CN105634479A - 高阶多边峰boc信号的跟踪方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高阶多边峰BOC信号的跟踪方法及装置，本地锁频环、相位旋转锁相环、副载波锁相环以及码环联合的跟踪环路，并通过四环之间的配合，提出了一个联合优化准则，使得联合环路稳定工作，并且具有优良的动态效应。通过本发明，能够实现高阶多边峰BOC信号的无模糊跟踪，动态性能较好，能鲁棒地容忍用户的高动态应力，同时相位旋转锁相环也能得到精确的载波相位测量值。

Description

高阶多边峰BOC信号的跟踪方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种高阶多边峰BOC信号的跟踪方法及装置。

背景技术

为了进一步提高伪码跟踪精度及导航系统间的互操作性和兼容性，现代的美国GPS系统、欧盟的Galileo系统以及中国的“北斗二代”导航系统的信号都将采用二进制偏移载波调制方式(BOC调制)，从而最大限度地利用有限的频谱资源。

BOC调制虽然解决了信号频谱分离问题，且理论上具有更大的均方根带宽，但是由于BOC信号的相关函数存在多峰值，当采用传统的跟踪环路进行跟踪时会存在多个稳定跟踪点，若锁定到错误的跟踪点将产生严重的测距误差。

在BOC无模糊跟踪方面，已经提出来一些方法，主要包括：跳峰法(Bump-jumping)、BPSK-like方法、自相关边锋消除技术(AutocorrelationSide-PeakCancellationTechnique，简称为ASPeCT)，伪相关函数法(Pseudo-CorrelationFunction，简称为PCF)，以及副载波相位消除法(SubCarrierPhaseCancellation，简称为SCPC)等，上述方法都存在一定的缺陷。

第一，Bump-jumping方法又称非相干超前-滞后处理方法，通过在本地增加远超前和远滞后两路本地码，进行各个主峰与侧峰的比较，保证了即使码是与自相关函数的主峰而非副峰对准，进而完成BOC调制信号的无模糊跟踪，但是这种算法要以一定的信噪比为前提，否则产生错误跟踪的概率很高。

第二，BPSK-like技术是将BOC信号当成两个BPSK调制信号之和，分别对两个BPSK信号进行相关，实现无模糊跟踪，但是这种方法在实现无模糊跟踪的同时BOC信号的跟踪精度却急剧下降，而且BPSK-like技术适合边锋较少的BOC信号。

第三，ASPeCT是在接收机内部使用两组信号，其中一组为BOC信号的复现信号，另一组是与具有相同扩频序列的BPSK信号，然后进行平方相减，实现无模糊跟踪，但是这种算法仅仅使用与Sin-BOC(n，n)信号。

第四，SCPC方法通过在接收机内部使用相互正交的两路本地辅助信号，然后进行平方相加，得到类似于BPSK信号曲线的无模糊相关函数，但是这种方法处理MBOC信号时复杂度会增加。

此外，高阶多边峰BOC信号(如BOC(15，2.5),BOC(6，1))频谱和自相关函数决定了其无法用上述Bump-jumping、BKSK-like、ASPeCT等方法实现无模糊跟踪。

针对高阶多变带BOC信号，有一种基于正交BOC的偏移正交BOC互相关法(OffsetQuadraticBOCCross-Correlation，简称为OQCC)，它是通过两路本地sin-BOC和cos-BOC本地支路与接收支路做相关，对cos-BOC支路相关结果以中心为轴，左半边相关峰左移，右半边相关峰右移，用偏移cos-BOC结果值去减sin-BOC路结果值，得到单峰相关结果值，该算法对相关结果值运用了纯数学方式的偏移和相间，只适合matlab仿真，实现起来相当困难。

其他方法中，在2010年由北航申请的名为《一种二进制偏移载波信号跟踪环路》专利中，采用锁相环+副载波跟踪环的方式来消除BOC信号模糊性的问题，实现了高阶多边峰BOC信号副载波与扩频码分离跟踪，但是其中所采用的方式没有考虑噪声对鉴相误差的影响。若在信噪比比较低的情况下，会使鉴相误差淹没在噪声中，给鉴相带来很高的模糊度，在高动态情况下，锁相环存在动态应力不足的问题。

