專利名稱：一種全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)及其跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全球衛(wèi)星定位與導(dǎo)航領(lǐng)域，特別是一種用于全球定位系 統(tǒng)接收^幾的跟蹤:技術(shù)。
背景技術(shù)：
全球衛(wèi)星定位與導(dǎo)4元系統(tǒng)，例如全球定位系統(tǒng)(GPS),包括一組 發(fā)送GPS信號(hào)的一個(gè)衛(wèi)星星座(又被稱為Navstar衛(wèi)星)，該GPS信號(hào) 能被接收機(jī)用來確定該接收機(jī)的位置。衛(wèi)星軌道被安排在多個(gè)平面內(nèi)， 以便在地球上任何位置都能從至少四顆衛(wèi)星接收該種信號(hào)。更典型的情 況是，在地球上絕大多數(shù)地方都能從六顆以上衛(wèi)星接收該種信號(hào)。
每一顆GPS衛(wèi)星所發(fā)送的GPS信號(hào)都是直接序列擴(kuò)頻信號(hào)。商業(yè) 上使用的信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(SPS)有關(guān)，而且被稱之為粗碼(C/A 碼)的直接序列二相擴(kuò)頻信號(hào)，在1575.42MHz的載波下，具有每秒1.023 兆碼片的速率。偽隨機(jī)噪聲(PN)序列長(zhǎng)度是1023個(gè)碼片，對(duì)應(yīng)于1 毫秒的時(shí)間周期。每一顆衛(wèi)星發(fā)射不同的PN碼(Gold碼)，使得信號(hào) 能夠從幾顆衛(wèi)星同時(shí)發(fā)送，并由一接收機(jī)同時(shí)接收，相互間幾乎無干擾。 術(shù)語"衛(wèi)星星號(hào)"和這個(gè)PN碼相關(guān)，可以用以標(biāo)示不同的GPS衛(wèi)星。
GPS的調(diào)制信號(hào)是導(dǎo)航電文(又被稱為D碼)和PN碼的組合碼。導(dǎo) 航電文的速率為每秒50比特。D碼的基本單位是一個(gè)1500比特的主幀， 主幀又分為5個(gè)300比特的子幀。其中子幀一包含了標(biāo)識(shí)碼，星種數(shù)據(jù) 齡期，衛(wèi)星時(shí)鐘修正參數(shù)信息。子幀二和子幀三包含了實(shí)時(shí)的GPS衛(wèi) 星星歷(ephemeris),星歷是當(dāng)前導(dǎo)航定位信息的最主要內(nèi)容。利用子 幀一至子幀三的信息即可以實(shí)現(xiàn)定位，完成定位的基本任務(wù)。子幀四和 子幀五包含了 1-32顆衛(wèi)星的健康狀況，UTC校準(zhǔn)信息和電離層修正參數(shù)及1-32顆衛(wèi)星的歷書(almanac)。歷書是衛(wèi)星星歷參數(shù)的簡(jiǎn)化子集， 用于預(yù)測(cè)相對(duì)于接收機(jī)的可見衛(wèi)星及其多普勒頻偏。歷書每12.5分鐘廣 播一次，壽命為一周，可延長(zhǎng)至2個(gè)月。
對(duì)某顆衛(wèi)星的信號(hào)實(shí)現(xiàn)跟蹤是全球定位系統(tǒng)接收機(jī)進(jìn)行偽距測(cè)量進(jìn) 而實(shí)現(xiàn)定位解算的前提。跟蹤靈敏度是度量全球定位系統(tǒng)接收機(jī)跟蹤能 力乃至全球定位系統(tǒng)接收機(jī)整體性能的重要指標(biāo)。GPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)保證了 在空曠天空的情況下，GPS接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號(hào)大于-130dBm。但 是城市峽谷、密林、高架乃至室內(nèi)等衛(wèi)星信號(hào)遮擋嚴(yán)重情況下，衛(wèi)星信 號(hào)的強(qiáng)度往往低于-155dBm甚至-160dBm。然而跟蹤靈4丈度的高低直接 決定了全球定位系統(tǒng)接收機(jī)在上述情況下定位的性能甚至是否可用。早 期的商用GPS接收機(jī)的跟蹤靈敏度大概在-150dBm左右。而現(xiàn)代接收機(jī) 的最高水平在-157dBm ~ -161 dBm,且達(dá)到這樣的指標(biāo)往往是以百萬計(jì)的 相關(guān)器的硬件規(guī)模為代價(jià)的。如何提高跟蹤靈敏度同時(shí)保證硬件規(guī)模在 可以接收的范圍內(nèi)是全球定位系統(tǒng)接收機(jī)的一個(gè)核心技術(shù)。另外在極低 信噪比下，傳統(tǒng)跟蹤通道的魯棒性常常很低，表現(xiàn)為在極低信噪比時(shí)稍 受擾動(dòng)，跟蹤通道即有可能失鎖。
GPS基帶芯片是GPS接收機(jī)中處理基帶信號(hào)的芯片，是整個(gè)GPS接收 機(jī)的核心。本發(fā)明的各種方法均在GPS基帶芯片中實(shí)現(xiàn)。為方便起見，本 發(fā)明中"接收機(jī)，，均指"GPS基帶芯片"。
圖1描述了一個(gè)典型的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位解算的方法。已 知四顆衛(wèi)星的位置101以及這四顆衛(wèi)星和接收機(jī)之間的偽距102，即可以通 過所謂"偽距觀測(cè)方程"計(jì)算出接收機(jī)的位置103和接收機(jī)時(shí)間相對(duì)衛(wèi)星時(shí) 間的誤差值，完成了定位解算的工作。
圖2描述了一個(gè)典型的GPS接收機(jī)定位流程。圖2所示過程是從接收 機(jī)上電初始化201開始，直至解算出接收機(jī)位置206結(jié)束。通常接收機(jī)上 電后進(jìn)入捕獲狀態(tài)202,搜索^L線內(nèi)的衛(wèi)星、該衛(wèi)星的載波頻率和PN碼的 碼相位。這個(gè)狀態(tài)下對(duì)載波頻率的搜索是粗糙的，通常在數(shù)百赫茲的量級(jí)。之后進(jìn)入頻率牽引狀態(tài)203,把本地頻率牽引到和衛(wèi)星載波頻率相差幾個(gè)赫 茲的量級(jí)。完成頻率牽引后，接收機(jī)進(jìn)入跟蹤狀態(tài)204，完成幀同步，進(jìn)而 進(jìn)入解調(diào)電文狀態(tài)205。本發(fā)明專注的多通道組合跟蹤方法適用于跟蹤204 過程。進(jìn)一步地，將栽波上調(diào)制的電文解調(diào)出來用于在隨后的解算狀態(tài)206 下計(jì)算接收機(jī)位置。
圖3描述了 一個(gè)經(jīng)典的DLL載波環(huán)和碼環(huán)的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以比較 清楚的分成載波環(huán)和碼環(huán)兩個(gè)部分。從GPS射頻前端獲取的中頻信號(hào)進(jìn)入 GPS基帶模塊后被分成兩路，經(jīng)過乘法器301、 302和由載波NCO 305復(fù) 現(xiàn)的本地載波通過Sin映射單元303和Cos映射單元304映射生成的兩路互 相正交的載波信號(hào)分量分別相乘，進(jìn)行下變頻。其結(jié)果輸入到相關(guān)器組306 中，并由碼發(fā)生器311生成的本地C/A碼(偽隨機(jī)碼)進(jìn)行相關(guān)。相關(guān)的 具體過程本領(lǐng)域內(nèi)熟知人員都應(yīng)了解，在此不再贅述。進(jìn)一步地，相關(guān)器 組306的相關(guān)值輸出給碼鑒相器307進(jìn)行鑒相。鑒相值經(jīng)過碼濾波器308 濾波后，和載波環(huán)的輸出乘以比例因子312相加后輸出給碼NCO 310,以控 制本地C/A碼的頻率，即控制碼發(fā)生器311的生成本地C/A的速率。可見 相關(guān)器組306、碼鑒相器307、碼濾波器308、碼NCO 310和碼發(fā)生器311 共同組成了碼環(huán)。比例因子312為1/1540,這是由載波頻率和C/A頻率之 間的比例關(guān)系決定的。
