CN102857469A - 一种四相相移键控信号跟踪方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种四相相移键控信号跟踪方法及装置，应用于GNSS接收机，在同相和正交双码通道组合跟踪模式下，包括：将下变频后的同相(I)码通道信号和正交(Q)码通道信号分别与对应的本地PRN码进行相关运算，输出I码通道信号和Q码通道信号的积分结果；在至少一个跟踪环路中，对所述I码通道信号和Q码通道信号的积分结果分别进行鉴别，得到鉴别结果；将同一跟踪环路对I码通道信号和Q码通道信号的鉴别结果进行加权运算，得到合成后的鉴别结果。在跟踪环路中，相应的装置包括I码通道鉴别器、Q码通道鉴别器和合成鉴别器。本发明使得DLL、PLL、FLL等跟踪环路的噪声强度均显著降低。

Description

一种四相相移键控信号跟踪方法及装置

技术领域

本发明涉及一种四相相移键控(QPSK)信号跟踪方法及装置

背景技术

作为第一个全球卫星导航系统，全球定位系统(Global Positioning System，GPS)原本是为满足美国军方的定位服务需求而建立的军/民两用系统。对于美国政府和军方以外的用户而言，这一系统自诞生之日起就有着明显缺陷：

1.真正开放给民间用户的只有GPS-L1 C/A信号，导致民用接收机难以进行电离层校正。而电离层误差是GPS接收机观测量的主要误差来源(另一大误差来自多径干扰)。尽管无码或半无码跟踪技术的应用使得民用双频接收机成为可能，但付出的代价是跟踪上的L2信号的信噪比大为降低，从而跟踪误差上升，且容易丢失信号。

2.GPS-L1 C/A信号的精度和完好性指标难以满足某些特殊导航应用(如民用航空等)的需求。

3原有信号的设计主要服务于军事目的，GPS接收机的目标是在野外(无遮挡)环境下正常工作，因而难以满足广大移动通信用户对全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)室内应用的要求。原有L1和L2信号功率较弱，且C/A信号由于调制的导航电文限制了接收机数字通道相参积累时间的长度，除非增加额外的通信链路并采用复杂的A-GPS技术。

基于以上原因和军事上的考虑，美国政府开始了GPS系统的现代化，而其他一些国家和国际组织也独立规划了新的GNSS系统，如俄国的格洛纳斯，欧盟的伽利略和中国的北斗卫星导航系统。大量新的信号体制被设计和应用于多个GNSS系统，具有代表性的新体制包括拥有同相和正交两个通道/码通道的四相相移键控(quarternary phase-shift keying，QPSK)信号(GPS-L5、Galileo-E5A/E5B)，频域上具有两个对称主瓣的二进制偏移载波(Binary OffsetCarrier，BOC)码(GPS-M、Galileo-E1)等。前述的四相相移键控信号均增添了一个没有调制导航电文的正交码通道(GPS-L5Q、Galileo-E5AQ、E5BQ)，即同时具有同相(I)码通道和正交(Q)码通道，从而构成了对信号的捕获和跟踪方案进行改进的基础。

但是，现有技术中还没有提出实现同相和正交双码通道组合(文中也简称为双码通道组合或I/Q组合)跟踪的具体方法和装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种四相相移键控信号跟踪方法及装置，实现I/Q组合跟踪，进而提高跟踪信号的信噪比。

