CN106772473A - 一种实现导航跟踪的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种实现导航跟踪的方法和装置，包括：导航接收机在跟踪阶段根据上一次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的上一次频率差生成本次本地载波信号；导航接收机根据进入跟踪阶段的数字中频信号计算本次载噪比，根据本地载波信号与数字中频信号计算本次频率差；导航接收机根据本次载噪比和本次频率差判断出跟踪环路锁定，根据本次载噪比和本次频率差计算实际环路带宽；导航接收机根据实际环路带宽设置导航接收机的环路滤波器，通过环路滤波器对本次频率差进行滤除噪声处理；导航接收机继续执行根据本次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的本次频率差生成下一次本地载波信号的步骤。本发明实施例缩短了环路的锁定时间。

Description

一种实现导航跟踪的方法和装置

技术领域

本发明涉及但不限于导航接收技术，尤指一种实现导航跟踪的方法和装置。

背景技术

随着科学技术的发展，人类对导航定位技术的研究跨入了卫星定位时代。为了能够在全球范围内、全天候地提供精确的位置以及速度信息，全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)的概念被提出。GNSS在众多领域有着非常重要的作用，其中包括军事、导航、勘探、监测、测量、通信授时等等，随着近年民用应用的快速发展，在日常生活中GNSS已经逐渐深入，从移动终端、个人电脑、汽车、民用飞机到导弹、战机都离不开卫星导航技术。全球多个国家都在努力发展卫星导航技术，目前存在多个卫星导航系统，不同国家之间既独立竞相发展卫星导航技术又相互兼容系统，形成繁荣的GNSS。

GNSS包括美国的全球定位系统(GPS，Global Position System)，俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)卫星导航系统、欧洲的伽利略(Galileo)卫星定位系统和中国的北斗卫星导航系统(Compass Navigation Satellite System)。其中，美国的GPS是第一个覆盖全球的空间卫星导航系统，其卫星星座共有32颗卫星，采用码分多址(CDMA，Code DivisionMultiple Access)的卫星寻址方式。目前，美国正在加速GPS现代化和第三代GPS的研发工作，在新的GPS卫星中增加L2C和L5两个民用信号及一个军用M码信号。俄罗斯的GLONASS卫星导航系统与GPS原理和功能类似，其卫星星座由24颗卫星组成，采用频分多址(FDMA，Frequency Division Multiple Access)的卫星寻址方式。目前，俄罗斯正在进行GLONASS现代化工作，采用CDMA方式实现与GPS和Galileo卫星定位系统的兼容并且可以提供更多的民用服务。“北斗1号”是中国自主研发的由3颗卫星组成的第一代卫星导航系统，没有测距和测高的功能。正在建设的“北斗2号”是由3颗倾斜同步轨道卫星、27颗中轨道卫星和5颗地球静止轨道卫星组成，可满足全球覆盖的条件，为我国陆地、海洋、空中和空间的各类军事和民用提供多种应用保障。

作为GPS中的核心组成部分，GPS接收机主要的用途就是接收卫星下发的信号，并从中提取出导航电文信息和伪距观测量用于定位解算。因此，在不同的环境下需要设计高性能的基带处理算法来捕获和跟踪接收到的GPS信号，以此获得导航电文信息和伪距观测量。在GPS卫星信号发射端，GPS载波信号上调制有粗/捕获码(C/A码)和导航电文信息。相应地，在GPS接收端，为了从接收到的卫星信号中解调出导航电文信息，GPS接收机需要通过混频技术彻底地剥离数字中频信号(即接收到的卫星信号)中包括多普勒频移在内的载波，并且需要通过C/A码相关运算再彻底地剥离混频后的信号中的C/A码。GPS接收机包括两个环路：载波跟踪环路和码跟踪环路。其中，GPS接收机通过载波跟踪环路不断调整其本地复制的载波，使复制的载波的频率(或相位)与接收到的卫星信号的载波的频率(或相位)保持一致，然后经过下变频混频实现载波剥离。GPS接收机通过码跟踪环路不断调整其本地复制的C/A码，使其复制的C/A码的相位与混频后的信号的C/A码的相位保持一致，然后经过码相关运算实现C/A码的剥离。GPS接收机实现跟踪之后，可获得用于卫星定位的精细的多普勒频移和C/A码的码相位值。

传统的导航接收机的跟踪方案基本上以锁相环(PLL，Phase Locked Loop)或锁频环(FLL，Frequency Locked Loop)、或PLL与FLL结合为基础。PLL由鉴相器、环路滤波器和数字控制振荡器(NCO，Numerically Controlled Oscillator)构成，FLL与PLL的差别在于鉴别器，FLL使用鉴频器。鉴别器(鉴频器或鉴相器)的作用是鉴别出本地载波与输入信号之间的频率差或相位差，环路滤波器的作用是滤除频率差或相位差中的环路噪声，将滤波结果反馈到下一次环路中的本地载波中作为修正量。