针对相关技术中如何实现高阶多边峰BOC信号无模糊跟踪的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中如何实现高阶多边峰BOC信号无模糊跟踪的问题，本发明提供了一种高阶多边峰BOC信号的跟踪方法及装置，以至少解决上述问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种高阶多边峰BOC信号的跟踪方法，包括：

将高阶多边峰BOC信号与载波数字控制振荡器NCO的输出做相关运算得到第一输出信号，其中，所述第一输出信号包括i、q；

将所述第一输出信号与副载波NCO的输出做相关运算得到第二输出信号，其中，所述第二输出信号包括：i_I和i_Q；

将所述第二输出信号与伪码NCO的输出做相关运算得到第三输出信号，其中，所述第三输出信号包括：i_IE、i_IP、i_IL、i_QP、q_IE、q_IP和q_IL；

对所述第三输出信号进行积分清除处理得到第四输出信号，其中，所述第四输出信号包括：I_IE、I_IP、I_IL、I_QP、Q_IE、Q_IP和Q_IL；

将I_IE、I_IL、Q_IE和Q_IL作为码环的输入进行码环跟踪处理，将码环跟踪处理的结果作为所述伪码NCO的输入；

将I_IP和Q_IP作为本地锁频环的输入进行鉴频和滤波处理，将鉴频和滤波处理的结果作为所述载波NCO的输入；

将I_IP和Q_IP作为相位锁频环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第一NCO的输入，并将所述第一NCO的输出作为相位旋转的输入；

将I_IP和I_QP作为相位旋转副载波锁相环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第二NCO的输入，并将所述第二NCO的输出作为相位旋转的输入，以及所述副载波NCO的输入。

可选地：

所述高阶多边峰BOC信号为：

其中，P为信号功率，D(t_n)为数据调制，N(t_n)为伪码调制，f_o为基准频率，f_d为多普勒频率，为载波相位，φ为副载波相位，n(t_n)下为高斯白噪声；

所述载波NCO的输出为和其中，是本地锁相环估计的初相；

所述副载波NCO的输出为和其中为副载波中心频率，为副载波初相；

所述伪码NCO的输出为本地超前码N(t+D/2)、即时码N(t)和滞后码N(t-D/2)，其中，D为码相关器间隔。

可选地，将I_IP和Q_IP作为本地锁频环的输入进行鉴频和滤波处理，将鉴频和滤波处理的结果作为所述载波NCO的输入，包括：

I_IP、Q_IP作为本地锁频环的鉴别器的输入：其中，P_cross＝I_IP(n-1)Q_IP(n)-Q_IP(n-1)I_IP(n)，P_dot＝I_IP(n-1)I_IP(n)+Q_IP(n-1)Q_IP(n)；

将鉴别结果作为滤波器的输入进行环路滤波处理，得到频率估计值，利用频率估计值通过所述载波NCO复现载波信号做下变频处理。

可选地，将I_IP和Q_IP作为相位锁频环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第一NCO的输入，并将所述第一NCO的输出作为相位旋转的输入，包括：

将I_IP和Q_IP作为相位锁频环的输入，对I_IP、Q_IP做相位旋转处理；

以相位旋转结果做鉴相处理：

将鉴相结果送入滤波器，输出得到第一NCO输入频率控制字，再经第一NCO产生相位估计以对I_IP、Q_IP进行相位旋转。

可选地，将I_IP和I_QP作为相位旋转副载波锁相环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第二NCO的输入，并将所述第二NCO的输出作为相位旋转的输入，以及所述副载波NCO的输入，包括：

将I_IP和I_QP作为相位旋转副载波锁相环的输入，对I_IP、I_QP做相位旋转处理；

以相位旋转结果做鉴相处理： ${\mathrm{\φ}}_e\left(n\right)=\arctan \left(\frac{I_{\mathrm{QP}}}{I_{\mathrm{IP}}}\right)=\arctan \left(\frac{\sin \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)}{\cos \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)}\right);$