为了解决上述问题，本发明提供了一种四相相移键控信号跟踪方法，应用于全球导航卫星系统(GNSS)接收机，在同相和正交双码通道组合跟踪模式下，包括：

将下变频后的I码通道信号和Q码通道信号分别与对应的本地伪随机噪声(PRN)码进行相关运算，输出I码通道信号和Q码通道信号的积分结果；

在至少一个跟踪环路中，对所述I码通道信号和Q码通道信号的积分结果分别进行鉴别，得到鉴别结果；

将同一跟踪环路对I码通道信号和Q码通道信号的鉴别结果进行加权运算，得到合成后的鉴别结果。

较佳地，

所述在至少一个跟踪环路中，对所述I码通道信号和Q码通道信号的积分结果分别进行鉴别，包括以下3种鉴别中的部分或全部：

在锁码环对I码通道信号和Q码通道信号的积分结果进行码相位鉴别；

在锁相环对I码通道信号和Q码通道信号的积分结果进行载波鉴相；

在锁频环对I码通道信号和Q码通道信号的积分结果进行载波鉴频；

在锁码环、锁相环和锁频环中的至少一个跟踪环路，分别对所述I码通道信号和Q码通道信号的积分结果进行码相位鉴别、载波鉴相和/或载波鉴频；

所述将同一跟踪环路对I码通道信号和Q码通道信号的鉴别结果进行加权运算，是进行加权平均运算。

较佳地，还包括：

所述GNSS接收机根据场景的特点采用相应的跟踪策略和通道权值，包括以下方式的一种或多种：

只需跟踪I码通道信号或Q码通道信号缺失的情况下，将Q码通道的权值置零，使其不参与组合而仅使用I码通道；

在Q码通道信号采用长相参积累跟踪模式时，将I码通道的权值置零，使其不参与组合而仅使用Q码通道；

在高动态场景下，相参积累时间受限，依据I码通道和Q码通道各自的信号噪声比确定I码通道和Q码通道的权值，进行双通道组合跟踪以得到最小的跟踪误差。

较佳地，

在所述至少一个跟踪环路采用同相和正交双码通道组合跟踪模式，包括：

将同一个跟踪环路的I码通道信号和Q码通道信号的鉴别结果进行加权平均时，采用的权值均不为0；

在所述至少一个跟踪环路采用无导航电文单码通道自主高灵敏度跟踪模式，包括：

将同一个跟踪环路的I码通道信号和Q码通道信号的鉴别结果进行加权平均时，其中无导航电文的码通道信号的权值设置为1，另一码通道信号的权值设置为0。

相应地，本发明提供的四相相移键控信号跟踪装置包括：

复相关器，用于将下变频后的同相(I)码通道信号和正交(Q)码通道信号分别与对应的本地伪随机噪声(PRN)码进行相关运算，输出I码通道信号和Q码通道信号的积分结果；

