CN102004236A - Gps信号跟踪方法、跟踪通道环路及其调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种GPS信号跟踪方法、跟踪通道环路及其调整方法。GPS信号的跟踪方法，包括：步骤A，接收卫星发射的射频信号；步骤B，根据预先获得的载波数控振荡器NCO产生的信号对所述射频信号进行下变频处理，获得下变频后的信号；步骤C，根据预先获得的码数控振荡器NCO产生的信号对所述下变频信号的频率进行相干积累和非相干积累计算，获得对所述射频信号的跟踪数据。本实施例中对所述射频信号进行下变频处理后，通过相干积累和非相干积累计算增加了积分时间，提高了信号处理增益，保证了在室内等信号强度较弱环境中对GPS信号频率的跟踪，从而实现了对GPS弱信号的跟踪。

Description

GPS信号跟踪方法、跟踪通道环路及其调整方法

技术领域

本发明涉及星基导航技术领域，尤其涉及一种GPS信号跟踪方法、跟踪通道环路及其调整方法。

背景技术

GPS(Global Positioning Systems，全球定位系统)是一种可以实现连续、实时、三维定位的系统，它由空间部署的24颗卫星、地面控制站和用户接收机三部分组成。

空间的24颗卫星不断发射自己专有的伪随机码和导航数据电文，用户接收机在捕获到卫星发射的信号后，得到卫星的载波频率和码相位，进而可以解调出导航数据电文用于最终用户接收机的定位。但是，接收机在捕获过程中只能得到载波频率和码相位的大概值，所以在捕获完成之后要进入跟踪环路，进一步确定载波频率和码相位，同时跟踪已经确定的载波频率和码相位。

现有的接收机采用PLL(Phase-Locked Loop，锁相环)技术进行GPS信号频率跟踪。当接收机处于室外开阔环境下时，信号电平一般高于-140dBm，接收机每毫秒积分输出信噪比较高，采用锁相环技术可以有效的跟踪信号。锁相环是一种反馈电路，其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步。PLL通过比较外部信号的相位和压控晶振(VCXO)的相位来实现同步，在比较的过程中，锁相环电路会不断根据外部信号的相位来调整本地晶振的时钟相位，直到两个信号的相位同步，所以采用锁相环技术对信号进行跟踪实质是对信号载波相位的跟踪。具体的信号跟踪方法如图1中的跟踪通道环路所示，当接收机接收到卫星信号并进行下变频等处理后，由部分支路的中心码相位相关值作为载波跟踪环鉴相器的输入，保持对载波相位的实时跟踪，由中心码相位相关值及超前、滞后码相位相关值作为环路滤波器的输入，保持对码相位的实时跟踪。从而实现对GPS信号的载波相位及码相位的二维跟踪。

但当接收机位于室内等信号强度较弱的环境中时，信号电平一般弱于-150dBm。当信号强度较弱时，需要增加相干积分时间和降低环路带宽才可以获得较高的信噪比以保证对信号相位的跟踪，但增加相干积分时间和降低环路带宽又导致了环路失锁的概率增加。随着信号电平的进一步降低，积分时间、环路带宽与环路平均失锁时间的矛盾限制了现有的对信号相位的跟踪算法在室内等信号强度较弱环境中对GPS信号的跟踪。

发明内容

本发明实施例提供一种GPS信号跟踪方法、跟踪通道环路及其调整方法，能够实现在室内等信号强度较弱环境中对GPS信号的跟踪。

为了解决上述技术问题，本发明实施例的技术方案如下：

一种GPS信号的跟踪方法，包括：

步骤A，接收卫星发射的射频信号；

步骤B，根据预先获得的载波数控振荡器NCO产生的信号对所述射频信号进行下变频处理，获得下变频后的信号；

步骤C，根据预先获得的码数控振荡器NCO产生的信号对所述下变频后的信号的频率进行相干积累和非相干积累计算，获得对所述射频信号的跟踪数据。

进一步，还包括：

步骤D，根据所述跟踪数据修正所述载波NCO产生的信号；

步骤E，根据修正的载波NCO信号所对应的码NCO信号及由所述跟踪数据获得的追赶效应，确定修正的码NCO信号；

步骤F，将所述修正的载波NCO的信号作为所述预先获得的载波NCO产生的信号，将所述修正的码NCO信号作为所述预先获得的码NCO产生的信号，重复所述步骤B和所述步骤C获得更新的跟踪数据。

