL(n)、Q支路滞后相位二次累加数据QL(n)。(4)、利用I支路超前相位二次累加数据IE(n)、Q支路超前相位二次累加数据QE(n)、I支路即时相位二次累加数据IP(n)、Q支路即时相位二次累加数据QP(n)、I支路滞后相位二次累加数据IL(n)、Q支路滞后相位二次累加数据QL(n)，进行载波跟踪环路和伪码跟踪环路鉴相、滤波处理得到载波频率控制字和伪码频率控制字，用于控制本地载波生成器输出的载波频率和本地伪码生成器输出的伪码频率。所述载波跟踪环路鉴相公式为：式中，为载波跟踪环路鉴相器输出。所述载波跟踪环路的环路滤波器采用三阶滤波器。所述伪码跟踪环路的鉴相公式为：式中：δ(n)为伪码跟踪环路鉴相器输出。所述伪码跟踪环路的环路滤波器采用二阶滤波器。所述跟踪处理中断信号触发周期与第二相干累加器的二次相干积分时间T一致。本专利技术与现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载导航接收机跟踪环路，其特征在于包括第一相干累加器、符号变换器、第二相干累加器、环路处理器；其中：第一相干累加器，分别对伪码剥离后的I支路超前相位信号IEmix(n)、I支路即时相位信号IPmix(n)、I支路滞后相位信号ILmix(n)、Q支路超前相位信号QEmix(n)、Q支路即时相位信号QPmix(n)、Q支路滞后相位信号QLmix(n)在一个数据周期内进行积分累加，得到I支路超前相位相干累加数据IEraw(n)、I支路即时相位相干累加数据IPraw(n)、I支路滞后相位相干累加数据ILraw(n)、Q支路超前相位相干累加数据QEraw(n)、Q支路即时相位相干累加数据QPraw(n)、Q支路滞后相位相干累加数据QLraw(n)；符号变换器，消除第一相干累加器的积分累加结果中调制的导航数据符号，并将消除导航数据符号的I支路超前相位信号IEns(n)、I支路即时相位信号IPns(n)、I支路滞后相位信号ILns(n)、Q支路超前相位信号QEns(n)、Q支路即时相位信号QPns(n)、Q支路滞后相位信号QLns(n)输出至第二相干累加器；第二相干累加器，分别对消除导航数据符号的I支路超前相位信号IEns(n)、I支路即时相位信号IPns(n)、I支路滞后相位信号ILns(n)、Q支路超前相位信号QEns(n)、Q支路即时相位信号QPns(n)、Q支路滞后相位信号QLns(n)进行二次积分累加，得到I支路超前相位二次累加数据IE(n)、Q支路超前相位二次累加数据QE(n)、I支路即时相位二次累加数据IP(n)、Q支路即时相位二次累加数据QP、I支路滞后相位二次累加数据IL(n)、Q支路滞后相位二次累加数据QL(n)，在二次积分完成时刻发送跟踪处理中断信号至环路处理器；环路处理器，响应跟踪处理中断信号，读取二次累加数据IE(n)、QE(n)、IP(n)、QP(n)、IL(n)、QL(n)，进行载波跟踪环路和伪码跟踪环路鉴相、滤波处理得到载波频率控制字和伪码频率控制字，并将频率控制字分别输出给本地载波生成器和本地伪码生成器。...

【技术特征摘要】
1.一种星载导航接收机跟踪环路，其特征在于包括第一相干累加器、符号变换器、第二相干累加器、环路处理器；其中：第一相干累加器，分别对伪码剥离后的I支路超前相位信号IEmix(n)、I支路即时相位信号IPmix(n)、I支路滞后相位信号ILmix(n)、Q支路超前相位信号QEmix(n)、Q支路即时相位信号QPmix(n)、Q支路滞后相位信号QLmix(n)在一个数据周期内进行积分累加，得到I支路超前相位相干累加数据IEraw(n)、I支路即时相位相干累加数据IPraw(n)、I支路滞后相位相干累加数据ILraw(n)、Q支路超前相位相干累加数据QEraw(n)、Q支路即时相位相干累加数据QPraw(n)、Q支路滞后相位相干累加数据QLraw(n)；符号变换器，消除第一相干累加器的积分累加结果中调制的导航数据符号，并将消除导航数据符号的I支路超前相位信号IEns(n)、I支路即时相位信号IPns(n)、I支路滞后相位信号ILns(n)、Q支路超前相位信号QEns(n)、Q支路即时相位信号QPns(n)、Q支路滞后相位信号QLns(n)输出至第二相干累加器；第二相干累加器，分别对消除导航数据符号的I支路超前相位信号IEns(n)、I支路即时相位信号IPns(n)、I支路滞后相位信号ILns(n)、Q支路超前相位信号QEns(n)、Q支路即时相位信号QPns(n)、Q支路滞后相位信号QLns(n)进行二次积分累加，得到I支路超前相位二次累加数据IE(n)、Q支路超前相位二次累加数据QE(n)、I支路即时相位二次累加数据IP(n)、Q支路即时相位二次累加数据QP、I支路滞后相位二次累加数据IL(n)、Q支路滞后相位二次累加数据QL(n)，在二次积分完成时刻发送跟踪处理中断信号至环路处理器；环路处理器，响应跟踪处理中断信号，读取二次累加数据IE(n)、QE(n)、IP(n)、QP(n)、IL(n)、QL(n)，进行载波跟踪环路和伪码跟踪环路鉴相、滤波处理得到载波频率控制字和伪码频率控制字，并将频率控制字分别输出给本地载波生成器和本地伪码生成器。2.根据权利要求1所述的一种星载导航接收机跟踪环路，其特征在于所述第一相干累加器的相干积分时间Tr满足如下条件：式中，Bw导航电文数据位宽，N为正整数，N≥1，Tc为导航信号PRN码周期。3.根据权利要求1所述的一种星载导航接收机跟踪环路，其特征在于所述第二相干累加器的二次相干积分时间T大于一个数据位宽。4.根据权利要求1所述的一种星载导航接收机跟踪环路，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲博，王延光，严涛，韩星远，李龙龙，韩琳，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61