CN103293537A - 一种高效的gps数字跟踪方法以及gps数字跟踪环 - Google Patents
一种高效的gps数字跟踪方法以及gps数字跟踪环 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103293537A CN103293537A CN2012100560733A CN201210056073A CN103293537A CN 103293537 A CN103293537 A CN 103293537A CN 2012100560733 A CN2012100560733 A CN 2012100560733A CN 201210056073 A CN201210056073 A CN 201210056073A CN 103293537 A CN103293537 A CN 103293537A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sign indicating
- indicating number
- carrier wave
- frequency
- doppler frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 20
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
本发明涉及全球定位技术领域，尤其涉及一种高效的GPS数字跟踪方法。本发明提供的方法特征在于，在跟踪环的跟踪过程中，剥离载波和C/A码的中心频率，只跟踪和调整多普勒频偏，并且使用多普勒频偏计算对应的偏移相位步长，然后再将中心频率对应的中心相位步长补偿进来。在本发明中，由于多普勒频率要比中心频率小很多，载波的最大多普勒频率只是载波中心频率的1/818，使用本发明可以节省10比特的位宽，而C/A码的最大多普勒频率只是C/A码中心频率的1/255750，使用本发明可以节省18比特的位宽，计算各自的相位步长时，使用本发明同样降低了计算的复杂度，从而提高了GPS跟踪环同步的速度与效率。
Description
技术领域
本发明涉及全球定位技术领域，尤其涉及一种高效的GPS数字跟踪方法以及GPS数字跟踪环。
背景技术
目前，GPS的使用越来越广，终端接收机使用GPS的前提是其能够正确的跟踪GPS卫星信号。每颗卫星发射不同的粗码(C/A码)，接收机收到的各卫星信号间几乎没有干扰。由于卫星与用户之间的相对运动等，造成接收机接收到的GPS信号的载波频率存在多普勒频移。
图1示出了目前GPS跟踪环的结构，其中600为目前GPS载波环调整的部分，700为GPS码环调整的部分。图2示出了目前GPS载波环调整的结构，即图1中600的具体实现方案。图3示出了目前GPS码环调整的结构，即图1中700的具体实现方案。
目前的GPS跟踪数字跟踪方法如下所述。
假设载波的频率为Frqcarr；C/A码的频率为Frqcode；采样频率为：SampleFrq；超前码的相位对应与及时码超前Phasedelt，滞后码的相位对应于及时码滞后deltPhasecode。deltPhasecode是一个固定的数值。Phasecarr的周期为2*pi，Phasecode的周期位1023，为了下面叙述方便，假设Phasecarr，Phasecode的数值会自动调整值一个周期的范围内。载波的相位为：Phasecarr；C/A码的相位为：Phasecode。载波的相位步长为：Stepcarr＝2*pi*Frqcarr/SampleFrq；C/A码的相位步长为：
Stepcode＝2*pi*Frqcode/SampleFrq。
基于上面的假设，GPS跟踪环的一般方案为：
1.设置跟踪的初始值时，载波频率：Frqcarr和码频率：Frqcode。并假设载波的初始相位：Phasecarr为零，C/A码的初始相位：Phasecode为零；
2.计算载波的相位步长为：Stepcarr＝2*pi*Frqcarr/SampleFrq；
3.根据载波的相位，产生正弦值：sin(Phasecarr)和余弦值：cos(Phasecarr)，并更新载波的相位Phasecarr＝Phasecarr+Stepcarr；
4.计算C/A码的相位步长为：Stepcode＝2*pi*Frqcode/SampleFrq；
5.根据C/A码的相位，产生及时码：CA[Phasecode]、超前码：
CA[Phasecode-deltPhasecode]和滞后码：CA[Phasecode+deltPhasecode]，并更新C/A码的相位Phasecode＝Phasecode+Stepcode；
6.将信号序列：signal[n]和载波正余弦序列：Vsin[n]、Vcos[n]分别相乘，获得正余弦的分量：I[n]和Q[n]；
7.将正余弦分量：I[n]和Q[n]分别和C/A码的超前码：VCA_e[n]、及时码：
VCA_p[n]和滞后码：VCA_l[n]进行相关积分，其相关值结果分别为：IE、IP、IL、QE、QP、QL；
8.相关结果：IP、QP经过载波环鉴相器和载波环滤波器，得到载波频率的调整频差Frq′carr；
9.更新载波的频率为：Frqcarr＝Frqcarr+Frq′carr；
10.相关结果：IL IE QL QE经过码环鉴相器和码环滤波器，得到C/A码频率的调整频差Frq′code；
11.更新C/A码的频率为：Frqcode＝Frqcode+Frq′code，回到步骤2。
多数GPS射频的载波中心频率是4.092MHZ，采样率为16.368MHZ，多普勒频率范围是[-5000HZ-5000HZ]，而码频率的中心频率为1.023MHZ，码频率的对普勒范围为[-4HZ-4HZ]。由于载波和码的中心频率是已知且固定的，而且中心频率和多普勒在数值上相差很多个数量级。在定点实现的过程中，这种算法不仅浪费了定点位宽数，而且增加了计算的复杂度。尤其是计算Stepcarr＝2*pi*Frqcarr/SampleFrq和Stepcode＝2*pi*Frqcode/SampleFrq时，其定点的除法运算本身就复杂度大，如果必须使用高位宽的数字进行运算，则会导致GPS跟踪环同步的速度与效率低下。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高效的GPS数字跟踪方法，旨在解决现有技术使用高位宽的数字进行运算，则会导致GPS跟踪环同步的速度与效率低下的问题。