进一步，通过对所述卫星发射的射频信号的捕获结果确定所述预先获得的载波NCO的信号和所述预先获得的码NCO的信号；或者

通过对所述卫星发射的射频信号的低灵敏度跟踪结果确定所述预先获得的载波NCO的信号和所述预先获得的码NCO的信号。

进一步，所述根据预先获得的载波NCO的信号对所述射频信号进行下变频处理获得下变频后的信号具体为：

根据预先获得的三个载波NCO的信号频率对所述射频信号进行下变频处理获得三个对应的下变频后的信号s_fn，s_f0，s_fp；

所述根据预先获得的码NCO的信号对所述下变频后的信号的频率进行相干积累包括：

根据预先获得的三路码NCO信号对所述下变频后的信号的中间频率信号s_f0进行三路的1ms相干积累，获得所述中间频率信号的三个相干积累结果F_f01msE，F_f01msP，F_f01msL，采用所述三路码NCO信号中的中路信号对所述下变频后的信号的其余两个频率的信号s_fn、s_fp分别进行一路的1ms相干积累获得对应的相干积累结果F_fn1msP，F_fp1msP；

对所述相干积累结果F_f01msE，F_f01msP，F_f01msL，F_fn1msP，F_fp1msP进行20次相干累加，获得相干积累结果F_f020msE、F_f020msP、F_f020msL、F_fn20msP、F_fp20msP。

进一步，所述非相干积累计算包括：

对所述相干积累结果F_f020msE、F_f020msP、F_f020msL、F_fn20msP、F_fp20msP分别进行10次非相干积累；

所述对所述射频信号的跟踪数据具体为所述非相干积累的结果Z_f0E、Z_f0P、Z_f0L、Z_fnP、Z_fpP。

一种GPS信号的跟踪通道环路，包括：

正负频偏跟踪通道，用于获取并输出载波NCO信号；

EPL跟踪通道，用于获取并输出码NCO信号；

信号处理通道，用于接收卫星发射的射频信号，并根据所述正负频偏跟踪通道输入的载波NCO信号对所述射频信号进行下变频处理，获得下变频后的信号；根据所述EPL跟踪通道输入的码NCO信号对所述下变频后的信号的频率进行相干积累和非相干积累计算，获得对所述射频信号的跟踪数据。

进一步，所述正负频偏跟踪通道获取并输出的载波NCO信号还包括噪底的载波NCO信号，所述EPL跟踪通道获取并输出的码NCO信号还包括噪底的码NCO信号；

所述跟踪通道环路还包括：

噪底计算通道，用于根据所述噪底的载波NCO信号对噪声信号进行下变频处理获得噪声的下变频后的信号，并根据所述噪底的码NCO信号对所述噪声的下变频信号进行相干积累和非相干积累计算，获得平均噪底。

进一步，还包括：

循环通道，用于接收所述信号处理通道输出的跟踪数据和噪底计算通道输出的平均噪底进行跟踪状态的判决，修正载波NCO信号和修正码NCO信号，并将修正的载波NCO信号和修正的码NCO信号分别传输至所述正负频偏跟踪通道和所述EPL跟踪通道；

所述正负频偏跟踪通道，用于获取并输出所述修正的载波NCO信号；

所述EPL跟踪通道，用于获取并输出所述修正的码NCO信号。

一种调整GPS信号跟踪通道环路的方法，应用于前述的GPS信号跟踪通道环路，包括：

步骤I，接收信号处理通道输出的对卫星发射的射频信号的跟踪数据和噪底计算通道输出的平均噪底；

步骤J，如果所述跟踪数据和所述平均噪底与上一次接收到的不同，则读取所述跟踪数据和所述平均噪底；

步骤K，根据所述跟踪数据和所述平均噪底修正所述载波NCO的信号和码NCO的信号；

步骤L，根据所述跟踪数据和所述平均噪底判断对所述卫星发射的射频信号的跟踪状态，若正常，则输出修正的载波NCO信号和码NCO信号至GPS信号跟踪通道环路进行信号处理，然后重复所述步骤I。

进一步，在接收所述跟踪数据和所述平均噪底之前，还包括：

步骤G，对所述GPS信号跟踪通道进行初始化；

步骤H，如果高灵敏度捕获结果或低灵敏度跟踪结果满足预置条件，则转入所述GPS信号跟踪通道环路对卫星发射的射频信号进行处理。

现有技术中采用锁相环通过对信号载波相位的跟踪实现对信号的跟踪，但由于存在增加相干积分时间和减小失锁概率之间的矛盾，这种方法对于弱信号情况下，无法实现对GPS信号的跟踪。而本发明实施例中，对卫星发射的射频信号进行下变频处理后，通过相干积累和非相干积累计算增加了积分时间，提高了信号处理增益，通过在室内等信号强度较弱环境中对GPS信号频率的跟踪，从而实现了对GPS弱信号的跟踪。

附图说明

图1是现有技术中的信号跟踪通道示意图；

图2是本发明实施例一种GPS信号的跟踪方法流程图；

图3是本发明实施例另一种GPS信号的跟踪方法流程图；

图4是本发明实施例一种GPS信号的跟踪方法示意图；

图5是本发明实施例一种GPS信号的跟踪通道环路示意图；

图6是本发明实施例另一种GPS信号的跟踪通道环路示意图；

图7是本发明实施例一种调整GPS信号跟踪通道环路的方法流程图；

图8是本发明实施例另一种调整GPS信号跟踪通道环路的方法流程图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，附图仅提供参考与说明，并非用来限制本发明。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行描述。