将鉴相结果送入滤波器，输出得到副载波NCO输入频率控制字，再经第二NCO产生相位估计以对I_IP、I_QP进行相位旋转。

可选地，将I_IE、I_IL、Q_IE和Q_IL作为码环的输入进行码环跟踪处理，将码环跟踪处理的结果作为所述伪码NCO的输入，包括：

将I_IE、I_IL、Q_IE和Q_IL作为码环的输入，对I_IE、Q_IE、I_IL、Q_IL做超前-滞后码环鉴别处理： ${\mathrm{\δ}}_{\mathrm{cp}}=\frac{1}{2}\frac{E^2-L^2}{E^2+L^2}=\frac{1}{2}\frac{({I_{\mathrm{IE}}}^2+{Q_{\mathrm{IE}}}^2)-({I_{\mathrm{IL}}}^2+{Q_{\mathrm{IL}}}^2)}{({I_{\mathrm{IE}}}^2+{Q_{\mathrm{IE}}}^2)+({I_{\mathrm{IL}}}^2+{Q_{\mathrm{IL}}}^2)};$

对鉴别结果值进行滤波，并将滤波结果值用来调节所述伪码NCO的状态。

根据本发明的另一个方面，提供了一种高阶多边峰BOC信号的跟踪装置，包括：

第一运算模块，用于将高阶多边峰BOC信号与载波数字控制振荡器NCO的输出做相关运算得到第一输出信号，其中，所述第一输出信号包括i、q；

第二运算模块，用于将所述第一输出信号与副载波NCO的输出做相关运算得到第二输出信号，其中，所述第二输出信号包括：i_I和i_Q；

第三运算模块，用于将所述第二输出信号与伪码NCO的输出做相关运算得到第三输出信号，其中，所述第三输出信号包括：i_IE、i_IP、i_IL、i_QP、q_IE、q_IP和q_IL；

积分清除模块，用于对所述第三输出信号进行积分清除处理得到第四输出信号，其中，所述第四输出信号包括：I_IE、I_IP、I_IL、I_QP、Q_IE、Q_IP和Q_IL；

码环模块，用于将I_IE、I_IL、Q_IE和Q_IL作为码环的输入进行码环跟踪处理，将码环跟踪处理的结果作为所述伪码NCO的输入；

本地锁频环模块，用于将I_IP和Q_IP作为本地锁频环的输入进行鉴频和滤波处理，将鉴频和滤波处理的结果作为所述载波NCO的输入；

相位锁频环模块，用于将I_IP和Q_IP作为相位锁频环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第一NCO的输入，并将所述第一NCO的输出作为相位旋转的输入；

副载波锁相环模块，用于将I_IP和I_QP作为相位旋转副载波锁相环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第二NCO的输入，并将所述第二NCO的输出作为相位旋转的输入，以及所述副载波NCO的输入。

通过本发明，采用锁频环、锁相环、副载波锁相环以及码环四环联合环路，能够实现高阶多边峰BOC信号的无模糊跟踪，动态性能较好，能鲁棒地容忍用户的高动态应力，同时相位旋转锁相环也能得到精确的载波相位测量值。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的高阶多边峰BOC信号的跟踪方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的高阶多边峰BOC信号的跟踪装置的结构框图；

图3为本发明实施例的方法开发流程图；

图4为本发明实施例的锁频换、锁相环和副载波锁相环的原理框图；

图5为本发明实施例的相位旋转原理图；以及

图6为本发明实施例的联合环路原理图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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组合。

对于高阶多边峰BOC信号而言，多普勒的漂动范围大，频率牵入范围较大，单纯的锁相环+副载波锁相环无法满足高动态条件下高阶多边峰BOC信号的环路跟踪。

针对高阶多边峰BOC信号(如BOC(15,2.5),BOC(6，1))的特点，本发明实施例设计了一种包含副载波环的联合环路结构，该环路在锁频环积分清除结果之后，用相位旋转的方式实现锁相环和副载波锁相环，三个环路同时存在，副载波锁相环实现了高阶BOC信号副载波的剥离，锁相环实现了载波残留相位的剥离。主要包括以下几个方面：

首先，在锁频环中利用环路更新时钟控制积分清除，以积分清除结果做鉴频和滤波处理得到频率估计值，利用频率估计值通过载波NCO复现载波信号做下变频处理实现锁频环闭环。

然后，对不同路的积分清除结果分别做相位旋转，以相位旋转结果做鉴相和滤波处理，输出得到锁相环NCO和副载波锁相环NCO的输入频率字，再分别经过NCO产生相位估计以对积分清除结果进行旋转，实现锁相环闭环和副载波锁相环闭环。