另一方面，相關(guān)器組306的相關(guān)值同時(shí)輸出給載波鑒相器314進(jìn)行鑒 相。其鑒相結(jié)果(如相位誤差)通過載波濾波器313進(jìn)行濾波，進(jìn)而輸出 給載波NCO (載波數(shù)控振蕩器)305以控制本地復(fù)現(xiàn)載波的頻率。而本地
接收中頻信號(hào)進(jìn)行相乘，從而完成對(duì)環(huán)路的調(diào)整。可以看出載波環(huán)的反饋 在相關(guān)器組的輸入信號(hào)上，即載波剝離部分，載波剝離后的結(jié)果輸入給相 關(guān)器組306，而碼環(huán)的反饋是在本地復(fù)現(xiàn)碼上，直接輸入給相關(guān)器組306， 可見相關(guān)器組306、載波鑒相器314、載波濾波器313 、載波NCO 305、 Sin/Cos 映射單元303/304和乘法器301/302共同組成了載波環(huán)。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，因而被很多經(jīng)典接收機(jī)所采用。雖然有很多改型，
但基本都是對(duì)碼濾波器308和載波濾波器313的階數(shù)和系數(shù)針對(duì)不同的應(yīng) 用進(jìn)行」欽調(diào)，基本的結(jié)構(gòu)都是類似的。但是由于圖3結(jié)構(gòu)的鎖相環(huán)本身的 性能限制，導(dǎo)致其在極低信噪比時(shí)的跟蹤能力有限。通常使用這種結(jié)構(gòu)的 接收機(jī)的跟蹤靈敏度很難超過-152dBm。
圖4描述了實(shí)現(xiàn)載波跟蹤的已有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的一般結(jié)構(gòu)示意圖?？梢钥?到該結(jié)構(gòu)和圖3所示的結(jié)構(gòu)很類似，事實(shí)上圖3所示結(jié)構(gòu)就是圖4所示結(jié) 構(gòu)的一種特例。特別是由相關(guān)器組406、碼鑒相器407、碼濾波器408、碼 NCO410和碼發(fā)生器411共同組成的碼環(huán)和圖3所示的碼環(huán)是完全相同的。 對(duì)于載波環(huán)而言，其核心任務(wù)就是使用頻率估計(jì)413獲得對(duì)載波多普勒頻 偏的估計(jì)值，進(jìn)而以該估計(jì)值更新載波NCO 405的頻率，同時(shí)通過比例因 子412獲得對(duì)碼環(huán)的載波輔助量。而相對(duì)于圖4所示結(jié)構(gòu)，圖3所示結(jié)構(gòu)是 使用載波鑒相器314輔以載波濾波器313的形式來實(shí)現(xiàn)對(duì)載波多普勒頻偏 的估計(jì)。而目前其他已有設(shè)計(jì)中還有使用諸如快速傅立葉變換方式(FFT) 和擴(kuò)展卡爾曼(EKF)濾波等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)載波多普勒頻偏的估計(jì)。對(duì)多普勒 頻偏估計(jì)的具體細(xì)節(jié)可能不同，但其一般結(jié)構(gòu)是類似的。多普勒頻偏估計(jì) 的精度直接影響著環(huán)路的跟蹤能力。
通常使用諸如FFT和擴(kuò)展卡爾曼濾波等大運(yùn)算量的復(fù)雜方法實(shí)現(xiàn)對(duì)載 波多普勒頻偏的估計(jì)跟蹤靈敏度能夠達(dá)到甚至超過-157dBm。但是這種環(huán)路 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)算需要大量的硬件資源，功耗也相當(dāng)可觀。而且跟蹤的精度 和魯棒性都不高。因此，如何提高接收機(jī)跟蹤通道在極低信噪比下的魯棒 性也是研究全球定位系統(tǒng)接收機(jī)領(lǐng)域的 一個(gè)重要課題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，提供一種全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，利用 多跟蹤通道跟蹤系統(tǒng)，以提高接收機(jī)的跟蹤靈敏度，提高跟蹤的魯棒性。 本發(fā)明的又一目的在于，提供一種全球定位系統(tǒng)接收機(jī)跟蹤方法，利用多跟蹤通道方式進(jìn)行跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，以提高接收機(jī)的跟蹤靈敏度， 提高跟蹤的魯棒性。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依 據(jù)本發(fā)明提出的一種全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，具有多個(gè)跟蹤通道，該 跟蹤通道包括多個(gè)跟蹤子通道，用于跟蹤同一目標(biāo)衛(wèi)星獲取載波多普
勒頻偏估計(jì)值； 一整體頻率估計(jì)單元，依據(jù)多個(gè)跟蹤子通道的載噪比和
載波數(shù)控振蕩器頻率對(duì)跟蹤子通道的跟蹤狀態(tài)進(jìn)行整體估計(jì)，并獲取多
個(gè)跟蹤子通道中跟蹤狀態(tài)最好的跟蹤子通道的載波多普勒頻偏估計(jì)值； 一調(diào)度單元，根據(jù)一更新頻率步長(zhǎng)和所述載波多普勒頻偏估計(jì)值更新多 個(gè)跟蹤子通道的載波數(shù)控振蕩器頻率。
其中所述跟蹤通道包含的多個(gè)跟蹤子通道的數(shù)量是通過將接收機(jī)總的 跟蹤子通道數(shù)量平均分配給可見目標(biāo)衛(wèi)星數(shù)量來獲得的。
其中根據(jù)可見目標(biāo)衛(wèi)星數(shù)量和該可見目標(biāo)衛(wèi)星的多普勒頻偏變化率將 接收機(jī)總的跟蹤子通道數(shù)量分配給所述跟蹤通道。
其中所述跟蹤子通道包括 一碼環(huán)，用于跟蹤目標(biāo)衛(wèi)星發(fā)射的偽隨機(jī) 碼； 一載波環(huán)，利用頻率估計(jì)單元獲得該跟蹤子通道的載波多普勒頻偏估 計(jì)值，所述碼環(huán)經(jīng)由相關(guān)器組與所述載波環(huán)相關(guān)； 一跟蹤狀態(tài)評(píng)估單元， 依據(jù)該跟蹤子通道的載噪比及載波數(shù)控振蕩器頻率，評(píng)估所述載波多普勒 頻偏估計(jì)值； 一環(huán)路配置單元，根據(jù)調(diào)度單元的控制信息及所述載波多普 勒頻偏估計(jì)值設(shè)置該跟蹤子通道。
