CN105068095A - 一种提高卫星伪距精度的跟踪系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高卫星伪距精度的跟踪系统与方法，该系统包括混频器、载波NCO、码NCO、C码发生器、第一移位寄存器、切换电路、P码发生器、第二移位寄存器、I支路相关器、Q支路相关器、积分和清零模块以及处理器；积分和清零模块分别与处理器及I支路相关器和Q支路相关器相连接，通过切换电路实现C码和P码之间的切换。采用该种结构的提高卫星伪距精度的跟踪系统与方法，可同时进行C码和P码信号跟踪。在完成C码捕获跟踪后根据时间信息控制P码启动并切换至P码跟踪。该种系统与方法，不但拥有C码捕获速度和P码的高伪距精度，且电路结构简单，资源使用少，降低了成本及功耗。

Description

一种提高卫星伪距精度的跟踪系统与方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及GNSS卫星导航信号捕获和跟踪，具体是指一种提高卫星伪距精度的跟踪系统与方法。
背景技术
全球导航卫星系统(GNSS)是一种利用绕地球轨道运行的一组卫星向接收机提供信号的导航系统，接收机根据这些信号估计其相对于地球的位置。此类卫星系统包括由美国部署和维护的GPS系统、由苏联部署并由俄罗斯联邦维护的GLONASS系统、目前正由欧洲联盟部署的GALILEO系统以及中国的北斗卫星导航系统(BDS)等。
导航卫星在任一频点上通常同时发射同相I支路和正交Q支路两种合成信号。I支路通常加载C码民用信号，Q支路通常加载P码军用信号。C码信号码长短，周期短，码宽长，接收机捕获C码速度快，但伪距精度较差；P码信号码长长，周期长，码宽短，捕获困难，伪距精度高。P码的码长短的有1秒或更短，长得有7天或更久，越长的码长导致直捕越困难。而P码的周期通常为C码的十分之一，较短的码宽可以极大地提高测量精度，因而接收机都先搜索、捕获C码信号，然后从C码信号中获取时间信息，并以此计算出当前P码的码相位，快速捕获P码信号并实现跟踪，从而利用P码高伪距精度提高测量精度。
对于GLONASS信号而言，C码码长为511码片,码速率为0.511Mcps，P码码长为5110000个码片，码速率为5.11Mcps，是C码速率的10倍，而码宽为C码的十分之一。与C码测量精度相比，GNSS接收机通常能更精确地测量P码相位，而这与P码相对较短的码宽和较长的周期有直接关系。
目前，常见的卫星信号跟踪系统和方法仅仅针对C码进行，如图1所示。但是在一些对伪距精度有更高要求、需要精密定位的领域而言，采用C码与P码同时跟踪，获取更高伪距精度的方案应运而生，如图2所示。不过，虽然该方案的产生提高了伪距的精度，但也带来了电路结构复杂、占据空间大、功耗大的问题。如何提供一种定位精度高且结构简单的信号跟踪系统和跟踪方法，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是克服上述现有技术的缺点，提供一种可同时跟踪C码和P码信号且结构简单的提高卫星伪距精度的跟踪系统与方法。
为了实现上述目的，本发明的提高卫星伪距精度的跟踪系统包括混频器、载波NCO、码NCO、C码发生器、第一移位寄存器、切换电路、P码发生器、第二移位寄存器、I支路相关器、Q支路相关器、积分和清零模块以及处理器；所述的处理器分别与所述的积分和清零模块、载波NCO以及码NCO相连接；所述的载波NCO与混频器相连接；所述的积分和清零模块分别与所述的I支路相关器以及Q支路相关器连接；所述的载波NCO、码NCO分别与系统的时钟信号相连接；所述的C码发生器分别与所述的第一移位寄存器以及所述的码NCO相连接；所述的P码发生器分别与所述的第二移位寄存器以及所述的码NCO相连接；还包括切换电路，所述的处理器与C码及P码之间的切换电路相连接，用以控制C码信号和P码信号的切换。C码相应于卫星信号的民码信号或I支路信号，P码相应于卫星信号的军码信号或Q支路信号或者所述的I支路信号与所述的Q支路信号均为民码信号，或者所述的I支路信号与所述的Q支路信号均为军码信号。
进一步地，C码及P码切换电路通过时间信息来控制C码和P码信号的切换。
进一步地，该跟踪系统可用于GNSS导航卫星的I支路信号和Q支路信号的同时接收，所述的GNSS导航卫星为格洛纳斯卫星、北斗卫星、伽利略卫星或者GPS卫星。
采用该跟踪系统的提高伪距精度的跟踪方法包括以下步骤：
(1)接收机完成C码捕获与跟踪；
(2)根据C码信号获取卫星时间信息；
(3)利用时间信息和C码、P码的时序关系控制P码启动；
(4)切换至P码并进行P码跟踪，同时D支路实现对C码跟踪。
采用了本发明的提高卫星伪距精度的跟踪系统与方法，在传统C码捕获的接收机设计中，增加了P码设计，在完成C码捕获和跟踪后，通过时间信息启动P码，实现了C码和P码的同时跟踪。不但提高了伪距精度，弥补现有技术中民码(C码)精确度不高的缺陷，且结构简单，捕获速度快。
附图说明
图1为现有技术中的卫星信号C码跟踪系统的结构示意图。
图2为现有技术的卫星信号C码与P码同时跟踪系统的结构示意图
图3为本发明提高卫星伪距精度的跟踪系统的结构示意图。
图4为本发明提出的卫星信号跟踪方法的C码与P码切换控制的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
请参阅图3所示，为本发明的提高卫星伪距精度的跟踪系统的结构示意图。本发明的高精度卫星信号跟踪系统，除了包括混频器、载波NCO、码NCO、C码发生器、第一移位寄存器、切换电路、P码发生器、第二移位寄存器、I支路相关器、Q支路相关器、积分和清零模块以及处理器；所述的处理器分别与所述的积分和清零模块、载波NCO以及码NCO相连接；所述的载波NCO与混频器相连接；所述的积分和清零模块分别与所述的I支路相关器以及Q支路相关器连接；所述的载波NCO、码NCO分别与系统的时钟信号相连接；所述的C码发生器分别与所述的第一移位寄存器以及所述的码NCO相连接；所述的P码发生器分别与所述的第二移位寄存器以及所述的码NCO相连接；还包括切换电路，所述的处理器与C码及P码之间的切换电路相连接，用以控制C码信号和P码信号的切换。C码相应于卫星信号的民码信号或I支路信号，P码相应于卫星信号的军码信号或Q支路信号。
积分和清零模块的第一至第四输入端与I2信号相连接，积分和清零模块的第五至第八输入端与Q2信号相连接，第一至第四输入端输入的I2信号与第一移位寄存器或第二移位寄存器输出的超前信号相乘，第五至第八输入端输入的Q2信号与第一移位寄存器或第二移位寄存器输出的超前信号相乘，相乘后的信号经积分清零单元输出至处理器。
与图2相比，本发明的C码发生器与P码发生器共用载波环路，电路简洁，节省了一个混频器、一个载波NCO、一个码NCO、四个积分和清零模块，两个I支路相关器和两个Q支路相关器，不但结构简单而且节约资源，降低了成本及功耗。
在一种优选的实施方式中，C码及P码切换电路通过时间信息来控制C码和P码信号的切换。
在一种优选的实施方式中，本发明的跟踪系统可用于GNSS导航卫星的I支路信号和Q支路信号的同时接收，所述的GNSS导航卫星为格洛纳斯卫星、北斗卫星、伽利略卫星或者GPS卫星。
对于北斗卫星而言，B1和B2的I支路为C码信号，码长为1ms，2046个码片，速率为2.046Mcps，而Q支路为P码信号，速率10.23Mcps；对于GPS卫星信号而言，L1通道上的I支路信号，码长为1013个码片，速率为1.023Mcps，而Q支路上的速率为10.23Mcps，因此，本发明的跟踪系统可用于同时接收GLONASS卫星、北斗卫星、伽利略卫星以及GPS卫星等的I支路和Q支路相似信号。
本发明的提高卫星伪距精度的跟踪方法，其工作流程如图4所示，包括以下步骤：
(1)接收机完成C码捕获与跟踪；
(2)根据C码信号获取卫星时间信息；
(3)利用时间信息和C码、P码的时序关系控制P码启动；
(4)切换至P码并进行P码跟踪，同时D支路实现对C码跟踪。
即接收机完成C码捕获与跟踪，获得相应卫星时间信息，然后，利用时间信息启动P码，完成C码和P码之间的信号切换，最后利用P码进行跟踪。
该发明的高精度卫星信号跟踪系统，在传统C码捕获的接收机设计中，增加了P码部分，可同时跟踪C码和P码信号，提高了伪距精度，弥补现有技术中民码(C码)的精度不高的缺陷，且结构简单，节约了资源，降低了成本及功耗。
作为一种变形，本发明的信号跟踪系统，可同时跟踪C码和P码信号，可只跟踪C码信号，也可同时跟踪I支路和Q支路同为民码的两路信号。
上述实施例为本专利较佳的实施例，并非用来限制本发明的实施范围，本领域的技术人员在未脱离本发明原理的前提下，所作的改进、变化、组合、替代等，均属于本发明权利要求所要求保护的范围之内。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (4)