参照图2，为本发明实施例一种GPS信号的跟踪方法流程图。

该方法可以包括：

步骤201，接收卫星发射的射频信号。

该接收过程与现有技术类似，此处不再赘述。

步骤202，根据预先获得的载波数控振荡器NCO产生的信号对所述射频信号进行下变频处理，获得下变频后的信号。

本步骤中，该预先获得的载波NCO(Numerical Controlled Oscillator，数控振荡器)产生的信号的频率可以是根据需要或评估设定的值，也可以是根据高灵敏度捕获结果或低灵敏度跟踪结果获得，还可能是修正的载波NCO的信号。该载波NCO产生信号频率的获得过程和下变频处理过程通过后续实施例进行详细说明。

步骤203，根据预先获得的码NCO产生的信号对所述下变频信号的频率进行相干积累和非相干积累计算，获得对所述射频信号的跟踪数据。

该码NCO信号与载波NCO信号的获得过程类似，相干积累和非相干积累的次数或时间可以根据需要进行设定，该积累过程针对的信号也可以根据需要进行设定，具体请参见后续实施例。

现有技术中采用锁相环通过对信号载波相位的跟踪实现对信号的跟踪，但由于存在增加相干积分时间和减小失锁概率之间的矛盾，这种方法对于弱信号情况下，无法实现对GPS信号的跟踪。而本发明实施例提出了实现GPS信号跟踪的不同思路方法，对卫星发射的射频信号进行下变频处理后，通过相干积累和非相干积累计算增加了积分时间，提高了信号处理增益，通过在室内等信号强度较弱环境中对GPS信号频率的跟踪，从而实现了对GPS弱信号的跟踪。下面结合流程图3和结构示意图4通过具体的实施例进行详细说明。

参照图3，为本发明实施例另一种GPS信号的跟踪方法流程图。

该方法可以包括：

步骤301，接收卫星发射的射频信号。

步骤302，根据预先获得的三个载波NCO信号的频率对所述射频信号进行下变频处理获得三个对应的下变频信号s_fn，s_f0，s_fp。

步骤301、步骤302与现有技术类似，此处不再赘述。

步骤303，根据预先获得的码NCO信号对所述下变频信号的频率进行相干积累。

首先，根据三路(E、P、L)码NCO信号对所述下变频信号的中间频率信号s_f0进行三路的1ms相干积累，获得所述中间频率信号s_f0的三个相干积累结果F_f01msE，F_f01msP，F_f01msL，采用所述三路码NCO信号中的中路信号(P)对所述下变频信号的其余两个频率的信号s_fn、s_fp分别进行一路的1ms相干积累获得对应的相干积累结果F_fn1msP，F_fp1msP。

其中，所述三路码NCO信号是三路依次相差0.5个码偏相位(chip)的CA码(GPS C/A，粗捕码)信号。

然后，对所述相干积累结果F_f01msE，F_f01msP，F_f01msL，F_fn1msP，F_fp1msP进行20次相干累加，获得相干积累结果F_f020msE、F_f020msP、F_f020msL、F_fn20msP、F_fp20msP。

$F_{f020\mathrm{msE}}=\underset{i=0}{\overset{19}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{f01\mathrm{msE}}\left(i\right)$ $F_{\mathrm{fn}20\mathrm{msP}}=\underset{i=0}{\overset{19}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{fn}1\mathrm{msP}}\left(i\right)$

$F_{f020\mathrm{msP}}=\underset{i=0}{\overset{19}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{f01\mathrm{msP}}\left(i\right)$ $F_{\mathrm{fp}20\mathrm{msP}}=\underset{i=0}{\overset{19}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{fp}1\mathrm{msP}}\left(i\right)$

$F_{f020\mathrm{msL}}=\underset{i=0}{\overset{19}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{f01\mathrm{msL}}\left(i\right)$

步骤304，对所述相干积累结果进行非相干积累计算，计算结果即为对GPS信号的跟踪数据。

对所述相干积累结果F_f020msE、F_f020msP、F_f020msL、f_fn20msP、F_fp20msP分别进行10次非相干积累：

$Z_{f0E}=\underset{j=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{\left|F_{f020\mathrm{msE}}\left(j\right)\right|}^2$

$Z_{f0P}=\underset{j=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{\left|F_{f020\mathrm{msP}}\left(j\right)\right|}^2$

$Z_{f0L}=\underset{j=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{\left|F_{f020\mathrm{msL}}\left(j\right)\right|}^2$

$Z_{\mathrm{fnP}}=\underset{j=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{\left|F_{\mathrm{fn}20\mathrm{msP}}\left(j\right)\right|}^2$

$Z_{\mathrm{fpP}}=\underset{j=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{\left|F_{\mathrm{fp}20\mathrm{msP}}\left(j\right)\right|}^2$