最后，在建立四环联合跟踪环路的基础上，提出了一个环路优化准则，即约束锁频环跟踪误差小于锁相环和副载波锁相环的捕捉带，优化锁频环、锁相环、副载波锁相环带宽以获得相对于单锁相环或者单锁频环更好地相位跟踪精度。

本发明实施例采用的锁频环、锁相环、副载波锁相环，以及码环四环联合环路，能够实现高阶多边峰BOC信号的无模糊跟踪，动态性能较好，能鲁棒地容忍用户的高动态应力，同时相位旋转锁相环也能得到精确的载波相位测量值。

图1是根据本发明实施例的高阶多边峰BOC信号的跟踪方法的流程图，如图1所示，该方法包括步骤101至步骤108。

步骤101，将高阶多边峰BOC信号与载波数字控制振荡器NCO的输出做相关运算得到第一输出信号，其中，所述第一输出信号包括i、q；

步骤102，将所述第一输出信号与副载波NCO的输出做相关运算得到第二输出信号，其中，所述第二输出信号包括：i_I和i_Q；

步骤103，将所述第二输出信号与伪码NCO的输出做相关运算得到第三输出信号，其中，所述第三输出信号包括：i_IE、i_IP、i_IL、i_QP、q_IE、q_IP和q_IL；

步骤104，对所述第三输出信号进行积分清除处理得到第四输出信号，其中，所述第四输出信号包括：I_IE、I_IP、I_IL、I_QP、Q_IE、Q_IP和Q_IL；

步骤105，将I_IE、I_IL、Q_IE和Q_IL作为码环的输入进行码环跟踪处理，将码环跟踪处理的结果作为所述伪码NCO的输入；

步骤106，将I_IP和Q_IP作为本地锁频环的输入进行鉴频和滤波处理，将鉴频和滤波处理的结果作为所述载波NCO的输入；

步骤107，将I_IP和Q_IP作为相位锁频环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第一NCO的输入，并将所述第一NCO的输出作为相位旋转的输入；

步骤108，将I_IP和I_QP作为相位旋转副载波锁相环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第二NCO的输入，并将所述第二NCO的输出作为相位旋转的输入，以及所述副载波NCO的输入。

在本发明实施例中，上述步骤105至步骤108为并行执行。

在本发明实施例中，可选地：

上述高阶多边峰BOC信号为：

其中，P为信号功率，D(t_n)为数据调制，N(t_n)为伪码调制，f_o为基准频率，f_d为多普勒频率，为载波相位，φ为副载波相位，n(t_n)下为高斯白噪声；

上述载波NCO的输出为和其中，是本地锁相环估计的初相；

上述副载波NCO的输出为和其中为副载波中心频率，为副载波初相；

上述伪码NCO的输出为本地超前码N(t+D/2)、即时码N(t)和滞后码N(t-D/2)，其中，D为码相关器间隔。

可选地，将I_IP和Q_IP作为本地锁频环的输入进行鉴频和滤波处理，将鉴频和滤波处理的结果作为所述载波NCO的输入，包括：

I_IP、Q_IP作为本地锁频环的鉴别器的输入：其中，P_cross＝I_IP(n-1)Q_IP(n)-Q_IP(n-1)I_IP(n)，P_dot＝I_IP(n-1)I_IP(n)+Q_IP(n-1)Q_IP(n)；

将鉴别结果作为滤波器的输入进行环路滤波处理，得到频率估计值，利用频率估计值通过所述载波NCO复现载波信号做下变频处理。

可选地，将I_IP和Q_IP作为相位锁频环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第一NCO的输入，并将所述第一NCO的输出作为相位旋转的输入，包括：

将I_IP和Q_IP作为相位锁频环的输入，对I_IP、Q_IP做相位旋转处理；

以相位旋转结果做鉴相处理：

将鉴相结果送入滤波器，输出得到第一NCO输入频率控制字，再经第一NCO产生相位估计以对I_IP、Q_IP进行相位旋转。

可选地，将I_IP和I_QP作为相位旋转副载波锁相环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第二NCO的输入，并将所述第二NCO的输出作为相位旋转的输入，以及所述副载波NCO的输入，包括：