一种典型的传统的导航跟踪方案如图1所示，当导航接收机的捕获模块在捕获阶段成功捕获到可见的卫星，并得到粗略的C/A码码相位和粗略的多普勒频率时，进入到跟踪阶段。本地码NCO根据捕获阶段得到的粗略的C/A码码相位复现本地C/A码，本地C/A码与进入到跟踪阶段的数字中频信号进行相关运算剥离数字中频信号中的C/A码。本地载波NCO根据捕获阶段得到的粗略的多普勒频率复现本地载波信号，本地载波信号与剥离过C/A码的数字中频信号进行图像抑制处理，对图像抑制处理后的信号进行积分累加以提高信噪比。根据积分累加后的信号计算载噪比，同时对积分累加后的信号进行鉴频处理得到本地载波信号和数字中频信号之间的频率差。若载噪比大于预设门限值，则环路锁定检测器确定出码环锁定良好；若载噪比小于或等于预设门限值，则环路锁定检测器确定出码环失锁。若鉴频处理得到的频率差在锁频环的工作范围外，则环路锁定检测器确定出载波环失锁；若鉴频处理得到的频率差在锁频环的工作范围内，则环路锁定检测器确定出载波环锁定良好。载波环和码环相互关联，一旦其中一个失锁则另一个也随后会失锁。当环路锁定检测器判定两个环路都锁定良好时，环路锁定检测器将鉴频处理得到的频率差发送给环路滤波器，环路滤波器的环路带宽作为跟踪环路的初始设置参数预先设定好。频率差经过预设环路带宽的环路滤波器进行滤除环路噪声的处理，并将处理结果反馈给本地载波NCO用于下一次修正复现载波频率。当环路锁定检测器判定其中一环路失锁时，则跳出跟踪阶段，重新进入捕获阶段。

传统的导航跟踪方案中，由于环路滤波器的设计固定，其环路带宽是固定的；那么在不同的工作场景下，使用同一组环路滤波器的参数(环路带宽、阻尼系数等)，其性能较差。例如，当初始的频率差较小时，若初始的环路带宽设置较大，则在载波环路修正载波频率的过程中会发生修正频率大于实际频差，增大了频率收敛范围，使得环路的锁定时间较长。而当初始的频率差较大，若初始的环路带宽设置较小，使得环路修正载波频率小于实际频差，使得调节过程发生振荡，增加了锁定环路的时间。

发明内容

本发明实施例提出了一种实现导航跟踪的方法和装置，能够缩短环路的锁定时间。

本发明实施例提出了一种实现导航跟踪的方法，包括：

导航接收机在跟踪阶段根据上一次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的上一次频率差生成本次本地载波信号；

导航接收机根据进入跟踪阶段的数字中频信号计算本次载噪比，根据本次本地载波信号与数字中频信号计算本次频率差；

导航接收机根据本次载噪比和本次频率差判断出跟踪环路锁定，根据本次载噪比和本次频率差计算实际环路带宽；

导航接收机根据实际环路带宽设置导航接收机的环路滤波器，通过环路滤波器对本次频率差进行滤除噪声处理；

导航接收机继续执行根据本次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的本次频率差生成下一次本地载波信号的步骤。

可选的，所述导航接收机根据进入跟踪阶段的数字中频信号计算本次载噪比，根据本次本地载波信号与数字中频信号计算本次频率差包括：

所述导航接收机对进入跟踪阶段的数字中频信号进行相关处理；

所述导航接收机对所述本次本地载波信号和相关处理后的信号进行图像抑制处理；

所述导航接收机对图像抑制处理后的信号进行积分累加；

所述导航接收机根据积分累加后的信号计算本次载噪比，并对积分累加后的信号进行鉴频处理得到本次本地载波信号和数字中频信号之间的本次频率差。

可选的，该方法还包括：

所述导航接收机对进入跟踪阶段的数字中频信号进行相关处理之前，在捕获阶段成功捕获到可见的卫星信号，根据捕获到的卫星信号获得粗略的C/A码码相位和粗略的多普勒频率，进入所述跟踪阶段；

所述导航接收机在所述跟踪阶段根据粗略的C/A码码相位生成C/A码；

所述导航接收机对进入跟踪阶段的数字中频信号进行相关处理包括：

所述导航接收机将进入所述跟踪阶段的数字中频信号与所述C/A码进行相关处理；

所述导航接收机在跟踪阶段根据上一次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的上一次频率差生成本次本地载波信号包括：

所述导航接收机将所述粗略的多普勒频率作为所述上一次本地载波信号的频率，并取所述进行滤除噪声处理后的上一次频率差为0，生成频率为所述粗略的多普勒频率的本次本地载波信号。

可选的，该方法还包括：

所述导航接收机在所述捕获阶段根据所述卫星信号得到估计的导航接收机的动态参数；

所述导航接收机在所述捕获阶段根据估计的动态参数预估跟踪环路的带宽；

所述根据本次载噪比和本次频率差计算实际环路带宽后，所述导航接收机判断出预估的跟踪环路的带宽和所述实际环路带宽之间的差值的绝对值大于或等于第三预设门限，根据第1次频率差和第1次本地载波信号的频率的和值到第n次频率差和第n次本地载波信号的频率的和值计算所述导航接收机的动态参数，并继续执行所述导航接收机根据计算得到的动态参数捕获可见的卫星信号的步骤；其中，n为本次循环的次数。