在相干积累中过程中，积累数据都是复数；而非相干积累中，积累数据为正实数。最后的非相干积累结果(Z_f0E，Z_f0P，Z_f0L，Z_fnP，Z_fpP)都是正实数。

则，对GPS信号的跟踪数据即为：Z_f0E、Z_f0P、Z_f0L、Z_fnP、Z_fpP。

为了使对GPS信号的跟踪更加准确，且能满足实时跟踪，还需要不断更新或调整载波NCO信号和码NCO信号以对跟踪数据不断修正或更新，本发明实施例还可以进一步包括：

步骤305，根据所述跟踪数据修正所述载波NCO信号的频率。

比较跟踪数据中的Z_fnP、Z_f0P、Z_fpP三个数值，修正载波NCO的频率：

$f_0=f_0+C_f\frac{Z_{\mathrm{fpP}}-Z_{\mathrm{fnP}}}{Z_{f0P}}$

f_n＝f₀-20

f_p＝f₀+20

其中C_f为常数，取值范围为：1-10的正数。

步骤306，根据修正的载波NCO信号对应的码NCO信号及由所述跟踪数据获得的追赶效应，确定修正的码NCO信号。

比较跟踪数据中的Z_f0E，Z_f0P，Z_f0L，并且结合修正的载波NCO信号的f₀，修正码NCO信号为：

$f_{\mathrm{CA}}=\frac{f_0-f_{\mathrm{IF}}}{1540}+5C_{\mathrm{CA}}\frac{Z_{f0L}-Z_{f0E}}{Z_{f0P}}$

该修正方法完全由Z_fnP、Z_f0P、Z_fpP三个数值决定；修正方法中包含两个因素：载波NCO信号对应的码NCO信号：

及由所述跟踪数据获得的追赶效应

步骤305-306的详细过程与后续步骤703类似。

步骤307，将所述修正的载波NCO信号作为所述预先获得的载波NCO信号，将所述修正的码NCO信号作为所述预先获得的码NCO信号，重复所述步骤302和所述步骤303获得更新的跟踪数据。

本发明实施例通过不断修正载波NCO信号和码NCO信号，从而对跟踪数据不断调整或更新，保证了对信号强度较弱的GPS信号跟踪的准确性和实时性。

为了实现上述对GPS信号的跟踪，在具体实施时本发明实施例还提供了一种GPS信号的跟踪通道环路。

参照图5，为本发明实施例一种GPS信号的跟踪通道环路示意图。

该GPS信号的跟踪通道环路可以包括正负频偏跟踪通道501、EPL跟踪通道502和信号处理通道503。

正负频偏跟踪通道501，用于获取并输出载波NCO信号。

EPL跟踪通道502，用于获取并输出码NCO信号。

信号处理通道503，用于接收卫星发射的射频信号，并根据所述正负频偏跟踪通道501输入的载波NCO信号对所述射频信号进行下变频处理，获得下变频后的信号；根据所述EPL跟踪通道502输入的码NCO信号对所述下变频后的信号的频率进行相干积累和非相干积累计算，获得对所述射频信号的跟踪数据。

其中，载波NCO信号和码NCO信号可以通过对所述卫星发射的射频信号的捕获结果确定；或者通过对所述卫星发射的射频信号的低灵敏度跟踪结果确定。

本实施例中，GPS信号的跟踪通道通过对卫星发射射频信号的下变频处理及相干积累和非相干积累计算增加了积分时间，提高了信号处理增益，保证了在室内等信号强度较弱环境中对GPS信号频率的跟踪，从而实现了对GPS弱信号的跟踪。

下面通过具体的实施例进行说明。

参照图6，为本发明实施例另一种GPS信号的跟踪通道环路示意图。

该GPS信号的跟踪通道环路可以包括正负频偏跟踪通道601、EPL跟踪通道602、信号处理通道603、噪底计算通道604和循环通道605。正负频偏跟踪通道601、EPL跟踪通道602、信号处理通道603与前述实施例类似。

其中，正负频偏跟踪通道601获取并输出的载波NCO信号还包括噪底的载波NCO信号，EPL跟踪通道602获取并输出的码NCO信号还包括噪底的码NCO信号。

噪底计算通道604，用于根据所述噪底的载波NCO信号对噪声信号进行下变频处理获得噪声的下变频后的信号，并根据所述噪底的码NCO信号对所述噪声的下变频后的信号进行相干积累和非相干积累计算，获得平均噪底。

循环通道605，用于接收所述信号处理通道输出的跟踪数据和噪底计算通道输出的平均噪底进行跟踪状态的判决，修正载波NCO信号和修正码NCO信号，并将修正的载波NCO信号和修正的码NCO信号分别传输至所述正负频偏跟踪通道和所述EPL跟踪通道。