本发明是这样实现的，一种高效的GPS数字跟踪方法，包括以下步骤：
计算载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率；
由信号序列、载波的当前相位以及C/A码的当前相位得到载波和C/A码的多普勒频率调整频差；
由载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率更新载波和C/A码的相位；
由载波和C/A码的多普勒频率调整频差调整载波和C/A码的多普勒频偏。
进一步地，所述步骤计算载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率具体为：
将捕获的载波频率减去所述载波频率对应的中心频率，得到所述载波的多普勒频偏，将捕获的C/A码频率减去所述C/A码频率对应的中心频率，得到所述C/A码的多普勒频偏。
进一步地，所述步骤由信号序列、载波的当前相位以及C/A码的当前相位得到载波和C/A码的多普勒频率调整频差具体包括以下步骤：
计算所述载波相位的正弦值和余弦值；
根据C/A码的相位产生及时码、超前码以及滞后码，所述超前码超前及时码一个指定的相位，所述滞后码滞后及时码一个同样的相位；
将输入信号的序列分别和所述载波的正弦序列以及所述载波的余弦序列相乘，获得正弦分量以及余弦分量；
将C/A码的及时码分别与正弦分量以及余弦分量进行相关积分，得出的相关结果经过载波环鉴相器和载波环滤波器，得到载波多普勒频率的调整频差；
将正弦分量分别和C/A码的超前码以及滞后码进行相关积分，将余弦分量分别和C/A码的超前码以及滞后码进行相关积分，得出相应的相关值经过码环鉴相器以及码环滤波器，得到C/A码多普勒频率的调整频差。
进一步地，所述步骤由载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率更新载波和C/A码的相位具体包括以下步骤：
由所述载波的多普勒频偏与采样频率得到所述载波的偏移相位步长，由所述载波的中心频率与采样频率得到所述载波的中心相位步长，将所述载波的偏移相位步长、所述载波的中心相位步长以及所述载波的当前相位相加，从而更新所述载波的相位；
由所述C/A码的多普勒频偏与采样频率得出所述C/A码的偏移相位步长，由所述C/A码的中心频率与采样频率得出所述C/A码的中心相位步长，将所述C/A码的偏移相位步长、所述C/A码的中心相位步长以及所述C/A码的当相位相加，从而更新所述C/A码的相位。
进一步地，所述步骤由载波和C/A码的多普勒频率调整频差调整载波和C/A码的多普勒频偏具体为：
将所述载波的多普勒频偏加上所述载波多普勒频率的调整频差从而得出新的载波多普勒频偏，将C/A码的多普勒频偏加上C/A码多普勒频率的调整频差从而得出新的C/A码多普勒频偏。
本发明的另一目的是提供一种高效的GPS数字跟踪环，包括：
多普勒频偏计算单元，用于计算载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率；
多普勒频率调整频差获取单元，用于由信号序列、载波的当前相位以及C/A码的当前相位得到载波和C/A码的多普勒频率调整频差；
相位更新单元，用于由载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率更新载波和C/A码的相位；
多普勒频偏调整单元，用于由载波和C/A码的多普勒频率调整频差调整载波和C/A码的多普勒频偏。
上述结构中，所述多普勒频偏计算单元具体作用为：
将捕获的载波频率减去所述载波频率对应的中心频率，得到所述载波的多普勒频偏，将捕获的C/A码频率减去所述C/A码频率对应的中心频率，得到所述C/A码的多普勒频偏。
上述结构中，所述步骤多普勒频率调整频差获取单元包括：
正余弦计算模块，用于计算所述载波相位的正弦值和余弦值；
C/A码产生模块，根据C/A码的相位产生及时码、超前码以及滞后码，所述超前码超前及时码一个指定的相位，所述滞后码滞后及时码一个同样的相位；
正余弦分量产生模块，将输入信号的序列分别和所述载波的正弦序列以及所述载波的余弦序列相乘，获得正弦分量以及余弦分量；
载波多普勒频率调整频差产生模块，将C/A码的及时码分别与正弦分量以及余弦分量进行相关积分，得出的相关结果经过载波环鉴相器和载波环滤波器，得到载波多普勒频率的调整频差；
C/A码多普勒频率调整频差产生模块，将正弦分量分别和C/A码的超前码以及滞后码进行相关积分，将余弦分量分别和C/A码的超前码以及滞后码进行相关积分，得出相应的相关值经过码环鉴相器以及码环滤波器，得到C/A码多普勒频率的调整频差。
上述结构中，相位更新单元具体包括：
载波相位更新模块，用于由所述载波的多普勒频偏与采样频率得到所述载波的偏移相位步长，由所述载波的中心频率与采样频率得到所述载波的中心相位步长，将所述载波的偏移相位步长、所述载波的中心相位步长以及所述载波的当前相位相加，从而更新所述载波的相位；
C/A码相位更新模块，用于由所述C/A码的多普勒频偏与采样频率得出所述C/A码的偏移相位步长，由所述C/A码的中心频率与采样频率得出所述C/A码的中心相位步长，将所述C/A码的偏移相位步长、所述C/A码的中心相位步长以及所述C/A码的当相位相加，从而更新所述C/A码的相位。
上述结构中，所述多普勒频偏调整单元具体作用为：
将所述载波的多普勒频偏加上所述载波多普勒频率的调整频差从而得出新的载波多普勒频偏，将C/A码的多普勒频偏加上C/A码多普勒频率的调整频差从而得出新的C/A码多普勒频偏。
在本发明中，由于多普勒频率要比中心频率小很多，载波的最大多普勒频率只是载波中心频率的1/818，使用本发明提供的GPS跟踪环优化方法，可以节省10比特的位宽，而C/A码的最大多普勒频率只是C/A码中心频率的1/255750，使用本发明提供的GPS跟踪环优化方法可以节省18比特的位宽，计算各自的相位步长时，使用本发明提供的方法同样降低了计算的复杂度，从而提高了GPS跟踪环同步的速度与效率。
附图说明
图1是目前GPS跟踪环的结构图；
图2是目前GPS载波环调整的结构图；
图3是目前GPS码环调整的结构图；
图4是本发明实施例提供的高效的GPS数字跟踪方法的实现流程图；
图5是本发明实施例提供的GPS数字跟踪环优化方法步骤二的具体实现流程图；
图6是本发明实施例提供的GPS数字跟踪环优化方法步骤三的具体实现流程图；