其中所述更新頻率步長(zhǎng)在衛(wèi)星信號(hào)多普勒頻偏變化率未知時(shí)設(shè)置為固 定經(jīng)驗(yàn)值。
其中所述更新頻率步長(zhǎng)設(shè)置的固定經(jīng)驗(yàn)值為1Hz ~ 5Hz。 其中所述更新頻率步長(zhǎng)和衛(wèi)星信號(hào)多普勒頻偏變化率成正比。
其中所述跟蹤子通道的載波環(huán)的頻率估計(jì)單元用載波鑒相器和載波 濾波器對(duì)載波多普勒頻偏進(jìn)行估計(jì)。
其中所述跟蹤子通道的載波環(huán)的頻率估計(jì)單元用快速傅立葉變換方
10式或是擴(kuò)展卡爾曼方式對(duì)載波多普勒頻偏估計(jì)值進(jìn)行估計(jì)。
其中所述環(huán)路配置單元設(shè)置跟蹤子通道，進(jìn)一步包括初始化所述跟
蹤子通道，以及對(duì)所述跟蹤子通道之間進(jìn)行復(fù)制。
其中所述跟蹤子通道復(fù)制是將一個(gè)跟蹤子通道的碼相位、碼頻率、
栽波相位、載波頻率、各檢測(cè)和控制寄存器的值復(fù)制到另外一個(gè)跟蹤子
通道的相應(yīng)寄存器中，使兩個(gè)跟蹤子通道的跟蹤狀態(tài)完全相同。
其中所述跟蹤子通道復(fù)制在相關(guān)器組預(yù)檢測(cè)積分完成時(shí)完成。 其中所述調(diào)度單元還檢測(cè)各跟蹤子通道是否失鎖，若失鎖則將跟蹤
狀態(tài)最好的跟蹤子通道復(fù)制到失鎖跟蹤子通道，重新實(shí)現(xiàn)跟蹤。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)
現(xiàn)。 一種全球定位接收機(jī)跟蹤方法，包括初始化多個(gè)跟蹤通道，設(shè)定 判決時(shí)刻；開啟多個(gè)跟蹤通道的多個(gè)跟蹤子通道進(jìn)行獨(dú)立跟蹤目標(biāo)衛(wèi)星 載波多普勒頻偏估計(jì)值；依據(jù)各個(gè)跟蹤子通道的栽噪比及載波數(shù)控振蕩 器頻率，評(píng)估各個(gè)跟蹤子通道的當(dāng)前跟蹤狀態(tài)；檢測(cè)判決時(shí)刻是否到達(dá)， 如果判決時(shí)刻到達(dá)時(shí)則整體頻率估計(jì)單元依據(jù)所述多個(gè)跟蹤子通道的載 噪比和載波數(shù)控振蕩器頻率對(duì)各個(gè)跟蹤子通道的當(dāng)前跟蹤狀態(tài)進(jìn)行整體 的估計(jì)，獲得跟蹤狀態(tài)最好的跟蹤子通道的載波多普勒頻偏估計(jì)值；依 據(jù)衛(wèi)星信號(hào)多普勒頻偏變化率計(jì)算更新頻率步長(zhǎng)；將所述跟蹤狀態(tài)最好 的跟蹤子通道復(fù)制給其他的跟蹤子通道；依據(jù)所述更新頻率步長(zhǎng)和跟蹤 狀態(tài)最好的跟蹤子通道的載波多普勒頻偏估計(jì)值，計(jì)算各個(gè)跟蹤子通道 新的載波多普勒頻偏估計(jì)值，進(jìn)一步更新各跟蹤子通道的載波數(shù)控振蕩 器頻率。
其中所述初始化還包括以下步驟獲取目標(biāo)衛(wèi)星初始多普勒頻偏； 為跟蹤通道分配跟蹤子通道數(shù)量；計(jì)算更新頻率步長(zhǎng)，并利用更新頻率 步長(zhǎng)和所述初始多普勒頻偏，計(jì)算各個(gè)跟蹤子通道的預(yù)設(shè)本地載波多普 勒頻偏；以預(yù)設(shè)本地載波多普勒為依據(jù)設(shè)置各個(gè)跟蹤子通道的載波數(shù)控 振蕩器頻率。其中所述初始多普勒頻偏是由捕獲引擎捕獲后通過頻率牽引收斂獲 得的，或是使用載波環(huán)測(cè)量獲得的。
其中所述分配跟蹤子通道的數(shù)量是通過將接收機(jī)總的跟蹤子通道數(shù) 量平均分配給可見目標(biāo)衛(wèi)星數(shù)量來獲得的。
其中所述分配跟蹤子通道的數(shù)量根據(jù)接收機(jī)總的跟蹤子通道數(shù)量、 可見目標(biāo)衛(wèi)星數(shù)量以及各個(gè)可見目標(biāo)衛(wèi)星的多普勒頻偏變化率成正比自 適應(yīng)分配。
其中所述更新頻率步長(zhǎng)和衛(wèi)星信號(hào)多普勒頻偏變化率成正比。 其中所述更新頻率步長(zhǎng)在衛(wèi)星信號(hào)多普勒頻偏變化率未知時(shí)設(shè)置為 固定經(jīng)驗(yàn)值。
其中所述更新頻率步長(zhǎng)設(shè)置的固定經(jīng)驗(yàn)值為1 Hz ~ 5Hz。 其中所述開啟跟蹤子通道進(jìn)行獨(dú)立跟蹤可使用載波鑒相器輔以載波 濾波器估計(jì)頻偏。
其中所述開啟跟蹤子通道進(jìn)行獨(dú)立跟蹤可使用快速傅立葉變換方式 或是擴(kuò)展卡爾曼方式估計(jì)頻偏。
其中所述判決時(shí)刻到達(dá)由整體頻率估計(jì)單元進(jìn)行的載波多普勒頻偏 估計(jì)是以判決時(shí)刻時(shí)跟蹤狀態(tài)最好的跟蹤子通道的跟蹤載波多普勒頻偏 為目標(biāo)衛(wèi)星的載波多普勒頻偏。
其中所述判決時(shí)刻間隔的大小和目標(biāo)衛(wèi)星的多普勒頻偏變化率成反比。
其中所述計(jì)算各個(gè)跟蹤子通道新的載波多普勒頻偏估計(jì)值是以整體 頻率估計(jì)單元獲得的多普勒頻偏的估計(jì)值為中心，左右兩個(gè)方向偏移數(shù) 個(gè)更新頻率步長(zhǎng)獲得的，或以該多普勒頻偏的估計(jì)值為起始向右方向偏 移數(shù)個(gè)更新頻率步長(zhǎng)獲得，或以該多普勒頻偏的估計(jì)值為起始向左方向 偏移數(shù)個(gè)更新頻率步長(zhǎng)獲得。
借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明多跟蹤通道跟蹤方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明由于使用多跟蹤通道組合跟蹤技術(shù)，利用整體頻率估計(jì)單元對(duì)多個(gè)跟蹤子通道的跟蹤進(jìn)行分析和評(píng)估，所以跟蹤靈敏度得以大大提
高。實(shí)驗(yàn)證明對(duì)于動(dòng)態(tài)不高的信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)超過-160dBm的跟蹤靈敏度。
本發(fā)明由于使用多跟蹤通道同時(shí)跟蹤同 一顆衛(wèi)星，并調(diào)度單元對(duì)各 個(gè)跟蹤子通道進(jìn)行調(diào)度和控制，所以極低信噪比下的跟蹤魯棒性得以大 大提高。
本發(fā)明由于該方法對(duì)跟蹤子通道頻率估計(jì)的方法和結(jié)構(gòu)沒有特殊要 求，所以適應(yīng)性強(qiáng)，方便移植到已有設(shè)計(jì)中。
本發(fā)明提出 一種全球定位系統(tǒng)接收機(jī)的多^Jt通道組合跟蹤方法， 由于該方法所有所需信息都可以由接收機(jī)自身獲得，即使某些量在初始 狀態(tài)無法獲知，但可以設(shè)置為經(jīng)驗(yàn)量，進(jìn)入跟蹤狀態(tài)之后即可獲知，所 以不需要額外的傳感器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明 的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上 述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并 配合附圖,詳細(xì)說明如下。