采用本实施例所述的跟踪通道对信号进行跟踪时，在该跟踪通道的启动时刻设定跟踪开始时间(对应于秒内计数器的一个数值)、跟踪卫星号、跟踪初始的码NCO信号和载波NCO信号、初始的噪底通道码NCO信号和载波NCO信号。然后正负频偏跟踪通道601输出载波NCO信号，其中包含噪底的载波NCO信号，EPL跟踪通道602输出码NCO信号，其中也包含噪底的码NCO信号，信号处理通道603根据正负频偏跟踪通道601输入的载波NCO信号对射频信号进行下变频处理，获得下变频信号，然后再根据EPL跟踪通道603输入的码NCO信号对下变频信号进行相干积累和非相干积累计算，获得跟踪数据。该下变频处理和相干积累和非相干积累计算的过程请参照前述方法实施例的相应部分，此处不再赘述。

噪底计算通道604根据噪底的载波NCO信号对噪声信号进行下变频处理获得噪声的下变频信号，并根据噪底的码NCO信号对噪声的下变频信号进行相干积累和非相干积累计算，获得平均噪底。噪底估计通道604的载波NCO信号和码NCO信号的设定偏离正常的跟踪通道的设定，而且为了获取正确的平均噪底，上述的两个NCO信号的设定必须具有一定的遍历性。本实施例中增加噪底计算通道604便于后续循环通道605对信号处理通道603输出的跟踪数据与该噪底计算通道604输出的平均噪底的噪声能量进行比较，以对信号处理通道603输出的跟踪数据进行判决，对各载波NCO信号和码NCO信号进行修正，以调整跟踪环路。循环通道605在获得修正的载波NCO信号和修正的码NCO信号后，分别传输至正负频偏跟踪通道601和EPL跟踪通道602，正负频偏跟踪通道601获取输出所述修正的载波NCO信号，EPL跟踪通道602获取并输出所述修正的码NCO信号。信号处理通道603根据修正后的载波NCO信号和修正后的码NCO信号再对射频信号进行前述下变频及积累计算，再次获得更新的跟踪数据，噪底计算通道605根据修正后的噪底的载波NCO信号和修正后的噪底的码NCO信号对噪声信号进行前述处理，再次输出更新的平均噪底。依次类推，该跟踪通道可以形成环路，对跟踪数据不断进行更新和修正，以实现对信号的准确跟踪和实时跟踪。

本实施例通过该跟踪通道实现了在室内等弱信号环境下对GPS信号的准确跟踪和实时跟踪。

基于上述跟踪通道，本发明实施例还提出了一种对跟踪通道环路的调整方法，以实现对信号的跟踪，具体通过以下实施例进行说明。

参照图7，为本发明实施例一种调整GPS信号跟踪通道的方法流程图。

本实施例中，该调整方法可以包括：

步骤701，接收信号处理通道输出的对卫星发射的射频信号的跟踪数据和噪底计算通道输出的平均噪底。

步骤702，如果所述跟踪数据和所述平均噪底与上一次接收到的不同，则读取所述跟踪数据和所述平均噪底。

当20ms周期的中断出现时，检查跟踪通道是否有新的跟踪数据出现(即该通道已经完成一次200ms的跟踪，并且已经获得跟踪的积累结果)，如果本次接收的跟踪数据和平均噪底与上一次接收到的不同，则说明需要对载波NCO信号和码NCO信号进行修正，以调整跟踪通道，首先读取本次的跟踪数据和平均噪底，为了便于描述，仍然采用前述实施例中对跟踪数据的标记，即对GPS信号的跟踪数据为：Z_f0E、Z_f0P、Z_f0L、Z_fnP、Z_fpP、Z_noise，其中Z_noise为平均噪底。

步骤703，根据所述跟踪数据和所述平均噪底修正所述载波NCO信号和码NCO信号。

该修正过程与前述实施例中的步骤305-306类似，具体如下：

计算并且对Delta_CAR_NCO进行限幅处理：

如果|Delta_CAR_NCO|＞300，设定Delta_CAR_NCO＝300sign(Delta_CAR_NCO)

从而得到修正后的三个载波NCO信号：

NCO_f0＝NCO_f0+Delta_CAR_NCO；

NCO_fn＝NCO_fn+Delta_CAR_NCO；

NCO_fp＝NCO_fp+Delta_CAR_NCO；

根据修正后的载波NCO信号计算载波NCO信号对应的码NCO信号：

Delta_CA_NCO_1＝0.0006493506493×Delta_CAR_NCO。

修正后的三个载波NCO信号计算码NCO信号的修正量也即三个载波NCO信号的追赶效应：

$\mathrm{Delta}\_\mathrm{CA}\_\mathrm{NCO}\_2=346*0.018\frac{Z_{f0E}-Z_{f0L}}{Z_{f0P}}$

对应的码NCO信号以及追赶效应，计算修正的码NCO信号的数值：

CA_NCO＝Delta_CA_NCO_1+Delta_CA_NCO_2。

修正噪底的码NCO信号和载波NCO信号的数值：

NCO_Noise＝NCO_f0+100Knoise；

CA_NCO_noise＝CA_NCO+100Knoise；

其中Knoise为一个伪随机数。

步骤704，根据所述跟踪数据和所述平均噪底判断对所述卫星发射的射频信号的跟踪状态，若正常，则输出修正的载波NCO信号和码NCO信号至GPS信号跟踪通道，然后重复步骤701。