图7是本发明实施例提供的高效的GPS数字跟踪环的结构图；
图8是本发明实施例提供的多普勒频率调整频差获取单元的结构图；
图9是本发明实施例提供的相位更新单元的结构图；
图10是本发明实施例提供的GPS载波环调整的结构图；
图11是本发明实施例提供的GPS码环调整的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、原理及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图4示出了本发明实施例提供的一种高效的GPS数字跟踪方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。
在步骤S100中，计算载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率；
在步骤S200中，由信号序列、载波的当前相位以及C/A码的当前相位得到载波和C/A码的多普勒频率调整频差；
在步骤S300中，由载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率更新载波和C/A码的相位；
在步骤S400中，由载波和C/A码的多普勒频率调整频差调整载波和C/A码的多普勒频偏。
作为本发明一实施例，所述步骤计算载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率具体为：
将捕获的载波频率减去所述载波频率对应的中心频率，得到所述载波的多普勒频偏，将捕获的C/A码频率减去所述C/A码频率对应的中心频率，得到所述C/A码的多普勒频偏。
图5示出了作为本发明一实施例提供的GPS数字跟踪环优化方法步骤二的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。
在步骤S201中，计算所述载波相位的正弦值和余弦值；
在步骤S202中，根据C/A码的相位产生及时码、超前码以及滞后码，所述超前码超前及时码一个指定的相位，所述滞后码滞后及时码一个同样的相位；
在步骤S203中，将输入信号的序列分别和所述载波的正弦序列以及所述载波的余弦序列相乘，获得正弦分量以及余弦分量；
在步骤S204中，将C/A码的及时码分别与正弦分量以及余弦分量进行相关积分，得出的相关结果经过载波环鉴相器和载波环滤波器，得到载波多普勒频率的调整频差；
在步骤S205中，将正弦分量分别和C/A码的超前码以及滞后码进行相关积分，将余弦分量分别和C/A码的超前码以及滞后码进行相关积分，得出相应的相关值经过码环鉴相器以及码环滤波器，得到C/A码多普勒频率的调整频差。
图6示出了作为本发明一实施例提供的GPS数字跟踪环优化方法步骤三的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。
在步骤S301中，由所述载波的多普勒频偏与采样频率得到所述载波的偏移相位步长，由所述载波的中心频率与采样频率得到所述载波的中心相位步长，将所述载波的偏移相位步长、所述载波的中心相位步长以及所述载波的当前相位相加，从而更新所述载波的相位；
在步骤S302中，由所述C/A码的多普勒频偏与采样频率得出所述C/A码的偏移相位步长，由所述C/A码的中心频率与采样频率得出所述C/A码的中心相位步长，将所述C/A码的偏移相位步长、所述C/A码的中心相位步长以及所述C/A码的当相位相加，从而更新所述C/A码的相位。
作为本发明一实施例，所述步骤由载波和C/A码的多普勒频率调整频差调整载波和C/A码的多普勒频偏具体为：
将所述载波的多普勒频偏加上所述载波多普勒频率的调整频差从而得出新的载波多普勒频偏，将C/A码的多普勒频偏加上C/A码多普勒频率的调整频差从而得出新的C/A码多普勒频偏。
图7示出了本发明一实施例提供的高效的GPS数字跟踪环的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。
一种高效的GPS数字跟踪环，包括：
多普勒频偏计算单元100，用于计算载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率；
多普勒频率调整频差获取单元200，用于由信号序列、载波的当前相位以及C/A码的当前相位得到载波和C/A码的多普勒频率调整频差；
相位更新单元300，用于由载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率更新载波和C/A码的相位；
多普勒频偏调整单元400，用于由载波和C/A码的多普勒频率调整频差调整载波和C/A码的多普勒频偏。
作为本发明一实施例，所述多普勒频偏计算单元100具体作用为：
将捕获的载波频率减去所述载波频率对应的中心频率，得到所述载波的多普勒频偏，将捕获的C/A码频率减去所述C/A码频率对应的中心频率，得到所述C/A码的多普勒频偏。
图8示出了本发明一实施例提供的多普勒频率调整频差获取单元200的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。
所述多普勒频率调整频差获取单元200包括：
正余弦计算模块210，用于计算所述载波相位的正弦值和余弦值；
C/A码产生模块220，根据C/A码的相位产生及时码、超前码以及滞后码，所述超前码超前及时码一个指定的相位，所述滞后码滞后及时码一个同样的相位；
正余弦分量产生模块230，将输入信号的序列分别和所述载波的正弦序列以及所述载波的余弦序列相乘，获得正弦分量以及余弦分量；
载波多普勒频率调整频差产生模块240，将C/A码的及时码分别与正弦分量以及余弦分量进行相关积分，得出的相关结果经过载波环鉴相器和载波环滤波器，得到载波多普勒频率的调整频差；
C/A码多普勒频率调整频差产生模块250，将正弦分量分别和C/A码的超前码以及滞后码进行相关积分，将余弦分量分别和C/A码的超前码以及滞后码进行相关积分，得出相应的相关值经过码环鉴相器以及码环滤波器，得到C/A码多普勒频率的调整频差。
图9示出了本发明一实施例提供的相位更新单元300的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。
所述相位更新单元300具体包括：
载波相位更新模块310，用于由所述载波的多普勒频偏与采样频率得到所述载波的偏移相位步长，由所述载波的中心频率与采样频率得到所述载波的中心相位步长，将所述载波的偏移相位步长、所述载波的中心相位步长以及所述载波的当前相位相加，从而更新所述载波的相位；