将I_IP和I_QP作为相位旋转副载波锁相环的输入，对I_IP、I_QP做相位旋转处理；

以相位旋转结果做鉴相处理： ${\mathrm{\φ}}_e\left(n\right)=\arctan \left(\frac{I_{\mathrm{QP}}}{I_{\mathrm{IP}}}\right)=\arctan \left(\frac{\sin \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)}{\cos \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)}\right);$

将鉴相结果送入滤波器，输出得到副载波NCO输入频率控制字，再经第二NCO产生相位估计以对I_IP、I_QP进行相位旋转。

可选地，将I_IE、I_IL、Q_IE和Q_IL作为码环的输入进行码环跟踪处理，将码环跟踪处理的结果作为所述伪码NCO的输入，包括：

将I_IE、I_IL、Q_IE和Q_IL作为码环的输入，对I_IE、Q_IE、I_IL、Q_IL做超前-滞后码环鉴别处理： ${\mathrm{\δ}}_{\mathrm{cp}}=\frac{1}{2}\frac{E^2-L^2}{E^2+L^2}=\frac{1}{2}\frac{({I_{\mathrm{IE}}}^2+{Q_{\mathrm{IE}}}^2)-({I_{\mathrm{IL}}}^2+{Q_{\mathrm{IL}}}^2)}{({I_{\mathrm{IE}}}^2+{Q_{\mathrm{IE}}}^2)+({I_{\mathrm{IL}}}^2+{Q_{\mathrm{IL}}}^2)};$

对鉴别结果值进行滤波，并将滤波结果值用来调节所述伪码NCO的状态。

图2是根据本发明实施例的高阶多边峰BOC信号的跟踪装置的结构框图，如图2所示，该装置包括：

第一运算模块10，用于将高阶多边峰BOC信号与载波数字控制振荡器NCO的输出做相关运算得到第一输出信号，其中，所述第一输出信号包括i、q；

第二运算模块20，与第一运算模块10相连，用于将所述第一输出信号与副载波NCO的输出做相关运算得到第二输出信号，其中，所述第二输出信号包括：i_I和i_Q；

第三运算模块30，与第二运算模块20相连接，用于将所述第二输出信号与伪码NCO的输出做相关运算得到第三输出信号，其中，所述第三输出信号包括：i_IE、i_IP、i_IL、i_QP、q_IE、q_IP和q_IL；

积分清除模块40，与第三运算模块30相连接，用于对所述第三输出信号进行积分清除处理得到第四输出信号，其中，所述第四输出信号包括：I_IE、I_IP、I_IL、I_QP、Q_IE、Q_IP和Q_IL；

码环模块50，与积分清除模块40相连接，用于将I_IE、I_IL、Q_IE和Q_IL作为码环的输入进行码环跟踪处理，将码环跟踪处理的结果作为所述伪码NCO的输入；

本地锁频环模块60，与积分清除模块40相连接，用于将I_IP和Q_IP作为本地锁频环的输入进行鉴频和滤波处理，将鉴频和滤波处理的结果作为所述载波NCO的输入；

相位锁频环模块70，与积分清除模块40相连接，用于将I_IP和Q_IP作为相位锁频环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第一NCO的输入，并将所述第一NCO的输出作为相位旋转的输入；

副载波锁相环模块80，与积分清除模块40相连接，用于将I_IP和I_QP作为相位旋转副载波锁相环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第二NCO的输入，并将所述第二NCO的输出作为相位旋转的输入，以及所述副载波NCO的输入。

下面对本发明实施例的优选实施方式进行描述。

本发明实施例根据高阶多边峰BOC信号的特性，根据图3的开发流程，采用了一种锁频环、相位旋转锁相环和相位旋转副载波锁相环、码环四环联合跟踪环路的方式，将高阶多边峰BOC信号进行无模糊跟踪处理。

本发明实施例采用四环联合跟踪环路，锁相环和副载波锁相环对锁频环积分清除结果做相位旋转，利用相位旋转结果再作相位鉴别和滤波，参见图4，包括如下步骤：

(1)接收到的中频BOC信号为：

其中，P为信号功率，D(t_n)为数据调制，N(t_n)为伪码调制，f_o为基准频率，f_d为多普勒频率，为载波相位，φ为副载波相位，n(t_n)下为高斯白噪声。