该判断的准则具体为：

对跟踪数据Z_f0E，Z_f0P，Z_f0L，Z_fnP，Z_fpP，Z_noise(噪底数值)进行累加，可以输出给ARM7进行跟踪状态的判决。由于受到噪声随机性的影响，ARM7首先对这六个数值进行平均处理，然后进行两项判决：跟踪数据是否可以用来定位，跟踪通道是否已经丢跟即跟踪是否正常。其中判断跟踪是否正常的具体步骤如下：

Step0、设定初始值，丢跟计数器Count＝0；。

Step1、在n时刻，对前面的100次跟踪数据求平均：

$\stackrel{\‾}{{Z^n}_{f0E}}=\underset{m=n-99}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Z^m}_{f0E}$

$\stackrel{\‾}{{Z^n}_{f0P}}=\underset{m=n-99}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Z^m}_{f0P}$

$\stackrel{\‾}{{Z^n}_{f0L}}=\underset{m=n-99}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Z^m}_{f0L}$

$\stackrel{\‾}{{Z^n}_{\mathrm{fnP}}}=\underset{m=n-99}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Z^m}_{\mathrm{fnP}}$

$\stackrel{\‾}{{Z^n}_{\mathrm{fpP}}}=\underset{m=n-99}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Z^m}_{\mathrm{fpP}}$

$\stackrel{\‾}{{Z^n}_{\mathrm{noise}}}=\underset{m=n-99}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Z^m}_{\mathrm{noise}}$

Step2、在n时刻修改丢跟计数器，并进行判断跟踪通道是否丢跟。修正Count的方法如下：

$\mathrm{if}:\frac{\stackrel{\‾}{{Z^n}_{f0P}}}{\stackrel{\‾}{{Z^n}_{\mathrm{noise}}}}>C_1$ and $\frac{2\×\stackrel{\‾}{{Z^n}_{f0P}}}{\stackrel{\‾}{{Z^n}_{f0E}}+\stackrel{\‾}{{Z^n}_{f0L}}}>C_2$

计数器Count归零；

$\mathrm{if}:\frac{\stackrel{\&OverBar;}{{Z^n}_{f0P}}}{\stackrel{\&OverBar;}{{Z^n}_{\mathrm{noise}}}}<C_1$ or $\frac{2\&times;\stackrel{\&OverBar;}{{Z^n}_{f0P}}}{\stackrel{\&OverBar;}{{Z^n}_{f0E}}+\stackrel{\&OverBar;}{{Z^n}_{f0L}}}<C_2$

计数器Count加1；

其中C₁，C₂为大于1，一般小于2的实数，例如C₁＝1.19，C₂＝1.07。

判决是否丢跟：如果Count＞M，则认为跟踪通道丢跟，ARM7将清空跟踪通道。其中M为整数，一般取20-100。

本实施例通过对载波NCO和码NCO的修正来调整跟踪通道，实现了在弱信号环境中对信号的准确跟踪和实时跟踪。

参照图8，为本发明实施例另一种调整GPS信号跟踪通道的方法流程图。

本实施例中，该调整方法可以包括：

步骤801，对所述GPS信号跟踪通道进行初始化。

该初始化处理包含两方面内容：

1、跟踪通道的初始化处理。

2、跟踪数据、配置数据的初始化处理。

该步骤为现有技术，此处不再赘述。

步骤802，如果高灵敏度捕获结果或低灵敏度跟踪结果满足预置条件，则转入所述GPS信号跟踪通道对卫星发射的射频信号进行处理。

其中，预置条件可以根据需要进行设定，在本实施例设定的预置条件可以为：

1、对于高灵敏度捕获结果：

高灵敏度捕获对某一颗卫星，利用辅助信息，在100Hz的范围内进行比特界、码相位搜索，采用20ms相干积累、100次非相干积累的方法捕获该卫星的大致Doppler频率，可以对实际频率附近(±30Hz范围，10Hz间隔)的几个频点进行码相位搜索。相关得到的结果的最大值比上均值作为捕获信噪比，当捕获的最大值与平均值比值判断捕获到该颗卫星的信号。选取信噪比最大频点的结果，若满足门限条件的，则为有效捕获。信噪比最大的频点为捕获频点。如果其导航电位健康、系统已经完成授时等条件满足，记录下捕获时刻的码偏Phase_CA、多普勒频率f_doppler、捕获开始时间T_acq，为转跟踪准备必要的计算参数。

其中，辅助信息，即在AGPS系统中，由参考站发送至定位终端的与定位相关的信息，包括当前视界范围内所有卫星的实时星历(可以有选择的搜索卫星，不必漫天搜星)，以及多普勒Doppler频率(可以缩小频率搜索范围)，用于加速对GPS信号的捕获，尤其是对GPS弱信号的捕获。授时条件是为了推算卫星信号大致的比特界位置，使跟踪通道能够比特界同步，从而避免比特界没对齐所造成的灵敏度损失。捕获开始时间是为了推算从捕获到转跟踪的这段时间内，由于码多普勒造成的实际码相位与捕获结果码相位之间的偏移。