I码通道载波频率鉴别器，用于接收来自复相关器的I码通道信号的积分结果，输出I码通道信号的载波鉴频结果；

Q码通道载波频率鉴别器，用于接收来自复相关器的Q码通道信号的积分结果，输出Q码通道信号的载波鉴频结果；

合成鉴频器，用于将所述I码通道信号和Q码通道信号的载波鉴频结果进行加权平均，输出合成后的载波鉴频结果。

较佳地，所述跟踪装置还包括：

I码通道码相位鉴别器，用于接收来自复相关器的I码通道信号的积分结果，输出I码通道信号的码相位鉴别结果；

Q码通道码相位鉴别器，用于接收来自复相关器的Q码通道信号的积分结果，输出Q码通道信号的码相位鉴别结果；

合成码鉴别器，用于将所述I码通道信号和Q码通道信号的码相位鉴别结果进行加权平均，输出合成后的码相位鉴别结果。

较佳地，所述跟踪装置还包括：

I码通道载波相位鉴别器，用于接收来自复相关器的I码通道信号的积分结果，输出I码通道信号的载波鉴相结果；

Q码通道载波相位鉴别器，用于接收来自复相关器的Q码通道信号的积分结果，输出Q码通道信号的载波鉴相结果；

合成鉴相器，用于将所述I码通道信号和Q码通道信号的载波鉴相结果进行加权平均，输出合成后的载波鉴相结果。

较佳地，所述合成鉴频器包括：

权值寄存器，保存有I码通道权值α_I和Q码通道权值α_Q，α_I+α_Q＝1，0≤α_I≤1，0≤α_Q≤1；

第一乘法器，用于将I码通道信号的载波鉴频结果与α_I相乘后输出；

第二乘法器，用于将Q码通道信号的载波鉴频结果与α_Q相乘后输出；

加法器，用于将所述合成鉴频器中的第一乘法器和第二乘法器的输出相加，得到合成后的载波鉴频结果。

较佳地，所述合成码鉴别器包括：

权值寄存器，保存有I码通道权值α_I′和Q码通道权值α_Q′，α_I′+α_Q′＝1，0≤α_I′≤1，0≤α_Q′≤1；

第一乘法器，用于将I码通道信号的码相位鉴别结果与α_I′相乘后输出；

第二乘法器，用于将Q码通道信号的码相位鉴别结果与α_Q′相乘后输出；

加法器，用于将所述合成码鉴别器中的第一乘法器和第二乘法器的输出相加，输出合成后的码相位鉴别结果。

较佳地，所述合成鉴相器包括：

权值寄存器，保存有I码通道权值α_I″和Q码通道权值α_Q″，α_I″+α_Q″＝1，0≤α_I″≤1，0≤α_Q″≤1；

第一乘法器，用于将I码通道信号的载波鉴相结果与α_I″相乘后输出；

第二乘法器，用于将Q码通道信号的载波鉴相结果与α_Q″相乘后输出；

加法器，用于将所述合成鉴相器中的第一乘法器和第二乘法器的输出相加，输出合成后的载波鉴相结果。

上述四相编码信号跟踪方法及装置将I/Q组合跟踪的设计思想应用于DLL、PLL和FLL等跟踪环路，采用统一的双码通道跟踪架构与复相关器配合；使得DLL、PLL、FLL等跟踪环路的噪声强度均显著降低。进一步地，还可支持低动态情况下无导航电文单码通道(如GPS-L5Q)自主高灵敏度跟踪模式，显著提高测量精度和接收机灵敏度；以及支持高动态情况下双码通道跟踪提高信噪比。

附图说明

图1是合成鉴相器输出噪声功率的示意图；

图2A是本发明实施例信号跟踪装置的结构示意图；

图2B是图2A中合成鉴别器的具体结构图；

图3A和图3B分别示出了进行单码通道码相位鉴别和双码通道组合码相位鉴别的跟踪误差。

图4A和图4B分别示出了进行单码通道载波鉴频和双码通道组合鉴频的跟踪误差。

图5A和图5B分别示出了进行单码通道鉴相和双码通道组合鉴相的跟踪误差。

图6A和图6B分别示出了采用第2组环路参数时，采用单码通道码相位鉴别和双码通道组合鉴别时相应的跟踪误差。

图7A和图7B分别示出了采用第2组环路参数时，采用单码通道载波鉴频和双码通道组合鉴频时相应的跟踪误差。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

随着全球定位系统(GPS)的现代化和其他全球导航卫星系统(GNSS)的发展，新的信号结构和算法不断被提出并加以应用。一些新GNSS信号，如Galileo-E1和GPS-L5，提供了I和Q两个码通道。在信号捕获和跟踪过程中，对两个码通道都加以利用，能够有效提高处理增益和优化性能。

以下部分将以载波锁相环为例，分析I/Q组合跟踪原理。

假设I和Q两个伪随机码通道各自的载波环鉴相器输出分别为

和

忽略通道的不一致性，二者可以看作是对同一个待检测量(真实相差

)的不同估计，其差异在于各自通道的噪声：

(1)

则构造合成鉴相器为双码通道鉴相输出的线性组合(然后传递给环路滤波器)：

(2)

α_I+α_Q＝1

其中α_I和α_Q为组合系数或I/Q码通道权值。显然，I和Q码通道的噪声不相关，且合成鉴相器输出为：

由公式(3)可知，组合后信号部分不变，发生改变的是噪声分量：

n＝α_In_I+α_Qn_Q           (4)