C/A码相位更新模块320，用于由所述C/A码的多普勒频偏与采样频率得出所述C/A码的偏移相位步长，由所述C/A码的中心频率与采样频率得出所述C/A码的中心相位步长，将所述C/A码的偏移相位步长、所述C/A码的中心相位步长以及所述C/A码的当相位相加，从而更新所述C/A码的相位。
作为本发明一实施例，所述多普勒频偏调整单元400具体作用为：
将所述载波的多普勒频偏加上所述载波多普勒频率的调整频差从而得出新的载波多普勒频偏，将C/A码的多普勒频偏加上C/A码多普勒频率的调整频差从而得出新的C/A码多普勒频偏。
图10示出了本发明实施例提供的GPS载波环调整的结构，图11示出了本发明实施例提供的GPS码环调整的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，并结合图1说明本发明实施例的详细方案如下。
所述多普勒频偏计算单元100包括：
载波多普勒频率计算单元101、载波中心数字频率产生单元102、加法器103、C/A码多普勒频率计算模块104、C/A码中心数字频率产生单元105以及加法器106；
所述多普勒频率调整频差获取单元200包括：
正余弦计算模块210，C/A码产生模块220、正余弦分量产生模块230、载波多普勒频率调整频差产生模块240以及C/A码多普勒频率调整频差产生模块250；
所述正余弦分量产生模块230包括：
乘法器231以及乘法器232；
所述载波多普勒频率调整频差产生模块240包括：
乘法器243、积分和清除电路244、乘法器245、积分和清除电路246、载波环鉴相器241以及环路滤波器242；
所述C/A码多普勒频率调整频差产生模块250包括：
乘法器253、乘法器256、乘法器258、乘法器2510、积分和清除电路254、积分和清除电路257、积分和清除电路259、积分和清除电路2511、码环鉴相器241以及环路滤波器252；
所述相位更新单元300包括：
载波相位更新模块310以及C/A码相位更新模块320；
所述多普勒频偏调整单元400包括：
载波多普勒频率调整单元401以及C/A码载波多普勒频率频偏调整单元402；
载波环鉴相器241的输出端与环路滤波器252的输入端连接，环路滤波器252的输出端与载波多普勒频率调整单元401的输入端连接，载波多普勒频率调整单元401的输出端与载波多普勒频率计算单元101连接，载波多普勒频率计算单元101的输出端与加法器106的第一输入端连接，加法器106的第二输入端与载波中心数字频率产生单元102的输出端连接，加法器106的第三输入端与载波相位更新模块310的输出端连接，载波相位更新模块310的输入端分别加法器106的输出端以及正余弦计算模块210的输入端连接；
码环鉴相器251的输出端与环路滤波器252的输入端连接，环路滤波器252的输出端与C/A码载波多普勒频率频偏调整单元402的输入端连接，C/A码载波多普勒频率频偏调整单元402的输出端与C/A码多普勒频率计算模块104连接，C/A码多普勒频率计算模块104的输出端与加法器314的第一输入端连接，加法器314的第二输入端与C/A码中心数字频率产生单元105的输出端连接，加法器314的第三输入端与C/A码相位更新模块320的输出端连接，C/A码相位更新模块320的输入端分别加法器314的输出端以及C/A码产生模块220的输入端连接；
所述正余弦计算模块210分别与乘法器231的第一输入端以及乘法器232的第一输入端连接，所述乘法器231的第二输入端分别与输入信号以及乘法器232的第二输入端连接，所述乘法器231的输出端分别于乘法器253的第一输入端、乘法器243的第一输入端以及乘法器256的第一输入端连接，所述乘法器253的输出端与积分和清除电路254的输入端连接，所述乘法器243的输出端与积分和清除电路244的输入端连接，所述乘法器256的输出端与积分和清除电路257的输入端连接，所述码环鉴相器251的输入端分别与积分和清除电路254的输出端、积分和清除电路244的输出端、积分和清除电路257的输出端、积分和清除电路259的输出端、积分和清除电路246的输出端以及积分和清除电路2511的输出端连接，所述C/A码产生模块220分别与乘法器253的第二输入端、乘法器243的第二输入端、乘法器256的第二输入端、乘法器258的第二输入端、乘法器245的第二输入端以及乘法器2510的第二输入端连接，所述积分和清除电路259的输入端与乘法器258的输出端连接，所述积分和清除电路246的输入端与乘法器245的输出端连接，所述积分和清除电路2511的输入端与乘法器2510的输出端连接，所述乘法器232的输出端分别与乘法器258的第二输入端、乘法器245的第二输入端以及乘法器2510的第二输入端连接，所述载波环鉴相器241的输入端分别与积分和清除电路244的输出端以及积分和清除电路246的输出端连接。
作为本发明一实施例，改进后的GPS跟踪数字跟踪方法如下所述。
假设载波的中心频率为Frqcarr_center，载波的多普勒频偏为Frqcarr_dop，C/A码的中心频率为Frqcode_center，C/A码的多普勒频偏为Frqcode_dop，采样频率为SampleFrq，载波的频率为Frqcarr＝Frqcarr_center+Frqcarr_dop，C/A码的频率为Frqcode＝Frqcode_center+Frqcode_dop，载波的相位步长为Stepcarr＝2*pi*Frqcarr/SampleFrq，C/A码的相位步长为Stepcode＝2*pi*Frqcode/SampleFrq，载波的中心相位步长为Stepcarr_center＝2*pi*Frqcarr_center/SampleFrq，C/A码的中心相位步长为Stepcode_center＝2*pi*Frqcode_center/SampleFrq，载波的偏移相位步长为Stepcarr_dop＝2*pi*Frqcarr_dop/SampleFrq，C/A码的偏移相位步长为Stepcode_dop＝2*pi*Frqcode_dop/SampleFrq，载波的相位为Phasecarr，C/A码的相位为：Phasecode，其中Frqcarr_center、Frqcode_center、Stepca_center、Stepcode_center、SampleFrq为固定值，可以当作常数使用。且超前码的相位对应与及时码超前Phasedelt，滞后码的相位对应于及时码滞后deltPhasecode。deltPhasecode也是一个固定的数值。Phasecarr的周期为2*pi，Phasecode的周期位1023，为了下面叙述方便，假设Phasecarr，Phasecode的数值会自动调整值一个周期的范围内。