圖1是典型的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)實(shí)現(xiàn)解算定位的示意圖2是典型的GPS接收機(jī)定位流程；
圖3是經(jīng)典的DLL載波環(huán)和碼環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖4是實(shí)現(xiàn)載波跟蹤的已有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明多通道組合跟蹤的整體結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明的跟蹤子通道的結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明跟蹤的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效， 以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的無線定位方法的具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
圖5描述了本發(fā)明提出的多跟蹤通道組合跟蹤的結(jié)構(gòu)示意圖。和圖4 所示的跟蹤環(huán)路不同，本發(fā)明提出的跟蹤通道的結(jié)構(gòu)中使用多個(gè)相同的跟
蹤子通道501 -503跟蹤同一信號(hào)(同一衛(wèi)星)504。不僅每個(gè)跟蹤子通道 內(nèi)有單獨(dú)的頻率估計(jì)單元509，而且整個(gè)跟蹤通道內(nèi)的所有跟蹤子通道 501 - 503還共用一個(gè)整體頻率估計(jì)單元511。每個(gè)跟蹤通道的跟蹤子通道 個(gè)數(shù)可變的可以有任意N個(gè)跟蹤子通道。跟蹤子通道的個(gè)數(shù)和跟蹤的靈敏 度、精度和魯棒性成正比，同時(shí)也和硬件規(guī)模以及功耗成正比。本發(fā)明的 一個(gè)較優(yōu)實(shí)施例使用三個(gè)跟蹤子通道為一組組成一個(gè)跟蹤通道。而本發(fā)明 另一個(gè)較優(yōu)實(shí)施例可以根據(jù)一定的算法自適應(yīng)靈活配置跟蹤通道。如對(duì)某 些衛(wèi)星可以使用較多的跟蹤子通道，例如五個(gè)跟蹤子通道，對(duì)于某些衛(wèi)星 可以使用較少的子跟蹤通道，例如一個(gè)跟蹤子通道。上述自適應(yīng)配置的方 法將在圖7中詳細(xì)介紹。跟蹤通道內(nèi)包含一個(gè)總的調(diào)度單元512實(shí)現(xiàn)對(duì)于 所有跟蹤子通道的控制和調(diào)度。每個(gè)跟蹤子通道內(nèi)包含下變頻器(乘法器) 505、相關(guān)器組506、碼環(huán)507、跟蹤狀態(tài)評(píng)估單元508、頻率估計(jì)單元509 和載波數(shù)控振蕩器(以下均稱載波NCO) 510。跟蹤子通道結(jié)構(gòu)的具體細(xì)節(jié) 將在圖6中詳細(xì)描述?？梢园l(fā)現(xiàn)，跟蹤子通道的結(jié)構(gòu)和圖3、圖4結(jié)構(gòu)類似， 只是增加了跟蹤狀態(tài)評(píng)估單元508。事實(shí)上圖3、圖4所示結(jié)構(gòu)都可以作為 本發(fā)明提出結(jié)構(gòu)中的跟蹤子通道的基礎(chǔ)。不同的實(shí)施例可以根據(jù)實(shí)際的設(shè) 計(jì)指標(biāo)采用不同的結(jié)構(gòu)作為跟蹤子通道。跟蹤子通道的具體設(shè)計(jì)考慮將在 圖6中詳細(xì)解釋。跟蹤狀態(tài)評(píng)估單元508用于估計(jì)該跟蹤子通道跟蹤狀態(tài)， 通過考察所跟蹤信號(hào)的強(qiáng)度和載波NCO 510的頻率抖動(dòng)評(píng)估該跟蹤子通道 內(nèi)頻率估計(jì)的正確性和魯棒性。所述跟蹤子通道內(nèi)頻率估計(jì)的正確性和魯 棒性的評(píng)估結(jié)果作為整體頻率估計(jì)單元511的評(píng)估依據(jù)。其具體評(píng)估細(xì)節(jié) 將在圖6中詳細(xì)描述。
跟蹤通道進(jìn)行跟蹤時(shí)，調(diào)度羊元512首先獲得較為精確的目標(biāo)衛(wèi)星多 普勒頻偏的估計(jì)值。該初始多普勒頻偏可以是由捕獲引擎捕獲衛(wèi)星載波頻
14率后通過精細(xì)捕獲(頻率牽引)收斂獲得的，也可以是先前使用普通跟蹤 環(huán)路測(cè)量獲得的。事實(shí)上本發(fā)明的一個(gè)較優(yōu)實(shí)施例在衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí) 使用類似圖3所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行跟蹤以節(jié)省功耗，當(dāng)跟蹤衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度低于門 限后再啟動(dòng)多通道組合跟蹤的方法實(shí)現(xiàn)跟蹤，以獲取更高靈敏度和更高魯 棒性。這種模式下即可以利用先前普通跟蹤環(huán)路獲得的較精確的多普勒頻 偏作為初始化通道的初始多普勒頻偏。
進(jìn)一步地，調(diào)度單元512根據(jù)接收機(jī)當(dāng)前的移動(dòng)速度以及該通道內(nèi)的 跟蹤子通道^t計(jì)算更新頻率步長(zhǎng)，獲得更新頻率步長(zhǎng)的具體方法將在圖7 中描述。進(jìn)而按照一定的規(guī)則更新每個(gè)跟蹤子通道的載波NCO 510。例如 對(duì)于某顆衛(wèi)星，接收^L分配了 5個(gè)跟蹤子通道組成一個(gè)跟蹤通道。初始預(yù) 測(cè)多普勒頻偏為500Hz,調(diào)度單元計(jì)算出的頻率間隔為3Hz,則調(diào)度單元將 多普勒頻偏494Hz、 497Hz、 500Hz、 503Hz、 506Hz分別更新1 ~ 5號(hào)跟蹤 子通道的載波NCO的頻率，使每個(gè)跟蹤子通道分別進(jìn)行跟蹤衛(wèi)星信號(hào)。在 判決時(shí)間間隔內(nèi)，使用跟蹤子通道內(nèi)的頻率估計(jì)單元509計(jì)算載波NCO 510 頻率的更新值。而整體頻率估計(jì)單元511每隔一段時(shí)間(即判決時(shí)間)，對(duì) 所有跟蹤子通道的跟蹤情況進(jìn)行評(píng)估，以跟蹤狀態(tài)最好的跟蹤子通道的載 波多普勒為新的載波多普勒的估計(jì)值。本發(fā)明的另 一個(gè)較佳實(shí)施例使用所 有跟蹤子通道的載波多普勒的加權(quán)平均值作為新的載波多普勒估計(jì)值。其 中每個(gè)跟蹤子通道的權(quán)重和其跟蹤狀態(tài)成正比，即和其載噪比成正比，和 其載波環(huán)振動(dòng)成反比。由調(diào)度單元512根據(jù)新的載波多普勒的估計(jì)值重新 配置所有跟蹤子通道。如果發(fā)現(xiàn)2號(hào)跟蹤子通道的信號(hào)強(qiáng)度最大，且調(diào)整 時(shí)刻來臨時(shí)2號(hào)跟蹤子通道的跟蹤多普勒頻偏估計(jì)值為498Hz，則調(diào)度單 元511首先將2號(hào)跟蹤子通道復(fù)制到所有跟蹤子通道，進(jìn)而分別將多普勒 頻偏492Hz、 495Hz、 498Hz、 501Hz、 504Hz分別更新1 ~ 5號(hào)跟蹤子通道 的載波NCO 510的頻率進(jìn)行新一輪的更新，可以看出這里計(jì)算各個(gè)跟蹤子 通道新的載波多普勒頻偏估計(jì)值是以整體頻率估計(jì)單元獲得的多普勒頻偏 的估計(jì)值為中心，左右兩個(gè)方向偏移數(shù)個(gè)更新頻率步長(zhǎng)獲得的，但此處并不局限于此，還可以該多普勒頻偏的估計(jì)值為起始向右方向偏移數(shù)個(gè)更新 頻率步長(zhǎng)獲得，或者以該多普勒頻偏的估計(jì)值為起始向左方向偏移數(shù)個(gè)更