2、对于低灵敏度跟踪结果：

低灵敏度跟踪通道正常、获得比特界、已经获得准确的GPS时间、该颗卫星的导航电文已经提取(并且健康)。在转高灵敏度跟踪通道之前，记录下：中断时刻的码NCO信号累加值、码偏Phase_CA、多普勒频率f_doppler、载波NCO累加值、中断时刻的GPS系统时间等，为转跟踪准备必要的计算参数。

若高灵敏度捕获结果满足预置条件，则可转入高灵敏度跟踪通道即所述GPS信号跟踪通道，具体的转入方法可以包括Step1～Step5：

Step1，从高灵敏度捕获结果中读取数据，设定高灵敏度跟踪的参数：

1.从捕获通道获得待跟踪卫星号

2.从捕获通道获得捕获的码相位

3.从捕获通道获得捕获的开始时间(秒外)

4.从捕获通道获得捕获的开始时间(秒内)

5.从捕获通道获得待跟踪卫星的多普勒频率

Step2，计算正负频偏跟踪通道的载波NCO信号：

1.计算中心频率通道的载波NCO信号：

2.计算比中心频率大20Hz通道的载波NCO信号：

3.计算比中心频率小20Hz通道的载波NCO信号：

4.计算噪底通道的载波NCO信号：

Step3，计算四个码NCO信号和设定噪底通道的码NCO信号：

1.计算中心频率通道的码NCO信号：

2.计算比中心频率大20Hz通道的码NCO信号：

3.计算比中心频率小20Hz通道的码NCO信号：

4.计算噪底通道的码NCO信号：

Step4，计算开始跟踪时间。

本步骤是捕获转跟踪中的关键步骤，具体的计算方法如下：

1.记录当前时刻的GPS系统时间(包含秒内时间和秒外时间)

2.将捕获的码相位转化成ms为单位的时间(注，此处的捕获间隔为1/2chip，一个ms周期对应2048捕获点)

3.计算从捕获开始到开始转跟踪的时间

4.计算时间延时对应的码相位偏移

5.根据捕获码相位、多普勒码偏等计算高灵敏度跟踪的开始时间

Step5，启动对应的跟踪通道，设定跟踪卫星号和所有的NCO信号，并且设定该通道的跟踪状态为使用状态。

若高灵敏度捕获结果满足预置条件，则可转入高灵敏度跟踪通道，具体的转入方法可以包括Step6～Step11：

Step6，从低灵敏度跟踪数据跟踪结果中读取数据，设定高灵敏度跟踪的参数，具体包括：

1.卫星号；

2.跟踪的码周期数；

3.中断时刻的码相位；

4.中断时刻的码NCO信号计数值；

5.中断时刻的载波NCO信号计数值；

6.跟踪卫星在20ms中断中的比特界；

7.中断时刻的GPS时间的秒计数器；

8.中断时刻的GPS时间的秒内计数器(1秒对应于系统时钟频率)；

Step7，根据低灵敏度跟踪结果计算待跟踪卫星信号的多普勒频率；

Step8，计算高灵敏度跟踪通道启动时间；

Step9，计算正负频偏跟踪通道的载波NCO信号：

1.计算中心频率通道的载波NCO信号；

2.计算比中心频率大20Hz通道的载波NCO信号；

3.计算比中心频率小20Hz通道的载波NCO信号；

4.计算噪底通道的载波NCO信号；

Step10，计算EPL跟踪通道的码NCO信号

1.计算中心频率通道的码NCO信号：

2.计算比中心频率大20Hz通道的码NCO信号：

3.计算比中心频率小20Hz通道的码NCO信号：

4.计算噪底通道的码NCO信号：

Step11，启动对应的跟踪通道，设定跟踪卫星号和所有的NCO信号累加值，并且设定该通道的跟踪状态使用状态。

步骤803～步骤806与前述实施例中的步骤701～步骤704类似，此处不再赘述。

本实施例中，在初始开启跟踪通道时通过步骤801～802对通道进行了调整，并在后续的步骤803～806中根据跟踪通道输出的跟踪数据等进行跟踪状态的判决，并修正载波NCO信号和码NCO信号进而调整跟踪通道，之后可以循环步骤803～806，实现对信号的准确跟踪和实时跟踪。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种GPS信号的跟踪方法，其特征在于，包括：

步骤A，接收卫星发射的射频信号；

步骤B，根据预先获得的载波数控振荡器NCO产生的信号对所述射频信号进行下变频处理，获得下变频后的信号；

步骤C，根据预先获得的码数控振荡器NCO产生的信号对所述下变频后的信号的频率进行相干积累和非相干积累计算，获得对所述射频信号的跟踪数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