1.在设置跟踪的初始频率时，将捕获的载波频率：Frqcarr和码频率：Frqcode所对应的中心频率剔出掉，得到载波的多普勒频偏为
Frqcarr_dop＝Frqcarr-Frqcarr_center；C/A码的多普勒频偏为
Frqcode_dop＝Frqcode-Frqcode_center；并假设载波的初始相位Phasecarr为零，C/A码的初始相位Phasecode为零；
2.计算载波的偏移相位步长为：Stepcarr_dop＝2*pi*Frqcarr_dop/SampleFrq；
3.计算载波的相位步长为：Stepcarr＝Stepcarr_dop+Stepcarr_center；
4.根据载波的相位，产生正弦值：sin(Phasecarr)和余弦值：cos(Phasecarr)，并更新载波的相位Phasecarr＝Phasecarr+Stepcarr；
5.计算C/A码的偏移相位步长为：Stepcode_dop＝Frqcode_dop/SampleFrq；
6.计算C/A码的相位步长为：Stepcode＝Stepcode_dop+Stepcode_center；
7.根据C/A码相位产生及时码CA[Phasecode]、超前码CA[Phasecode-deltPhasecode]和滞后码CA[Phasecode+deltPhasecode]，并更新C/A码的相位
Phasecode＝Phasecode+Stepcode；
8.将信号序列signal[n]和载波正余弦序列Vsin[n]、Vcos[n]分别相乘，获得正余弦的分量I[n]和Q[n]；
9.将正余弦分量I[n]和Q[n]分别和C/A码的超前码VCA_e[n]、及时码VCA_p[n]和滞后码VCA_l[n]进行相关积分，其相关值结果分别为IE、IP、IL、QE、QP、QL；
10.相关结果IP、QP经过载波环鉴相器和载波环滤波器，得到载波频率的调整频差Frq′carr，亦即载波多普勒频率的调整频差；
11.更新载波的多普勒频偏为：Frqcarr_dop＝Frqcarr_dop+Frq′carr；
12.相关结果：IL IE QL QE经过码环鉴相器和码环滤波器，得到C/A码频率的调整频差Frq′code，亦即C/A码多普勒频率的调整频差；
更新C/A码的多普勒频偏为：Frqcode_dop＝Frqcode_dop+Frq′code，回到步骤2。
作为本发明一实施例，作为本发明一实施例，改进后的GPS跟踪数字跟踪方法如下所述。
假设我们跟踪GPS卫星的载波频率初始值为4092500HZ，码频率为1023000.3HZ，载波中心频率是4092000HZ，码环中心频率位1023000HZ，采样率为16368000HZ。载波中心相位步长为2*pi*4092000/16368000＝0.5*pi，码环的中心相位步长为：1023000/16368000＝0.0625，超前码和滞后码相对于及时码的差，其绝对值为0.4。第一次的载波调整频差为1HZ，C/A码的载波调整频差为0.1HZ。
1.在设置跟踪的初始频率时，设置跟踪的载波的多普勒频偏为
Frqcarr_dop＝4092500-4092000＝500HZ；设置C/A码的多普勒频偏为
Frqcode_dop＝1023000.3-1023000＝0.3HZ；并假设载波的初始相位位Phasecarr为零，C/A码的初始相位Phasecode为零；
2.计算载波的偏移相位步长为：Stepcarr_dop＝2*pi*500/16368000＝0.000061095*pi；
3.计算载波的相位步长为：Stepcarr＝Stepcarr_dop+0.5*pi＝0.500061095*pi；
4.根据载波的相位，产生正弦值：sin(Phasecarr)和余弦值：cos(Phasecarr)，并更新载波的相位Phasecarr＝Phasecarr+Stepcarr，第一次更新为0.500061095*pi，第二次更新为1.000122190*pi，依次类推；
5.计算C/A码的偏移相位步长为：Stepcode_dop＝0.3/16368000＝0.000000018328；
6.计算C/A码的相位步长为：Stepcode＝Stepcode_dop+0.0625＝0.062500018328；
7.根据C/A码相位产生及时码CA[Phasecode]、超前码CA[Phasecode-0.4]和滞后码CA[Phasecode+0.4]，并更新C/A码的相位Phasecode＝Phasecode+Stepcode，第一次更新为0.062500018328，第二次更新为0.125000036656，以此类推；
8.将信号序列signal[n]和载波正余弦序列Vsin[n]、Vcos[n]分别相乘，获得正余弦的分量I[n]和Q[n]；
9.将正余弦分量I[n]和Q[n]分别和C/A码的超前码VCA_e[n]、及时码VCA_p[n]和滞后码VCA_l[n]进行相关积分，其相关值结果分别为IE、IP、IL、QE、QP、QL；
10.相关结果IP、QP经过载波环鉴相器和载波环滤波器，得到载波频率的调整频差1HZ，亦即载波多普勒频率的调整频差；
11.更新载波的多普勒频偏为：Frqcarr_dop＝Frqcarr_dop+Frq′carr＝501HZ；
12.相关结果：IL IE QL QE经过码环鉴相器和码环滤波器，得到C/A码频率的调整频差0.1HZ，亦即C/A码多普勒频率的调整频差；
13.更新C/A码的多普勒频偏为：Frqcode_dop＝Frqcode_dop+Frq′code＝0.3+0.1＝0.4HZ，然后继续执行后续的跟踪过程。
在本发明中，由于多普勒频率要比中心频率小很多，载波的最大多普勒频率只是载波中心频率的1/818，使用本发明提供的GPS跟踪环优化方法，可以节省10比特的位宽，而C/A码的最大多普勒频率只是C/A码中心频率的1/255750，使用本发明提供的GPS跟踪环优化方法可以节省18比特的位宽，计算各自的相位步长时，使用本发明提供的方法同样降低了计算的复杂度，从而提高了GPS跟踪环同步的速度与效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高效的GPS数字跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率；