新頻率步長(zhǎng)獲得。更新的細(xì)節(jié)將在圖6和圖7中詳細(xì)描述。另外調(diào)度單元 512還負(fù)責(zé)重新配置跟蹤失鎖的跟蹤子通道。調(diào)度單元一旦發(fā)現(xiàn)有跟蹤子通 道跟蹤失鎖，則將當(dāng)前跟蹤狀態(tài)最好的跟蹤子通道復(fù)制到該通道，前述的 復(fù)制即將該跟蹤狀態(tài)最好的跟蹤子通道的碼相位、碼頻率、栽波相位、載 波頻率、各檢測(cè)和控制寄存器值復(fù)制到另外一個(gè)跟蹤子通道的相應(yīng)寄存器 中，使這兩個(gè)跟蹤子通道的跟蹤狀態(tài)完全相同。
圖6描述了本發(fā)明提出的多跟蹤通道組合的跟蹤子通道的結(jié)構(gòu)?？梢?該跟蹤子通道的結(jié)構(gòu)和圖3、圖4所示的結(jié)構(gòu)很類似，相關(guān)器組606、碼鑒 相器607、碼濾波器608、碼NCO610和碼發(fā)生器611共同組成了碼環(huán)。相 關(guān)器組606、頻率估計(jì)612，載波NC0 605、比例因子613、 Sin/Cos 603/604 映射單元和乘法器601 602共同組成了載波環(huán)。這部分結(jié)構(gòu)和功能和圖3、 圖4是完全相同的。該結(jié)構(gòu)中可以使用任意一種頻率估計(jì)方法對(duì)載波多普 勒頻偏進(jìn)行估計(jì)。不同實(shí)施例可以根據(jù)各自設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行靈活配置。本發(fā) 明的一個(gè)較優(yōu)實(shí)施例使用鑒相器輔以濾波器的結(jié)構(gòu)即可以獲得很好的跟蹤 靈敏度和魯棒性，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，降低了成本和功耗；而本發(fā)明的另一個(gè)較 優(yōu)實(shí)施例使用擴(kuò)展卡爾曼方法以功耗和復(fù)雜度的增加為代價(jià)，獲得了極高 的跟蹤靈敏度。
不同于圖3、圖4所示的結(jié)構(gòu)，該跟蹤子通道還增加了跟蹤狀態(tài)評(píng)估單 元615和環(huán)路配置單元614 跟蹤狀態(tài)評(píng)估單元615用于評(píng)估跟蹤子通道的 跟蹤狀態(tài)。評(píng)估的4^據(jù)為跟蹤衛(wèi)星的載噪比和載波NC0 605的頻率振動(dòng)。 術(shù)語"載噪比"被定義為載波與噪聲語密度之比("carrier-to-noise density ratio",即載波功率與噪聲功率譜密度的比)C/N0
C / W。=(纖)(B)[觸》-刷
由于擴(kuò)頻信號(hào)的信噪比SNR在解擴(kuò)前后差別^^艮大，因而，將信噪比SNR 歸一化到lHz帶寬內(nèi)，從而得到一個(gè)與帶寬無關(guān)聯(lián)的信噪比作為衡量信號(hào)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。適用于GPS接收機(jī)的載噪比估計(jì)有很多方法，在本發(fā)明的一
個(gè)較優(yōu)實(shí)施例中是通過如下的公式進(jìn)行估計(jì)，但并不限定必須采用下述方
法
<formula>formula see original document page 17</formula>
其中I為某通道同向采樣信號(hào)，Q為某通道正交項(xiàng)采樣信號(hào)，K=50, M = 20。
另 一方面，載波NCO 605的頻率振動(dòng)用載波NCO 605輸出的阿倫方差
來《軒量，其計(jì)算方法為
<formula>formula see original document page 17</formula>
其中為k時(shí)刻的載波NCO 605的輸出，K = 20。某個(gè)跟蹤子通道跟 蹤的載噪比最高，載波NCO 605的頻率振動(dòng)越小則認(rèn)為該通道的跟蹤狀態(tài) 越好。
適用于GPS接收機(jī)的載噪比估計(jì)有很多方法，但并不限定必須采用上 述方法，還可以采用如已知的相位鎖定指示器來進(jìn)行載噪比估計(jì)。
環(huán)路配置單元614根據(jù)來自調(diào)度單元(未示出)的控制信息616配置 和控制通道，特別地，實(shí)現(xiàn)通道復(fù)制功能。所謂通道復(fù)制是指將一個(gè)跟蹤 子通道的碼相位、碼頻率、載波相位、載波頻率、各^r測(cè)和控制寄存器值 復(fù)制到另外一個(gè)跟蹤子通道的相應(yīng)寄存器中，使這兩個(gè)通道的跟蹤狀態(tài)完全相同。通道賦值在每個(gè)預(yù)檢測(cè)積分時(shí)間間隔的開始或者結(jié)尾進(jìn)行，即在 各跟蹤子通道的相關(guān)值累加(包括相干累加和非相干累加)寄存器清零時(shí) 進(jìn)行。而將何跟蹤子通道復(fù)制到何跟蹤子通道是由調(diào)度單元控制的。另夕卜， 環(huán)路配置單元在開啟通道時(shí)還負(fù)責(zé)對(duì)通道各個(gè)寄存器的初始化，其初始化 信息是從調(diào)度單元獲得的。初始化內(nèi)容包括將相關(guān)器組的各個(gè)累加寄存器 清零，初始化各個(gè)檢測(cè)和控制寄存器，將碼相位、碼頻率、載波相位、載 波頻率寄存器設(shè)置成和調(diào)度單元輸入的初始化信息對(duì)應(yīng)的數(shù)值。
圖7描述了本發(fā)明提出的多跟蹤通道組合跟蹤結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)跟蹤的流程。
調(diào)度單元512在整體通道開啟時(shí)負(fù)責(zé)給每個(gè)跟蹤跟蹤子通道(即每個(gè)
跟蹤子通道的環(huán)路配置單元)提供初始化信息(即相位、碼頻率、載波相