以下部分以合成鉴相器输出噪声功率最小为标准，求取最优组合系数。输出噪声功率为：

${\mathrm{\σ}}_n^2=E\left\{{[{\mathrm{\α}}_I{n}_I+{\mathrm{\α}}_Q{n}_Q]}^2\right\}={\mathrm{\α}}_I^2{\mathrm{\σ}}_{n_I}^2+{(1-{\mathrm{\α}}_I)}^2{\mathrm{\σ}}_{n_Q}^2---\left(5\right)$

和

分别是I/Q码通道的噪声功率。由公式(5)可知输出噪声功率是关于I码通道权值α_I的开口朝上的二次曲线(抛物线)，如图1所示。在组合系数满足以下条件时，输出噪声功率取得最(极)小值：

$\frac{d{\mathrm{\σ}}_n^2}{d{\mathrm{\α}}_I}=0---\left(6\right)$

由公式(5)和(6)可得：

${\mathrm{\α}}_I=\frac{{\mathrm{\σ}}_{n_Q}^2}{{\mathrm{\σ}}_{n_I}^2+{\mathrm{\σ}}_{n_Q}^2}---\left(7\right)$

同理：

${\mathrm{\α}}_Q=\frac{{\mathrm{\σ}}_{n_I}^2}{{\mathrm{\σ}}_{n_I}^2+{\mathrm{\σ}}_{n_Q}^2}---\left(8\right)$

在此最优组合系数下，合成鉴相器输出噪声功率为

${\mathrm{\σ}}_n^2=\frac{{\mathrm{\σ}}_{n_I}^2{\mathrm{\σ}}_{n_Q}^2}{{\mathrm{\σ}}_{n_I}^2+{\mathrm{\σ}}_{n_Q}^2}---\left(9\right)$

显然，

${\mathrm{\&sigma;}}_n^2=\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{n_I}^2{\mathrm{\&sigma;}}_{n_Q}^2}{{\mathrm{\&sigma;}}_{n_I}^2+{\mathrm{\&sigma;}}_{n_Q}^2}=\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{n_I}^2}{{\mathrm{\&sigma;}}_{n_I}^2+{\mathrm{\&sigma;}}_{n_Q}^2}{\mathrm{\&sigma;}}_{n_Q}^2<{\mathrm{\&sigma;}}_{n_Q}^2$

${\mathrm{\&sigma;}}_n^2=\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{n_I}^2{\mathrm{\&sigma;}}_{n_Q}^2}{{\mathrm{\&sigma;}}_{n_I}^2+{\mathrm{\&sigma;}}_{n_Q}^2}=\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{n_Q}^2}{{\mathrm{\&sigma;}}_{n_I}^2+{\mathrm{\&sigma;}}_{n_Q}^2}{\mathrm{\&sigma;}}_{n_I}^2<{\mathrm{\&sigma;}}_{n_Q}^2---\left(10\right)$

因此，从理论上讲，合成鉴相器输出信号功率不变，但噪声小于任一单码通道鉴相器输出噪声。或者说，双码通道组合降低了进入环路滤波器的噪声功率。

对于锁码环和锁频环，基于同样的原理可以构造类似的双码通道合成鉴相器和双码通道合成鉴频器。

组合跟踪算法利用了不同通道噪声的不相关性，加权和作为一个矢量和，其中的噪声分量间由于存在任意的相位差而相互抵消，降低了进入环路滤波器的合成噪声水平，使得对相差和频差的估计更加准确。