由信号序列、载波的当前相位以及C/A码的当前相位得到载波和C/A码的多普勒频率调整频差；
由载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率更新载波和C/A码的相位；
由载波和C/A码的多普勒频率调整频差调整载波和C/A码的多普勒频偏。
2.如权利要求1所述的高效的GPS数字跟踪方法，其特征在于，所述步骤计算载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率具体为：
将捕获的载波频率减去所述载波频率对应的中心频率，得到所述载波的多普勒频偏，将捕获的C/A码频率减去所述C/A码频率对应的中心频率，得到所述C/A码的多普勒频偏。
3.如权利要求1所述的高效的GPS数字跟踪方法，其特征在于，所述步骤由信号序列、载波的当前相位以及C/A码的当前相位得到载波和C/A码的多普勒频率调整频差具体包括以下步骤：
计算所述载波相位的正弦值和余弦值；
根据C/A码的相位产生及时码、超前码以及滞后码，所述超前码超前及时码一个指定的相位，所述滞后码滞后及时码一个同样的相位；
将输入信号的序列分别和所述载波的正弦序列以及所述载波的余弦序列相乘，获得正弦分量以及余弦分量；
将C/A码的及时码分别与正弦分量以及余弦分量进行相关积分，得出的相关结果经过载波环鉴相器和载波环滤波器，得到载波多普勒频率的调整频差；
将正弦分量分别和C/A码的超前码以及滞后码进行相关积分，将余弦分量分别和C/A码的超前码以及滞后码进行相关积分，得出相应的相关值经过码环鉴相器以及码环滤波器，得到C/A码多普勒频率的调整频差。
4.如权利要求1所述的高效的GPS数字跟踪方法，其特征在于，所述步骤由载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率更新载波和C/A码的相位具体包括以下步骤：
由所述载波的多普勒频偏与采样频率得到所述载波的偏移相位步长，由所述载波的中心频率与采样频率得到所述载波的中心相位步长，将所述载波的偏移相位步长、所述载波的中心相位步长以及所述载波的当前相位相加，从而更新所述载波的相位；
由所述C/A码的多普勒频偏与采样频率得出所述C/A码的偏移相位步长，由所述C/A码的中心频率与采样频率得出所述C/A码的中心相位步长，将所述C/A码的偏移相位步长、所述C/A码的中心相位步长以及所述C/A码的当相位相加，从而更新所述C/A码的相位。
5.如权利要求1所述的高效的GPS数字跟踪方法，其特征在于，所述步骤由载波和C/A码的多普勒频率调整频差调整载波和C/A码的多普勒频偏具体为：
将所述载波的多普勒频偏加上所述载波多普勒频率的调整频差从而得出新的载波多普勒频偏，将C/A码的多普勒频偏加上C/A码多普勒频率的调整频差从而得出新的C/A码多普勒频偏。
6.一种高效的GPS数字跟踪环，其特征在于，所述跟踪环包括：
多普勒频偏计算单元，用于计算载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率；
多普勒频率调整频差获取单元，用于由信号序列、载波的当前相位以及C/A码的当前相位得到载波和C/A码的多普勒频率调整频差；
相位更新单元，用于由载波和C/A码的多普勒频偏和中心频率更新载波和C/A码的相位；
多普勒频偏调整单元，用于由载波和C/A码的多普勒频率调整频差调整载波和C/A码的多普勒频偏。
7.如权利要求6所述的GPS数字跟踪环，其特征在于，所述多普勒频偏计算单元具体作用为：
将捕获的载波频率减去所述载波频率对应的中心频率，得到所述载波的多普勒频偏，将捕获的C/A码频率减去所述C/A码频率对应的中心频率，得到所述C/A码的多普勒频偏。
8.如权利要求6所述的GPS数字跟踪环，其特征在于，所述多普勒频率调整频差获取单元包括：
正余弦计算模块，用于计算所述载波相位的正弦值和余弦值；
C/A码产生模块，根据C/A码的相位产生及时码、超前码以及滞后码，所述超前码超前及时码一个指定的相位，所述滞后码滞后及时码一个同样的相位；
正余弦分量产生模块，将输入信号的序列分别和所述载波的正弦序列以及所述载波的余弦序列相乘，获得正弦分量以及余弦分量；
载波多普勒频率调整频差产生模块，将C/A码的及时码分别与正弦分量以及余弦分量进行相关积分，得出的相关结果经过载波环鉴相器和载波环滤波器，得到载波多普勒频率的调整频差；
C/A码多普勒频率调整频差产生模块，将正弦分量分别和C/A码的超前码以及滞后码进行相关积分，将余弦分量分别和C/A码的超前码以及滞后码进行相关积分，得出相应的相关值经过码环鉴相器以及码环滤波器，得到C/A码多普勒频率的调整频差。
9.如权利要求6所述的GPS数字跟踪环，其特征在于，所述相位更新单元具体包括：
载波相位更新模块，用于由所述载波的多普勒频偏与采样频率得到所述载波的偏移相位步长，由所述载波的中心频率与采样频率得到所述载波的中心相位步长，将所述载波的偏移相位步长、所述载波的中心相位步长以及所述载波的当前相位相加，从而更新所述载波的相位；
C/A码相位更新模块，用于由所述C/A码的多普勒频偏与采样频率得出所述C/A码的偏移相位步长，由所述C/A码的中心频率与采样频率得出所述C/A码的中心相位步长，将所述C/A码的偏移相位步长、所述C/A码的中心相位步长以及所述C/A码的当相位相加，从而更新所述C/A码的相位。
10.如权利要求6所述的GPS数字跟踪环，其特征在于，所述多普勒频偏调整单元具体作用为：
将所述载波的多普勒频偏加上所述载波多普勒频率的调整频差从而得出新的载波多普勒频偏，将C/A码的多普勒频偏加上C/A码多普勒频率的调整频差从而得出新的C/A码多普勒频偏。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210056073.3A CN103293537B (zh) | 2012-03-05 | 2012-03-05 | 一种高效的gps数字跟踪方法以及gps数字跟踪环 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210056073.3A CN103293537B (zh) | 2012-03-05 | 2012-03-05 | 一种高效的gps数字跟踪方法以及gps数字跟踪环 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103293537A true CN103293537A (zh) | 2013-09-11 |