位、載波頻率信息)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體通道的初始化。首先，調(diào)度單元512對(duì)整 個(gè)跟蹤通道的進(jìn)行初始化701。整個(gè)初始化過程分為如下四個(gè)步驟首先獲 取初始多普勒頻偏。該初始多普勒頻偏可以是由捕獲引擎捕獲后通過精細(xì) 捕獲(頻率牽引)收斂獲得的，也可以是先前使用普通跟蹤環(huán)路測(cè)量獲得 的。事實(shí)上本發(fā)明的一個(gè)較優(yōu)實(shí)施例在衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度較高時(shí)使用類似圖3 所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行跟蹤以節(jié)省功耗，當(dāng)跟蹤衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度低于門限后再啟動(dòng)多 通道組合跟蹤的方法實(shí)現(xiàn)跟蹤，以獲取更高靈敏度和更高魯棒性。這種模 式下即可以利用先前普通跟蹤環(huán)路獲得的較精確的多普勒頻偏作為初始化 通道的初始多普勒頻偏。
進(jìn)而為跟蹤通道分配跟蹤子通道。為每個(gè)跟蹤通道分配的跟蹤子通道 數(shù)目和接收機(jī)總的跟蹤子通道數(shù)、目標(biāo)衛(wèi)星數(shù)目以及目標(biāo)衛(wèi)星多普勒頻偏 變化率相關(guān)。接收機(jī)總跟蹤子通道數(shù)和跟蹤性能成正比，和接收機(jī)的規(guī)模 功耗也成正比。本發(fā)明的一個(gè)較優(yōu)實(shí)施例包含了 36個(gè)跟蹤子通道，本發(fā)明 的另一個(gè)較優(yōu)實(shí)施例包含了 48個(gè)跟蹤子通道。在接收機(jī)總跟蹤子通道數(shù)目 一定的前提下，目標(biāo)衛(wèi)星(可見衛(wèi)星)數(shù)目越多，平均用于跟蹤每顆衛(wèi)星 的跟蹤子通道數(shù)量就越少，也就是跟蹤子通道數(shù)量是通過將接收機(jī)總的跟 蹤子通道數(shù)量平均分配給可見目標(biāo)衛(wèi)星數(shù)量來獲得的。對(duì)于多普勒頻偏變化率較高的衛(wèi)星可以分配較多的跟蹤子通道，而多普勒頻偏變化率較低可
以分配較少的跟蹤子通道，例如對(duì)于36個(gè)子通道的接收機(jī)而言，假設(shè)當(dāng)前 有6顆目標(biāo)衛(wèi)星，其中3顆目標(biāo)衛(wèi)星的載波多普勒變化率為2Hz每秒，另 外三顆目標(biāo)衛(wèi)星的載波多普勒變化率為1Hz每秒，則可以給3顆多普勒變 化率高的衛(wèi)星每顆衛(wèi)星分配8個(gè)通道，而給3顆多普勒變化率低的衛(wèi)星每 顆衛(wèi)星分配4個(gè)通道。多普勒頻偏變化率可以通過先前跟蹤通道測(cè)量獲得， 若無測(cè)量信息則可以通過衛(wèi)星和用戶之間的相對(duì)速度推知。衛(wèi)星的速度可 以通過衛(wèi)星的導(dǎo)航電文計(jì)算獲得，用戶速度可以由接收機(jī)測(cè)量獲得或者利 用先前測(cè)量值外推獲得。如果所有先驗(yàn)信息均不可知，則可以給所有的目 標(biāo)衛(wèi)星分配相同的跟蹤子通道數(shù)，相應(yīng)的跟蹤效率會(huì)有所降低，而整體功 耗會(huì)有所增加，但本發(fā)明提出方法同樣可以工作。
進(jìn)一步地，計(jì)算更新頻率步長(zhǎng)并利用更新頻率步長(zhǎng)和初始多普勒頻偏 計(jì)算各個(gè)跟蹤子通道的預(yù)設(shè)本地載波多普勒。更新頻率步長(zhǎng)和衛(wèi)星信號(hào)多
普勒頻偏變化率成正比。衛(wèi)星信號(hào)多普勒頻偏變化率是根據(jù)衛(wèi)星的速度和 用戶速度計(jì)算獲得的，和用戶衛(wèi)星之間相對(duì)速度的導(dǎo)數(shù)成正比。當(dāng)用戶速 度和衛(wèi)星速度均不可知時(shí)，可以設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，該經(jīng)驗(yàn)值可以設(shè)定在 1Hz 5Hz的范圍，優(yōu)選如3Hz。進(jìn)而利用頻率步長(zhǎng)和初始多普勒頻偏計(jì)算 各個(gè)跟蹤子通道的預(yù)設(shè)本地載波多普勒。例如對(duì)于某顆衛(wèi)星，接收機(jī)分配 了 5個(gè)跟蹤子通道組成一個(gè)跟蹤通道實(shí)施跟蹤。初始預(yù)測(cè)多普勒頻偏為 500Hz,調(diào)度單元計(jì)算出的頻率間隔為3Hz,則調(diào)度單元計(jì)算的各跟蹤子通 道的預(yù)設(shè)本地載波多普勒頻偏為494Hz、 497Hz、 500Hz、 503Hz、 506Hz， 并依次以此為依據(jù)設(shè)置各個(gè)跟蹤子通道的載波NCO頻率。
進(jìn)一步地，開啟跟蹤子通道進(jìn)行獨(dú)立跟蹤702。在此狀態(tài)下每個(gè)跟蹤子 通道獨(dú)立工作，互不影響。每個(gè)跟蹤子通道可以j吏用各種類型的頻率估計(jì) 方法，包括前文所述的鑒相器加濾波器、FFT或擴(kuò)展卡爾曼方法。本發(fā)明 的一個(gè)較優(yōu)實(shí)施例使用鑒相器加濾波器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，降低復(fù)雜度以及 功耗；本發(fā)明的另 一個(gè)較優(yōu)實(shí)施例使用擴(kuò)展卡爾曼方法實(shí)現(xiàn)極高性能的跟蹤。
進(jìn)一步地，評(píng)估各個(gè)跟蹤子通道的跟蹤狀態(tài)703,評(píng)估的具體方法已經(jīng)
在圖6中進(jìn)行了詳細(xì)的描述。
進(jìn)一步地，檢測(cè)判決時(shí)刻是否到達(dá)705。如果判決時(shí)刻沒有到達(dá)則繼續(xù) 維持各跟蹤子通道的跟蹤，如果判決時(shí)刻到達(dá)則評(píng)估所有跟蹤子通道的跟 蹤狀態(tài)，并以此為依據(jù)獲得目標(biāo)衛(wèi)星的多普勒頻偏估計(jì)706，即以判決時(shí)刻 時(shí)跟蹤狀態(tài)最好的跟蹤子通道的跟蹤多普勒頻偏為目標(biāo)衛(wèi)星的多普勒頻 偏。判決時(shí)刻間隔的大小和目標(biāo)衛(wèi)星的多普勒頻偏變化率成反比。衛(wèi)星的 多普勒頻偏變化率可以載波環(huán)測(cè)量獲得。若目標(biāo)衛(wèi)星的多普勒頻偏變化率 不可知，則固定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值如3秒為判決時(shí)刻間隔。本發(fā)明的一個(gè)較優(yōu)實(shí) 施例使用2秒為判決時(shí)刻間隔，本發(fā)明的另一個(gè)較優(yōu)實(shí)施例使用5秒為判 決時(shí)間間隔。
進(jìn)一步地，計(jì)算更新頻率的步長(zhǎng)706。該步驟和初始化通道中的計(jì)算更 新頻率的步長(zhǎng)的步驟是類似的，不同之處在于此時(shí)的衛(wèi)星多普勒頻偏是可 以確知的。進(jìn)而將跟蹤狀態(tài)最好的通道復(fù)制給其他所有的跟蹤子通道707， 同時(shí)利用更新頻率的步長(zhǎng)計(jì)算各個(gè)跟蹤子通道的載波多普勒頻偏，更新各 ^:蹤子通道載波NCO 708的頻率，開始新一l^的] 艮蹤。