下面说明本实施例四相相移键控信号跟踪装置的实现。如图2A所示，本实施例四相相移键控信号跟踪装置主要的功能模块包括：

载波数控振荡器(NCO)，用于产生本地载波。

下变频器，将输入的包含I码通道信号和Q码通道信号的数字中频信号与本地载波混频，然后输出到复相关器。

I码通道伪随机噪声(Pseudo Random Noise，PRN)码发生器和Q码通道伪随机噪声码发生器，分别为I码通道和Q码通道产生本地PRN码。

复相关器是对输入信号进行CDMA解调积分的核心单元，用于将下变频后的I码通道信号和Q码通道信号分别与对应的本地PRN码进行相关运算(相乘和累加)，输出I码通道信号和Q码通道信号的积分结果。该积分结果包含多组四位元的积分结果，每组四位元包括I码通道信号的I、Q两个载波分量以及Q码通道信号的I、Q两个载波分量。

I码通道码相位鉴别器，接收来自复相关器的I码通道信号的积分结果，输出I码通道信号的码相位鉴别结果到合成码鉴别器。

Q码通道码相位鉴别器，接收来自复相关器的Q码通道信号的积分结果，输出Q码通道信号的码相位鉴别结果到合成码鉴别器。

I码通道载波相位鉴别器，接收来自复相关器的I码通道信号的积分结果，输出I码通道信号的载波鉴相结果到合成鉴相器。

Q码通道载波相位鉴别器，接收来自复相关器的Q码通道信号的积分结果，输出Q码通道信号的载波鉴相结果到合成鉴相器。

I码通道载波频率鉴别器，接收来自复相关器的I码通道信号的积分结果，输出I码通道信号的载波鉴频结果到合成鉴频器。

Q码通道载波频率鉴别器，接收来自复相关器的Q码通道信号的积分结果，输出Q码通道信号的载波鉴频结果到合成鉴频器。

合成码鉴别器，用于将I码通道信号和Q码通道信号的码相位鉴别结果进行加权运算，输出合成后的码相位鉴别结果。

合成鉴相器，用于将I码通道信号和Q码通道信号的载波鉴相结果进行加权运算，输出合成后的载波鉴相结果。

合成鉴频器，用于将I码通道信号和Q码通道信号的载波鉴频结果进行加权运算，输出合成后的载波鉴频结果。

本实施例中，上述加权运算为加权平均运算。

在GNSS接收机中，上述I码通道码相位鉴别器、Q码通道码相位鉴别器和合成码鉴别器是锁码环(DLL)的组成部分；I码通道载波相位鉴别器、Q码通道载波相位鉴别器和合成鉴相器是锁相环(PLL)的组成部分；I码通道载波频率鉴别器、Q码通道载波频率鉴别器和合成鉴频器是锁频环(FLL)的组成部分。DLL、PLL和FLL统称为跟踪环路，在其他实施例中，上述信号跟踪装置也可以只包括DLL、PLL和FLL中的一个或两个跟踪环路中的相应部件。

图2B示出了一种合成鉴别器的具体结构，该鉴别器可以是合成码鉴别器、合成鉴相器或合成鉴频器。如图所示，该合成鉴别器包括：

权值寄存器，保存有I码通道权值α_I和Q码通道权值α_Q，通过写相应的寄存器，可以对α_I和α_Q进行设置，α_I+α_Q＝1，0≤α_I≤1，0≤α_Q≤1。

第一乘法器，用于将I码通道信号的鉴别结果与权值α_I相乘后输出；

第二乘法器，用于将Q码通道信号的鉴别结果与权值α_Q相乘后输出；

加法器，用于将第一乘法器和第二乘法器的输出相加，输出合成后的鉴别结果。

在该鉴别器为码鉴别器时，通过权值设置，可以控制合成后的码相位鉴别结果为I码通道信号的码相位鉴别结果，或者Q码通道信号的码相位鉴别结果，或者α_I和α_Q均不为0时得到的I码通道信号的码相位鉴别结果和Q码通道信号的码相位鉴别结果的加权平均值。同理，通过权值设置可以相似的方式控制合成后的载波鉴相结果和载波鉴频结果。