| CN103293537B CN103293537B (zh) | 2016-01-06 |
Family
ID=49094729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210056073.3A Active CN103293537B (zh) | 2012-03-05 | 2012-03-05 | 一种高效的gps数字跟踪方法以及gps数字跟踪环 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103293537B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105204041A (zh) * | 2015-09-29 | 2015-12-30 | 上海海积信息科技股份有限公司 | 一种跟踪环路处理方法及装置 |
| CN107479071A (zh) * | 2016-06-07 | 2017-12-15 | 清华大学 | 伪卫星接收机和伪卫星信号接收方法 |
| CN110235408A (zh) * | 2017-02-01 | 2019-09-13 | 高通股份有限公司 | 具有非均匀时钟跟踪的时钟数据恢复 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101078758A (zh) * | 2007-06-29 | 2007-11-28 | 西安华迅微电子有限公司 | 一种gps接收机的多普勒频率补偿方法 |
| CN101441260A (zh) * | 2008-12-18 | 2009-05-27 | 中国科学院微电子研究所 | 一种全球定位接收机跟踪系统及其跟踪方法 |
| CN101865992A (zh) * | 2009-04-17 | 2010-10-20 | 杭州中科微电子有限公司 | 一种利用多普勒频移平滑伪距的方法 |
-
2012
- 2012-03-05 CN CN201210056073.3A patent/CN103293537B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101078758A (zh) * | 2007-06-29 | 2007-11-28 | 西安华迅微电子有限公司 | 一种gps接收机的多普勒频率补偿方法 |
| CN101441260A (zh) * | 2008-12-18 | 2009-05-27 | 中国科学院微电子研究所 | 一种全球定位接收机跟踪系统及其跟踪方法 |
| CN101865992A (zh) * | 2009-04-17 | 2010-10-20 | 杭州中科微电子有限公司 | 一种利用多普勒频移平滑伪距的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张明林等: "多普勒频率补偿算法在GPS信号捕获中的应用", 《计算机仿真》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105204041A (zh) * | 2015-09-29 | 2015-12-30 | 上海海积信息科技股份有限公司 | 一种跟踪环路处理方法及装置 |
| CN107479071A (zh) * | 2016-06-07 | 2017-12-15 | 清华大学 | 伪卫星接收机和伪卫星信号接收方法 |
| CN107479071B (zh) * | 2016-06-07 | 2019-09-20 | 清华大学 | 伪卫星接收机和伪卫星信号接收方法 |
| CN110235408A (zh) * | 2017-02-01 | 2019-09-13 | 高通股份有限公司 | 具有非均匀时钟跟踪的时钟数据恢复 |
| CN110235408B (zh) * | 2017-02-01 | 2021-08-06 | 高通股份有限公司 | 具有非均匀时钟跟踪的时钟数据恢复 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103293537B (zh) | 2016-01-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102621562B (zh) | 一种基于fpga的多通道实时gps跟踪方法及其系统 | |
| CN101515913B (zh) | 一种基于移位和加法的定点环路控制方法 | |
| CN110501729B (zh) | 一种基于fpga分步码相位细化的gnss信号的捕获方法 | |
| CN104614740A (zh) | 一种导航信号数据导频联合跟踪方法及装置 | |
| CN103293537A (zh) | 一种高效的gps数字跟踪方法以及gps数字跟踪环 | |
| CN103091686A (zh) | 一种兼容北斗卫星导航系统和gps的位同步方法及装置 | |
| CN108337206B (zh) | 一种用于卫星通信的载波同步方法和装置 | |
| US9121938B2 (en) | Communication apparatus | |
| CN109031362A (zh) | 修正接收机时钟频率偏差的方法及系统 | |
| CN102353967B (zh) | 利用公共解调模板获得信号的设备、方法和计算机程序产品 | |
| CN103795456A (zh) | 一种海事卫星通信信号接收系统及方法 | |
| RU2307474C1 (ru) | Способ приема шумоподобных сигналов с минимальной частотной манипуляцией | |
| KR20050115319A (ko) | 수신기 및 복조기 | |
| JP4769135B2 (ja) | 衛星受信装置 | |