盡管本發(fā)明的方法和裝置是參照GPS衛(wèi)星來描述的，但應(yīng)當(dāng)理解，這 些原理同樣適用于采用假衛(wèi)星(pseudolites)或衛(wèi)星與假衛(wèi)星的組合的定位 系統(tǒng)。假衛(wèi)星是一種基于地面的發(fā)射機(jī)，它傳播調(diào)制在L頻段載波信號(hào)上 PN碼(與GPS信號(hào)相似)，并且通常是與GPS時(shí)間同步的。每一發(fā)射機(jī)可 以被賦予一個(gè)獨(dú)特的PN碼，從而允許由遠(yuǎn)端接收機(jī)進(jìn)行識(shí)別。假衛(wèi)星用在 這樣的情況下，即，來自軌道衛(wèi)星的GPS信號(hào)缺失，如隧道、礦山、建筑 物或者其他的封閉區(qū)及明顯遮擋。這里所使用的術(shù)語"衛(wèi)星"包括假衛(wèi)星或假 衛(wèi)星的等效，而這里所使用的術(shù)語GPS信號(hào)包括來自假衛(wèi)星或者假衛(wèi)星等 效的類似GPS的信號(hào)。
在前面的討論中，本發(fā)明是參照美國全球定位系統(tǒng)(GPS)來描述的。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這些方法同樣適用于類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，如俄羅斯的
格洛納斯(Glonass)系統(tǒng)，歐洲的伽利略(Galileo)系統(tǒng)和中國的北斗1 及北斗2系統(tǒng)。所使用的術(shù)語"GPS，，還包括這樣一些衛(wèi)星定位系統(tǒng)，如俄羅 斯的格洛納斯(Glonass)系統(tǒng)，歐洲的伽利略(Galileo)系統(tǒng)和中國的北 斗1及北斗2系統(tǒng)。術(shù)語"GPS信號(hào)，，包括來自另一些衛(wèi)星定位系統(tǒng)的信號(hào)。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式 上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā) 明,任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利 用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí) 施例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì) 以上實(shí)施例所作的任何筒單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù) 方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，具有多個(gè)跟蹤通道，該跟蹤通道包括多個(gè)跟蹤子通道，用于跟蹤同一目標(biāo)衛(wèi)星獲取載波多普勒頻偏估計(jì)值；一整體頻率估計(jì)單元，依據(jù)多個(gè)跟蹤子通道的載噪比和載波數(shù)控振蕩器頻率對(duì)跟蹤子通道的跟蹤狀態(tài)進(jìn)行整體估計(jì)，并獲取多個(gè)跟蹤子通道中跟蹤狀態(tài)最好的跟蹤子通道的載波多普勒頻偏估計(jì)值；一調(diào)度單元，根據(jù)一更新頻率步長(zhǎng)和所述載波多普勒頻偏估計(jì)值更新多個(gè)跟蹤子通道的載波數(shù)控振蕩器頻率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所 述跟蹤通道包含的多個(gè)跟蹤子通道的數(shù)量是通過將接收機(jī)總的跟蹤子通道 數(shù)量平均分配給可見目標(biāo)衛(wèi)星數(shù)量來獲得的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，根 據(jù)可見目標(biāo)衛(wèi)星數(shù)量和該可見目標(biāo)衛(wèi)星的多普勒頻偏變化率將接收機(jī)總的 跟蹤子通道數(shù)量分配給所述跟蹤通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于， 所述跟蹤子通道包括一碼環(huán)，用于跟蹤目標(biāo)衛(wèi)星發(fā)射的偽隨機(jī)碼；一載波環(huán)，利用頻率估計(jì)單元獲得該跟蹤子通道的載波多普勒頻偏估 計(jì)值，所述碼環(huán)經(jīng)由相關(guān)器組與所述載波環(huán)相關(guān)；一跟蹤狀態(tài)評(píng)估單元，依據(jù)該跟蹤子通道的載噪比及載波數(shù)控振蕩器 頻率，評(píng)估所述載波多普勒頻偏估計(jì)值；一環(huán)路配置單元，根據(jù)調(diào)度單元的控制信息及所述載波多普勒頻偏估 計(jì)值設(shè)置該跟蹤子通道。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述更新頻率步長(zhǎng)在衛(wèi)星信號(hào)多普勒頻偏變化率未知時(shí)設(shè)置為固定經(jīng)驗(yàn)值。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述更新頻率步長(zhǎng)設(shè)置的固定經(jīng)驗(yàn)值為1Hz ~ 5Hz。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所 述更新頻率步長(zhǎng)和衛(wèi)星信號(hào)多普勒頻偏變化率成正比。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所 述跟蹤子通道的載波環(huán)的頻率估計(jì)單元用載波鑒相器和載波濾波器對(duì)載波 多普勒頻偏進(jìn)行估計(jì)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所 述跟蹤子通道的載波環(huán)的頻率估計(jì)單元用快速傅立葉變換方式或是擴(kuò)展卡 爾曼方式對(duì)載波多普勒頻偏估計(jì)值進(jìn)行估計(jì)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的全球定位接收才幾跟蹤系統(tǒng)，其特征在于， 所述環(huán)路配置單元i殳置5艮蹤子通道，進(jìn)一步包括初始化所述跟蹤子通道， 以及對(duì)所述跟蹤子通道之間進(jìn)行復(fù)制。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于， 所述跟蹤子通道復(fù)制是將一個(gè)跟蹤子通道的碼相位、碼頻率、載波相位、 載波頻率、各檢測(cè)和控制寄存器的值復(fù)制到另外一個(gè)跟蹤子通道的相應(yīng)寄 存器中， -使兩個(gè)跟蹤子通道的跟蹤狀態(tài)完全相同。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于， 所述跟蹤子通道復(fù)制在相關(guān)器組預(yù)4企測(cè)積分完成時(shí)完成。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于， 所述調(diào)度單元還檢測(cè)各跟蹤子通道是否失鎖，若失鎖則將跟蹤狀態(tài)最好的 跟蹤子通道復(fù)制到失鎖跟蹤子通道，重新實(shí)現(xiàn)《艮蹤。