DLL、PLL和FLL三个跟踪环路有各自的合成鉴别器，因此根据需要可以设置相同的权值，也可以设置不同的权值。

相应地，本实施例还提供了一种四相相移键控信号跟踪方法，在同相和正交双码通道组合跟踪模式下，包括：

步骤一，将下变频后的I码通道信号和Q码通道信号分别与对应的本地PRN码进行相关运算(相乘和累加)，生成I码通道信号和Q码通道信号的积分结果；

步骤二，在锁码环、锁相环和锁频环中，对I码通道信号和Q码通道信号的积分结果分别进行码相位鉴别、载波鉴相和载波鉴频；

步骤三，对I码通道信号和Q码通道信号的码相位鉴别结果、载波鉴相结果和载波鉴频结果分别进行加权运算如加权平均运算，得到合成后的码相位鉴别结果、载波鉴相结果和载波鉴频结果。

本发明中，也可以只对一个或两个跟踪环路采用上述同相和正交双码通道组合跟踪模式。

GNSS接收机可以视情况/场景采用优化的跟踪策略和通道权值，取得较优的跟踪效果。场景包括但不限于信号特征，信号强度，信噪比，接收机动态和应用场景等。建议但不限于此的跟踪策略包括：只需跟踪同相通道信号或正交通道信号缺失的情况下，可以将正交通道的权值置零，使其不参与组合而仅使用同相通道；在正交通道信号可以采用长相参积累跟踪模式时，可以将同相通道的权值置零，使其不参与组合而仅使用正交通道；在高动态等场景下相参积累时间受限，依据同相码通道和正交码通道各自的信号噪声比确定同相码通道和正交码通道的权值(如为信号噪声比高的码通道赋予的权值大于等于信号噪声比低的码通道)，进行双通道组合跟踪以得到最小的跟踪误差。

当接收机处于高动态场景，如动态大于设定门限时，在至少部分跟踪环路作双码通道跟踪，以提高处理后的信号噪声比，提高跟踪的稳定性，此时可以将各个跟踪环路中I码通道和Q码通道的权值均设置为非0值。

当接收机处于低载噪比且低动态场景，如载噪比和动态低于相应的设定门限时，在至少部分跟踪环路采用无导航电文单码通道(如GPS-L5Q)跟踪模式以增加相参积累时间，能够显著提高测量精度和接收机灵敏度。如，可以将各个跟踪环路的I码通道和Q码通道中无导航电文的码通道的权值设置为1，另一码通道的权值设置为0。

接收机的动态包括速度和加速度，接收机是否处于高动态和低动态，可以根据接收机的速度和加速度与设定的门限比较来确定，可参照现有方法。

综上，GNSS接收机能够接收数字化后的中频信号，执行信号捕获、跟踪、解调、原始观测量输出等功能。将上述信号跟踪装置应用于GNSS接收机中实现信号跟踪功能，可以使得DLL、PLL、FLL等环路的噪声强度均显著降低。还可支持低动态情况下无导航电文单码通道(如GPS-L5Q)跟踪模式，显著提高测量精度和接收机灵敏度；及高动态情况下双码通道跟踪以提高信噪比。

申请人在多系统GNSS软件接收机中使用上述信号跟踪装置，DLL、FLL和PLL等跟踪环路均采用I、Q双码通道组合跟踪方法，经Matlab程序和基于C/C++语言的软件GNSS接收机仿真后，对应的基带处理现场可编程门阵列(FPGA)实现通过了硬件测试。在FPGA中实现了I码通道和Q码通道在三个跟踪环路内的任意组合，大量试验证明，软件模拟器产生的信号经上述组合跟踪算法模块处理后，系统性能明显改善，跟踪误差减小。其中，对于平衡四相相移键控信号，大量测试显示，跟踪环路在对各码通道码相位鉴别器、载波鉴频器和载波鉴相器的输出作组合后，噪声功率电平仅为单码通道情况下的