| CN103792557A (zh) | 一种跟踪卫星信号的方法和装置 | |
| JP2001136215A (ja) | Ｆｄｍａ信号のディジタルコヒーレント包絡線復調システムおよびその方法 | |
| CN106685633B (zh) | 全数字移相微信号锁相检测方法及设备 | |
| KR100826376B1 (ko) | Ｃｄｍａ 수신기의 매핑을 이용한 상관 방법 및 신호 처리방법 | |
| CN112014864B (zh) | 一种基于最速上升法的高动态卫星跟踪方法 | |
| RU2357359C2 (ru) | Устройство синхронизации приемника шумоподобных сигналов с минимальной частотной манипуляцией | |
| US9014235B2 (en) | Communication apparatus | |
| CN108141282B (zh) | 一种时钟性能监控系统、方法及装置 | |
| CN109633714A (zh) | 一种高w码适应性的l2p（y）信号跟踪方法 | |
| CN103033826A (zh) | 一种高灵活度的定位卫星信号捕获系统 | |
| Sonowal et al. | Real time GPS software receiver with new fast signal tracking method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Efficient GPS digital tracking method and GPS digital tracking ring Effective date of registration: 20171102 Granted publication date: 20160106 Pledgee: China Co truction Bank Corp Guangzhou economic and Technological Development Zone sub branch Pledgor: Anyka (Guangzhou) Microelectronics Technology Co., Ltd. Registration number: 2017990001008 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20181227 Granted publication date: 20160106 Pledgee: China Co truction Bank Corp Guangzhou economic and Technological Development Zone sub branch Pledgor: Anyka (Guangzhou) Microelectronics Technology Co., Ltd. Registration number: 2017990001008 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Efficient GPS digital tracking method and GPS digital tracking ring Effective date of registration: 20190130 Granted publication date: 20160106 Pledgee: China Co truction Bank Corp Guangzhou economic and Technological Development Zone sub branch Pledgor: Anyka (Guangzhou) Microelectronics Technology Co., Ltd. Registration number: 2019440000051 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20200320 Granted publication date: 20160106 Pledgee: China Co truction Bank Corp Guangzhou economic and Technological Development Zone sub branch Pledgor: ANYKA (GUANGZHOU) MICROELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: 2019440000051 |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 3 / F, C1 area, innovation building, 182 science Avenue, Science City, Guangzhou, Guangdong 510663 Patentee after: Guangzhou Ankai Microelectronics Co.,Ltd. Address before: 3 / F, C1 area, innovation building, 182 science Avenue, Science City, Guangzhou, Guangdong 510663 Patentee before: ANYKA (GUANGZHOU) MICROELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 510555 No. 107 Bowen Road, Huangpu District, Guangzhou, Guangdong Patentee after: Guangzhou Ankai Microelectronics Co.,Ltd. Address before: 3 / F, C1 area, innovation building, 182 science Avenue, Science City, Guangzhou, Guangdong 510663 Patentee before: Guangzhou Ankai Microelectronics Co.,Ltd. |