步骤D，根据所述跟踪数据修正所述载波NCO产生的信号；

步骤E，根据修正的载波NCO信号所对应的码NCO信号及由所述跟踪数据获得的追赶效应，确定修正的码NCO信号；

步骤F，将所述修正的载波NCO的信号作为所述预先获得的载波NCO产生的信号，将所述修正的码NCO信号作为所述预先获得的码NCO产生的信号，重复所述步骤B和所述步骤C获得更新的跟踪数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

通过对所述卫星发射的射频信号的捕获结果确定所述预先获得的载波NCO的信号和所述预先获得的码NCO的信号；或者

通过对所述卫星发射的射频信号的低灵敏度跟踪结果确定所述预先获得的载波NCO的信号和所述预先获得的码NCO的信号。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据预先获得的载波NCO的信号对所述射频信号进行下变频处理获得下变频后的信号具体为：

根据预先获得的三个载波NCO的信号频率对所述射频信号进行下变频处理获得三个对应的下变频后的信号s_fn，s_f0，s_fp；

所述根据预先获得的码NCO的信号对所述下变频后的信号的频率进行相干积累包括：

根据预先获得的三路码NCO信号对所述下变频后的信号的中间频率信号s_f0进行三路的1ms相干积累，获得所述中间频率信号的三个相干积累结果F_f01msE，F_f01msP，F_f01msL，采用所述三路码NCO信号中的中路信号对所述下变频后的信号的其余两个频率的信号s_fn、s_fp分别进行一路的1ms相干积累获得对应的相干积累结果F_fn1msP，F_fp1msP；

对所述相干积累结果F_f01msE，f_f01msP，F_f01msL，F_fn1msP，F_fp1msP进行20次相干累加，获得相干积累结果F_f020msE、F_f020msP、F_f020msL、F_fn20msP、F_fp20msP。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述非相干积累计算包括：

对所述相干积累结果F_f020msE、F_f020msP、F_f020msL、F_fn20msP、F_fp20msP分别进行10次非相干积累；

所述对所述射频信号的跟踪数据具体为所述非相干积累的结果Z_f0E、Z_f0P、Z_f0L、Z_fnP、Z_fpP。

6.一种GPS信号的跟踪通道环路，其特征在于，包括：

正负频偏跟踪通道，用于获取并输出载波NCO信号；

EPL跟踪通道，用于获取并输出码NCO信号；

信号处理通道，用于接收卫星发射的射频信号，并根据所述正负频偏跟踪通道输入的载波NCO信号对所述射频信号进行下变频处理，获得下变频后的信号；根据所述EPL跟踪通道输入的码NCO信号对所述下变频后的信号的频率进行相干积累和非相干积累计算，获得对所述射频信号的跟踪数据。

7.根据权利要求6所述的跟踪通道环路，其特征在于，

所述正负频偏跟踪通道获取并输出的载波NCO信号还包括噪底的载波NCO信号，所述EPL跟踪通道获取并输出的码NCO信号还包括噪底的码NCO信号；

所述跟踪通道环路还包括：

噪底计算通道，用于根据所述噪底的载波NCO信号对噪声信号进行下变频处理获得噪声的下变频后的信号，并根据所述噪底的码NCO信号对所述噪声的下变频信号进行相干积累和非相干积累计算，获得平均噪底。

8.根据权利要求7所述的跟踪通道环路，其特征在于，还包括：

循环通道，用于接收所述信号处理通道输出的跟踪数据和噪底计算通道输出的平均噪底进行跟踪状态的判决，修正载波NCO信号和修正码NCO信号，并将修正的载波NCO信号和修正的码NCO信号分别传输至所述正负频偏跟踪通道和所述EPL跟踪通道；

所述正负频偏跟踪通道，用于获取并输出所述修正的载波NCO信号；

所述EPL跟踪通道，用于获取并输出所述修正的码NCO信号。

9.一种调整GPS信号跟踪通道环路的方法，应用于前述的GPS信号跟踪通道环路，其特征在于，包括：

步骤I，接收信号处理通道输出的对卫星发射的射频信号的跟踪数据和噪底计算通道输出的平均噪底；

步骤J，如果所述跟踪数据和所述平均噪底与上一次接收到的不同，则读取所述跟踪数据和所述平均噪底；

步骤K，根据所述跟踪数据和所述平均噪底修正所述载波NCO的信号和码NCO的信号；

步骤L，根据所述跟踪数据和所述平均噪底判断对所述卫星发射的射频信号的跟踪状态，若正常，则输出修正的载波NCO信号和码NCO信号至GPS信号跟踪通道环路进行信号处理，然后重复所述步骤I。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在接收所述跟踪数据和所述平均噪底之前，还包括：

步骤G，对所述GPS信号跟踪通道进行初始化；

步骤H，如果高灵敏度捕获结果或低灵敏度跟踪结果满足预置条件，则转入所述GPS信号跟踪通道环路对卫星发射的射频信号进行处理。

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