1.一种提高卫星伪距精度的跟踪系统，包括混频器、载波NCO、码NCO、C码发生器、第一移位寄存器、切换电路、P码发生器、第二移位寄存器、I支路相关器、Q支路相关器、积分和清零模块以及处理器；所述的处理器分别与所述的积分和清零模块、载波NCO以及码NCO相连接；所述的载波NCO与混频器相连接；所述的积分和清零模块分别与所述的I支路相关器以及Q支路相关器连接；所述的载波NCO、码NCO分别与系统的时钟信号相连接；所述的C码发生器分别与所述的第一移位寄存器以及所述的码NCO相连接；所述的P码发生器分别与所述的第二移位寄存器以及所述的码NCO相连接；其特征在于：还包括切换电路，所述的处理器与C码及P码之间的切换电路相连接，用以控制C码信号和P码信号的切换；C码相应于卫星信号的民码信号或I支路信号，P码相应于卫星信号的军码信号或Q支路信号，或者所述的I支路信号与所述的Q支路信号均为民码信号，或者所述的I支路信号与所述的Q支路信号均为军码信号。
2.根据权利要求1所述的提高卫星伪距精度的跟踪系统，其特征在于：所述的C码及P码切换电路由处理器来控制C码和P码信号的切换。
3.根据权利要求1或2所述的提高卫星伪距精度的跟踪系统，其特征在于：所述的系统可用于GNSS导航卫星的I支路信号和Q支路信号的同时接收，所述的GNSS导航卫星为格洛纳斯卫星、北斗卫星、伽利略卫星或者GPS卫星。
4.一种采用权利要求1所述的提高卫星伪距精度的跟踪系统的信号跟踪方法，其特征在于，所述的信号跟踪方法包括以下步骤：
(1)接收机完成C码捕获与跟踪；
(2)根据C码信号获取卫星时间信息；
(3)利用时间信息和C码、P码的时序关系控制P码启动；
(4)切换至P码并进行P码跟踪，同时D支路实现对C码跟踪。
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