14、 一種全球定位接收機(jī)跟蹤方法，包括 初始化多個(gè)5艮蹤通道，設(shè)定判決時(shí)刻；開啟多個(gè)跟蹤通道的多個(gè)跟蹤子通道進(jìn)行獨(dú)立跟蹤目標(biāo)衛(wèi)星載波多普 勒頻偏估計(jì)值；依據(jù)各個(gè)跟蹤子通道的載噪比及載波數(shù)控振蕩器頻率，評(píng)估各個(gè)跟蹤子通道的當(dāng)前跟蹤狀態(tài)；檢測(cè)判決時(shí)刻是否到達(dá)，如果判決時(shí)刻到達(dá)時(shí)則整體頻率估計(jì)單元依據(jù)所述多個(gè)跟蹤子通道的載噪比和載波數(shù)控振蕩器頻率對(duì)各個(gè)跟蹤子通道的當(dāng)前跟蹤狀態(tài)進(jìn)行整體的估計(jì)，獲得跟蹤狀態(tài)最好的跟蹤子通道的載波多普勒頻偏估計(jì)值；依據(jù)衛(wèi)星信號(hào)多普勒頻偏變化率計(jì)算更新頻率步長(zhǎng)；將所述跟蹤狀態(tài)最好的跟蹤子通道復(fù)制給其他的跟蹤子通道；依據(jù)所述更新頻率步長(zhǎng)和跟蹤狀態(tài)最好的跟蹤子通道的載波多普勒頻偏估計(jì)值，計(jì)算各個(gè)跟蹤子通道新的載波多普勒頻偏估計(jì)值，進(jìn)一步更新各跟蹤子通道的載波數(shù)控振蕩器頻率。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的全球定位接收機(jī)跟蹤方法，其特征在于， 所述初始化還包括以下步驟獲取目標(biāo)衛(wèi)星初始多普勒頻偏； 為跟蹤通道分配跟蹤子通道數(shù)量；計(jì)算更新頻率步長(zhǎng)，并利用更新頻率步長(zhǎng)和所述初始多普勒頻偏，計(jì) 算各個(gè)跟蹤子通道的預(yù)設(shè)本地載波多普勒頻偏；以預(yù)設(shè)本地載波多普勒為依據(jù)設(shè)置各個(gè)跟蹤子通道的載波數(shù)控振蕩器 頻率。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的全球定位接收機(jī)跟蹤方法，其特征在于， 所述初始多普勒頻偏是由捕獲引擎捕獲后通過頻率牽引收斂獲得的，或是 使用載波環(huán)測(cè)量獲得的。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的全球定位接收機(jī)跟蹤方法，其特征在于， 所述分配跟蹤子通道的數(shù)量是通過將接收機(jī)總的跟蹤子通道數(shù)量平均分配 給可見目標(biāo)衛(wèi)星數(shù)量來獲得的。
18、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的全球定位接收機(jī)跟蹤方法，其特征在于， 所述分配跟蹤子通道的數(shù)量根據(jù)接收機(jī)總的跟蹤子通道數(shù)量、可見目標(biāo)衛(wèi)星數(shù)量以及各個(gè)可見目標(biāo)衛(wèi)星的多普勒頻偏變化率成正比自適應(yīng)分配。
19、 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的全球定位接收機(jī)跟蹤方法，其特征 在于，所述更新頻率步長(zhǎng)和衛(wèi)星信號(hào)多普勒頻偏變化率成正比。
20、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的全球定位接收機(jī)跟蹤方法，其特征在于， 所述更新頻率步長(zhǎng)在衛(wèi)星信號(hào)多普勒頻偏變化率未知時(shí)設(shè)置為固定經(jīng)驗(yàn) 值。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于， 所述更新頻率步長(zhǎng)設(shè)置的固定經(jīng)驗(yàn)值為lHz 5Hz。
22、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的全球定位接收機(jī)跟蹤方法，其特征在于， 所述開啟跟蹤子通道進(jìn)行獨(dú)立跟蹤可使用載波鑒相器輔以載波濾波器估計(jì) 頻偏。
23、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的全球定位接收機(jī)跟蹤方法，其特征在于， 所述開啟跟蹤子通道進(jìn)行獨(dú)立跟蹤可使用快速傅立葉變換方式或是擴(kuò)展卡 爾曼方式估計(jì)頻偏。
24、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的全球定位接收機(jī)跟蹤方法，其特征在于， 所述判決時(shí)刻到達(dá)由整體頻率估計(jì)單元進(jìn)行的載波多普勒頻偏估計(jì)是以判 決時(shí)刻時(shí)跟蹤狀態(tài)最好的跟蹤子通道的跟蹤載波多普勒頻偏為目標(biāo)衛(wèi)星的 載波多普勒頻偏。
25、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的全球定位接收機(jī)跟蹤方法，其特征在于， 所述判決時(shí)刻間隔的大小和目標(biāo)衛(wèi)星的多普勒頻偏變化率成反比。
26、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的全球定位接收機(jī)跟蹤方法，其特征在于， 所述計(jì)算各個(gè)跟蹤子通道新的載波多普勒頻偏估計(jì)值是以整體頻率估計(jì)單元獲得的多普勒頻偏的估計(jì)值為中心，左右兩個(gè)方向偏移數(shù)個(gè)更新頻率步 長(zhǎng)獲得的，或以該多普勒頻偏的估計(jì)值為起始向右方向偏移數(shù)個(gè)更新頻率 步長(zhǎng)獲得，或以該多普勒頻偏的估計(jì)值為起始向左方向偏移數(shù)個(gè)更新頻率 步長(zhǎng)獲得。
全文摘要
一種全球定位接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)及其方法，其中該方法包括對(duì)目標(biāo)衛(wèi)星的多普勒頻偏進(jìn)行估計(jì)，以估計(jì)的多普勒頻偏為中心偏移數(shù)個(gè)頻率更新步長(zhǎng)獲得多個(gè)本地載波多普勒，同時(shí)更新多個(gè)相同的跟蹤子通道，進(jìn)而讓各跟蹤子通道獨(dú)立跟蹤，并檢測(cè)每個(gè)通道的信號(hào)強(qiáng)度并以信號(hào)強(qiáng)度最大的跟蹤通道的跟蹤多普勒作為目標(biāo)衛(wèi)星的多普勒頻偏估計(jì)，并以此為依據(jù)重新更新各個(gè)跟蹤子通道實(shí)現(xiàn)持續(xù)跟蹤。這種多通道組合跟蹤方法在獲取一個(gè)較精確的頻率起始估計(jì)的前提下，不需要其他信息輔助，并能夠大幅度提高跟蹤靈敏度和跟蹤的魯棒性。還可以和已有設(shè)計(jì)的各種載波跟蹤環(huán)組合使用，獲得更好的性能。且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)和移植。
文檔編號(hào)G01S19/24GK101441260SQ20081024027
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者云 王, 睿 鄭, 培 陳, 杰 陳 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子研究所