左右，与理论推算相符。

下面对某一测试及其结果进行说明。

测试用平衡QPSK信号的两个PRN码通道功率相等，而且接收机两个通道进行了完全相同的操作，因此可以认为I/Q两个通道的鉴相和鉴频输出噪声功率相等，即：

${\mathrm{\&sigma;}}_{n_I}^2={\mathrm{\&sigma;}}_{n_Q}^2---\left(11\right)$

则由公式9可知：

${\mathrm{\&sigma;}}_n^2={\mathrm{\&sigma;}}_{n_I}^2/2={\mathrm{\&sigma;}}_{n_Q}^2/2---\left(12\right)$

故合成鉴相/鉴频器输出噪声功率电平(标准差)为单码通道的

其中，权值α_I和α_Q按公式(7)(8)均取为1/2。

图3A展示的是第1组环路参数配置下合成码鉴别器进行单码通道鉴别，DLL闭环工作时的跟踪误差(code tracking error)情况；图3B示出的则是双码通道组合跟踪时的跟踪误差。显然，在双码通道组合跟踪模式下，DLL闭环工作稳定，合成码鉴别器输出噪声电平降低近

倍，与理论推算的结果一致。

图4A演示的是第1组环路参数配置下合成鉴频器进行单码通道载波鉴频，锁频环(frequency-locked-loop，FLL)闭环工作时的跟踪误差情况；图4B示出的则是双码通道组合跟踪时的跟踪误差。同样，双码通道组合跟踪环路工作稳定，鉴频输出噪声大约为单码通道模式下的

图5B展示了双码通道组合在锁相环(Phase Locked Loop，PLL)跟踪环路应用中相对于单码通道方案(图5A)的性能提升，合成鉴相器输出的噪声显著降低。

图6A和图6B分别示出了采用第2组环路参数时，采用单码通道码相位鉴别和双码通道组合鉴别时相应的跟踪误差。图7A和图7B分别示出了采用第2组环路参数时，采用单码通道载波鉴频和双码通道组合鉴频时相应的跟踪误差。从中不难看出与图3和图4类似的特点，组合跟踪模式确实能抑制进入环路滤波器的噪声，从而改善跟踪性能，减小跟踪误差。第1组环路参数和第2组环路参数中，环路的相参积累时间与非相参积累时间不同。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种四相相移键控信号跟踪方法，应用于全球导航卫星系统(GNSS)接收机，在同相和正交双码通道组合跟踪模式下，包括：

将下变频后的同相(I)码通道信号和正交(Q)码通道信号分别与对应的本地伪随机噪声(PRN)码进行相关运算，输出I码通道信号和Q码通道信号的积分结果；

在至少一个跟踪环路中，对所述I码通道信号和Q码通道信号的积分结果分别进行鉴别，得到鉴别结果；

将同一跟踪环路对I码通道信号和Q码通道信号的鉴别结果进行加权运算，得到合成后的鉴别结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述在至少一个跟踪环路中，对所述I码通道信号和Q码通道信号的积分结果分别进行鉴别，包括以下3种鉴别中的部分或全部：

在锁码环对I码通道信号和Q码通道信号的积分结果进行码相位鉴别；

在锁相环对I码通道信号和Q码通道信号的积分结果进行载波鉴相；

在锁频环对I码通道信号和Q码通道信号的积分结果进行载波鉴频；

所述将同一跟踪环路对I码通道信号和Q码通道信号的鉴别结果进行加权运算，是进行加权平均运算。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

所述GNSS接收机根据场景的特点采用相应的跟踪策略和通道权值，包括以下方式的一种或多种：

只需跟踪I码通道信号或Q码通道信号缺失的情况下，将Q码通道的权值置零，使其不参与组合而仅使用I码通道；

在Q码通道信号采用长相参积累跟踪模式时，将I码通道的权值置零，使其不参与组合而仅使用Q码通道；

在高动态场景下，相参积累时间受限，依据I码通道和Q码通道各自的信号噪声比确定I码通道和Q码通道的权值，进行双通道组合跟踪以得到最小的跟踪误差。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述至少一个跟踪环路采用同相和正交双码通道组合跟踪模式，包括：