载波NCO产生的本地信号分别为和其中是本地锁相环估计的初相。

副载波NCO输出为和其中为副载波中心频率，为副载波初相。

伪码NCO产生本地超前码、即使码和滞后码支路，即N(t)、N(t+D/2)、N(t-D/2)，其中，D为码相关器间隔，环路中设置其小于一个直扩码码片宽度。

相关结果值经积分-清除器后分别输出相干积分值I_IE、I_IP、I_IL、I_QP、Q_IE、Q_IP和Q_IL，如下所示：

其中，T_coh为积分清除周期，为载波相位差，为副载波相位差，R_c(τ)为伪码的归一化自相关函数；

为复现伪码，多普勒频率估计值，T_coh为相关积累时间，θ_PLL,n为载波相位估计，θ_SPLL,n为副载波相位估计。

(2)即时支路上的相关积分值I_IP、Q_IP被当作锁频环鉴别器的输入，如下所示：

$w_e\left(n\right)=\frac{\arctan 2(P_{\mathrm{cross}},P_{\mathrm{dot}})}{2\mathrm{\π}{T}_{\mathrm{coh}}},$

其中P_cross＝I_IP(n-1)Q_IP(n)-Q_IP(n-1)I_IP(n)，P_dot＝I_IP(n-1)I_IP(n)+Q_IP(n-1)Q_IP(n)；对鉴别结果做环路滤波处理，得到频率估计值，利用频率估计值通过NCO复现载波信号做下变频处理，实现锁频环闭环；

(3)对积分清除结果I_IP、Q_IP做相位旋转处理，相位旋转的原理图如图5所示，以相位旋转结果做鉴相处理，如下所示：

将鉴相结果送入环路滤波器，输出得到锁相环NCO输入频率控制字，再经NCO产生相位估计以对积分清除结果I_IP、Q_IP进行旋转，实现锁相环闭环；

(4)对积分清除结果I_IP、I_QP做相位旋转处理，以相位旋转结果做鉴相处理，如下所示：

${\mathrm{\φ}}_e\left(n\right)=\arctan \left(\frac{I_{\mathrm{QP}}}{I_{\mathrm{IP}}}\right)=\arctan \left(\frac{\sin \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)}{\cos \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)}\right)$

将鉴相结果送入环路滤波器，输出得到副载波锁相环NCO输入频率控制字，再经NCO产生相位估计以对积分清除结果I_IP、I_QP进行旋转，实现副载波锁相环闭环；

(5)对积分清除结果值I_IE、Q_IE、I_IL、Q_IL做超前-滞后码环鉴别处理，如下所示：

${\mathrm{\δ}}_{\mathrm{cp}}=\frac{1}{2}\frac{E^2-L^2}{E^2+L^2}=\frac{1}{2}\frac{({I_{\mathrm{IE}}}^2+{Q_{\mathrm{IE}}}^2)-({I_{\mathrm{IL}}}^2+{Q_{\mathrm{IL}}}^2)}{({I_{\mathrm{IE}}}^2+{Q_{\mathrm{IE}}}^2)+({I_{\mathrm{IL}}}^2+{Q_{\mathrm{IL}}}^2)}$

码环对鉴别结果值进行滤波，并将滤波结果值用来调节C/A码数控振荡器的状态，实现码环闭环，整个环路的系统原理图如图6所示。

四个环路不是物理性的叠加在一起，四个环路之间的关系是锁频换辅助锁相环和副载波锁相环，联合跟踪环路优化方法也不同于单个环路的优化准则，其特征在于：约束锁频环跟踪误差小于锁相环和副载波锁相环的捕捉带，优化三环带宽以获得相对于单锁相环或者单锁频环更好地相位跟踪精度。

锁频环、锁相环和副载波锁相环进行环路优化，使环路带宽在动态应力误差和热噪声误差之间取得较好的折中。在锁相环中，相位热噪声误差不会随锁相环噪声带宽减小而持续降低，因此存在最优值，并且，锁相环带宽与热噪声误差的关系是单调的，所以，为了保证锁相环能快速入所和稳定工作，规定锁频环剩余的固定频差f_e小于锁相环的锁定范围Δw_L1和副载波锁相环的锁定范围Δw_L2，如下式所示：