将同一个跟踪环路的I码通道信号和Q码通道信号的鉴别结果进行加权平均时，采用的权值均不为0；

在所述至少一个跟踪环路采用无导航电文单码通道自主高灵敏度跟踪模式，包括：

将同一个跟踪环路的I码通道信号和Q码通道信号的鉴别结果进行加权平均时，其中无导航电文的码通道信号的权值设置为1，另一码通道信号的权值设置为0。

5.一种四相相移键控信号跟踪装置，其特征在于，包括：

复相关器，用于将下变频后的同相(I)码通道信号和正交(Q)码通道信号分别与对应的本地伪随机噪声(PRN)码进行相关运算，输出I码通道信号和Q码通道信号的积分结果；

I码通道载波频率鉴别器，用于接收来自复相关器的I码通道信号的积分结果，输出I码通道信号的载波鉴频结果；

Q码通道载波频率鉴别器，用于接收来自复相关器的Q码通道信号的积分结果，输出Q码通道信号的载波鉴频结果；

合成鉴频器，用于将所述I码通道信号和Q码通道信号的载波鉴频结果进行加权平均，输出合成后的载波鉴频结果。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

I码通道码相位鉴别器，用于接收来自复相关器的I码通道信号的积分结果，输出I码通道信号的码相位鉴别结果；

Q码通道码相位鉴别器，用于接收来自复相关器的Q码通道信号的积分结果，输出Q码通道信号的码相位鉴别结果；

合成码鉴别器，用于将所述I码通道信号和Q码通道信号的码相位鉴别结果进行加权平均，输出合成后的码相位鉴别结果。

7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，还包括：

I码通道载波相位鉴别器，用于接收来自复相关器的I码通道信号的积分结果，输出I码通道信号的载波鉴相结果；

Q码通道载波相位鉴别器，用于接收来自复相关器的Q码通道信号的积分结果，输出Q码通道信号的载波鉴相结果；

合成鉴相器，用于将所述I码通道信号和Q码通道信号的载波鉴相结果进行加权平均，输出合成后的载波鉴相结果。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述合成鉴频器包括：

权值寄存器，保存有I码通道权值α_I和Q码通道权值α_Q，α_I+α_Q＝1，0≤α_I≤1，0≤α_Q≤1；

第一乘法器，用于将I码通道信号的载波鉴频结果与α_I相乘后输出；

第二乘法器，用于将Q码通道信号的载波鉴频结果与α_Q相乘后输出；

加法器，用于将所述合成鉴频器中的第一乘法器和第二乘法器的输出相加，得到合成后的载波鉴频结果。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述合成码鉴别器包括：

权值寄存器，保存有I码通道权值α_I′和Q码通道权值α_Q′，α_I′+α_Q′＝1，0≤α_I′≤1，0≤α_Q′≤1；

第一乘法器，用于将I码通道信号的码相位鉴别结果与α_I′相乘后输出；

第二乘法器，用于将Q码通道信号的码相位鉴别结果与α_Q′相乘后输出；

加法器，用于将所述合成码鉴别器中的第一乘法器和第二乘法器的输出相加，输出合成后的码相位鉴别结果。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述合成鉴相器包括：

权值寄存器，保存有I码通道权值α_I″和Q码通道权值α_Q″，α_I″+α_Q″＝1，0≤α_I″≤1，0≤α_Q″≤1；

第一乘法器，用于将I码通道信号的载波鉴相结果与α_I″相乘后输出；

第二乘法器，用于将Q码通道信号的载波鉴相结果与α_Q″相乘后输出；

加法器，用于将所述合成鉴相器中的第一乘法器和第二乘法器的输出相加，输出合成后的载波鉴相结果。

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