$f_e=\frac{1}{{{360w}_n}^2}\frac{d^{3}L}{{\mathrm{dt}}^3}$

Δw_L1＝2w_pll

Δw_L2＝2w_spll

锁频环剩余的固定频差与锁相环带宽成反比，因此，对应于每个锁相环带宽和动态，锁频环存在一个带宽的下限：

$w_{\mathrm{FLL},\min }=\min \{\sqrt{\frac{1}{360}\frac{d^3\mathrm{L\π}}{{\mathrm{dt}}^{3}2w_{\mathrm{PLL}}}},\sqrt{\frac{1}{360}\frac{d^3\mathrm{L\π}}{{\mathrm{dt}}^{3}2w_{\mathrm{SPLL}}}}\}$

为了达到热噪声误差最小的目的，锁频环带宽就取下限值，因此可按照下面的式子对锁频环带宽、锁相环带宽和副载波锁相环联合进行优化。

$\left.\begin{array}{c}d\left(\mathrm{var}\left(\mathrm{\ϵ}\right)\right)/d{w}_{\mathrm{PLL}}=0\\ w_{\mathrm{FLL},\min }=\min \{\sqrt{\frac{1}{360}\frac{d^3\mathrm{L\π}}{{\mathrm{dt}}^{3}2w_{\mathrm{PLL}}}},\sqrt{\frac{1}{360}\frac{d^3\mathrm{L\π}}{{\mathrm{dt}}^{3}2w_{\mathrm{SPLL}}}}\}\end{array}\right\}.$

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：采用锁频环、锁相环、副载波锁相环以及码环四环联合环路，能够实现高阶多边峰BOC信号的无模糊跟踪，动态性能较好，能鲁棒地容忍用户的高动态应力，同时相位旋转锁相环也能得到精确的载波相位测量值。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

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 (7)

1.一种高阶多边峰BOC信号的跟踪方法，其特征在于，包括：

将高阶多边峰BOC信号与载波数字控制振荡器NCO的输出做相关运算得到第一输出信号，其中，所述第一输出信号包括i、q；

将所述第一输出信号与副载波NCO的输出做相关运算得到第二输出信号，其中，所述第二输出信号包括：i_I和i_Q；

将所述第二输出信号与伪码NCO的输出做相关运算得到第三输出信号，其中，所述第三输出信号包括：i_IE、i_IP、i_IL、i_QP、q_IE、q_IP和q_IL；

对所述第三输出信号进行积分清除处理得到第四输出信号，其中，所述第四输出信号包括：I_IE、I_IP、I_IL、I_QP、Q_IE、Q_IP和Q_IL；

将I_IE、I_IL、Q_IE和Q_IL作为码环的输入进行码环跟踪处理，将码环跟踪处理的结果作为所述伪码NCO的输入；

将I_IP和Q_IP作为本地锁频环的输入进行鉴频和滤波处理，将鉴频和滤波处理的结果作为所述载波NCO的输入；

将I_IP和Q_IP作为相位锁频环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第一NCO的输入，并将所述第一NCO的输出作为相位旋转的输入；

将I_IP和I_QP作为相位旋转副载波锁相环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第二NCO的输入，并将所述第二NCO的输出作为相位旋转的输入，以及所述副载波NCO的输入。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述高阶多边峰BOC信号为：

其中，P为信号功率，D(t_n)为数据调制，N(t_n)为伪码调制，f_o为基准频率，f_d为多普勒频率，为载波相位，φ为副载波相位，n(t_n)下为高斯白噪声；

所述载波NCO的输出为和其中，是本地锁相环估计的初相；

所述副载波NCO的输出为和其中为副载波中心频率，为副载波初相；

所述伪码NCO的输出为本地超前码N(t+D/2)、即时码N(t)和滞后码N(t-D/2)，其中，D为码相关器间隔。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将I_IP和Q_IP作为本地锁频环的输入进行鉴频和滤波处理，将鉴频和滤波处理的结果作为所述载波NCO的输入，包括：

I_IP、Q_IP作为本地锁频环的鉴别器的输入：其中，P_cross＝I_IP(n-1)Q_IP(n)-Q_IP(n-1)I_IP(n)，P_dot＝I_IP(n-1)I_IP(n)+Q_IP(n-1)Q_IP(n)；

将鉴别结果作为滤波器的输入进行环路滤波处理，得到频率估计值，利用频率估计值通过所述载波NCO复现载波信号做下变频处理。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将I_IP和Q_IP作为相位锁频环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第一NCO的输入，并将所述第一NCO的输出作为相位旋转的输入，包括：

将I_IP和Q_IP作为相位锁频环的输入，对I_IP、Q_IP做相位旋转处理；

以相位旋转结果做鉴相处理：

将鉴相结果送入滤波器，输出得到第一NCO输入频率控制字，再经第一NCO产生相位估计以对I_IP、Q_IP进行相位旋转。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将I_IP和I_QP作为相位旋转副载波锁相环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第二NCO的输入，并将所述第二NCO的输出作为相位旋转的输入，以及所述副载波NCO的输入，包括：

将I_IP和I_QP作为相位旋转副载波锁相环的输入，对I_IP、I_QP做相位旋转处理；

以相位旋转结果做鉴相处理： ${\mathrm{\φ}}_e\left(n\right)=\arctan \left(\frac{I_{\mathrm{QP}}}{I_{\mathrm{IP}}}\right)=\arctan \left(\frac{\sin \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)}{\cos \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)}\right);$

将鉴相结果送入滤波器，输出得到副载波NCO输入频率控制字，再经第二NCO产生相位估计以对I_IP、I_QP进行相位旋转。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将I_IE、I_IL、Q_IE和Q_IL作为码环的输入进行码环跟踪处理，将码环跟踪处理的结果作为所述伪码NCO的输入，包括：

将I_IE、I_IL、Q_IE和Q_IL作为码环的输入，对I_IE、Q_IE、I_IL、Q_IL做超前-滞后码环鉴别处理： ${\mathrm{\δ}}_{\mathrm{cp}}=\frac{1}{2}\frac{E^2-L^2}{E^2+L^2}=\frac{1}{2}\frac{({I_{\mathrm{IE}}}^2+{Q_{\mathrm{IE}}}^2)-({I_{\mathrm{IL}}}^2+{Q_{\mathrm{IL}}}^2)}{({I_{\mathrm{IE}}}^2+{Q_{\mathrm{IE}}}^2)+({I_{\mathrm{IL}}}^2+{Q_{\mathrm{IL}}}^2)};$

对鉴别结果值进行滤波，并将滤波结果值用来调节所述伪码NCO的状态。

7.一种高阶多边峰BOC信号的跟踪装置，其特征在于，包括：

第一运算模块，用于将高阶多边峰BOC信号与载波数字控制振荡器NCO的输出做相关运算得到第一输出信号，其中，所述第一输出信号包括i、q；

第二运算模块，用于将所述第一输出信号与副载波NCO的输出做相关运算得到第二输出信号，其中，所述第二输出信号包括：i_I和i_Q；

第三运算模块，用于将所述第二输出信号与伪码NCO的输出做相关运算得到第三输出信号，其中，所述第三输出信号包括：i_IE、i_IP、i_IL、i_QP、q_IE、q_IP和q_IL；

积分清除模块，用于对所述第三输出信号进行积分清除处理得到第四输出信号，其中，所述第四输出信号包括：I_IE、I_IP、I_IL、I_QP、Q_IE、Q_IP和Q_IL；

码环模块，用于将I_IE、I_IL、Q_IE和Q_IL作为码环的输入进行码环跟踪处理，将码环跟踪处理的结果作为所述伪码NCO的输入；

本地锁频环模块，用于将I_IP和Q_IP作为本地锁频环的输入进行鉴频和滤波处理，将鉴频和滤波处理的结果作为所述载波NCO的输入；

相位锁频环模块，用于将I_IP和Q_IP作为相位锁频环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第一NCO的输入，并将所述第一NCO的输出作为相位旋转的输入；

副载波锁相环模块，用于将I_IP和I_QP作为相位旋转副载波锁相环的输入进行相位旋转、鉴相和滤波处理，将相位旋转、鉴相和滤波处理的结果作为第二NCO的输入，并将所述第二NCO的输出作为相位旋转的输入，以及所述副载波NCO的输入。