可选的，该方法还包括：

当所述导航接收机根据所述本次载噪比和所述本次频率差判断出跟踪环路失锁时，所述导航接收机重新进入捕获阶段继续执行捕获可见的卫星信号的步骤。

可选的，所述根据本次载噪比和本次频率差计算实际环路带宽包括：

按照公式计算所述实际环路带宽；

其中，为所述实际环路带宽，N为环路阶数，a为不同的环路阶数对应的系数，T为积分时间，Δf2^(N-1)为所述本次频率差对时间的(N－1)阶导数，λ_L1为载波波长。

可选的，所述环路阶数根据捕获阶段获得的估计的动态参数或跟踪阶段上一次循环过程中计算得到的动态参数确定。

本发明实施例还提出了一种实现导航跟踪的装置，包括：

第一生成模块，用于在跟踪阶段根据上一次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的上一次频率差生成本次本地载波信号；接收到进行滤除噪声处理后的本次频率差，继续执行根据本次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的本次频率差生成下一次本地载波信号的步骤；

第一计算模块，用于根据进入跟踪阶段的数字中频信号计算本次载噪比，根据本次本地载波信号与数字中频信号计算本次频率差；

第二计算模块，用于根据本次载噪比和本次频率差判断出跟踪环路锁定，根据本次载噪比和本次频率差计算实际环路带宽；

设置模块，用于根据实际环路带宽设置导航接收机的环路滤波器，通过环路滤波器对本次频率差进行滤除噪声处理；向生成模块发送进行滤除噪声处理后的本次频率差。

可选的，所述第一计算模块具体用于：

对进入跟踪阶段的数字中频信号进行相关处理；对所述本次本地载波信号和相关处理后的信号进行图像抑制处理；对图像抑制处理后的信号进行积分累加；根据积分累加后的信号计算本次载噪比，并对积分累加后的信号进行鉴频处理得到本次本地载波信号和数字中频信号之间的本次频率差。

可选的，还包括：

捕获模块，用于在捕获阶段成功捕获到可见的卫星信号，根据捕获到的卫星信号获得粗略的C/A码码相位和粗略的多普勒频率，进入所述跟踪阶段；

第二生成模块，用于在所述跟踪阶段根据粗略的C/A码码相位生成C/A码；

所述第一计算模块具体用于采用以下方式实现对进入跟踪阶段的数字中频信号进行相关处理：

将进入所述跟踪阶段的数字中频信号与所述C/A码进行相关处理；

所述第一生成模块具体用于：

将所述粗略的多普勒频率作为所述上一次本地载波信号的频率，并取所述进行滤除噪声处理后的上一次频率差为0，生成频率为所述粗略的多普勒频率的本次本地载波信号。

可选的，所述捕获模块具体用于：

在捕获阶段成功捕获到可见的卫星信号，在所述捕获阶段根据所述卫星信号得到估计的导航接收机的动态参数；在所述捕获阶段根据估计的动态参数预估跟踪环路的带宽；根据捕获到的卫星信号获得所述粗略的C/A码码相位和所述粗略的多普勒频率，进入所述跟踪阶段；接收到计算得到的动态参数，继续执行所述导航接收机在捕获阶段根据计算得到的动态参数捕获可见的卫星信号的步骤；

所述装置还包括：

第三计算模块，用于判断出预估的跟踪环路的带宽和所述实际环路带宽之间的差值的绝对值大于或等于第三预设门限，根据第1次频率差和第1次本地载波信号的频率的和值到第n次频率差与第n次本地载波信号的频率的和值计算所述导航接收机的动态参数，将计算得到的动态参数发送给捕获模块。

可选的，所述第二计算模块还用于：

当根据所述本次载噪比和所述本次频率差判断出跟踪环路失锁时，向所述捕获模块发送通知消息；

所述捕获模块还用于：

接收到所述通知消息，重新进入捕获阶段继续执行捕获可见的卫星信号的步骤。

可选的，所述第二计算模块具体用于：

根据本次载噪比和本次频率差判断出跟踪环路锁定，按照公式计算所述实际环路带宽；

其中，为所述实际环路带宽，N为环路阶数，a为不同的环路阶数对应的系数，T为积分时间，Δf2^(N-1)为所述本次频率差对时间的(N－1)阶导数，λ_L1为载波波长。

与相关技术相比，本发明实施例的技术方案包括：导航接收机在跟踪阶段根据上一次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的上一次频率差生成本次本地载波信号；导航接收机根据进入跟踪阶段的数字中频信号计算本次载噪比，根据本次本地载波信号与数字中频信号计算本次频率差；导航接收机根据本次载噪比和本次频率差判断出跟踪环路锁定，根据本次载噪比和本次频率差计算实际环路带宽；导航接收机根据实际环路带宽设置导航接收机的环路滤波器，通过环路滤波器对频率差进行滤除噪声处理；导航接收机继续执行根据本次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的本次频率差生成下一次本地载波信号的步骤。通过本发明实施例的方案，根据本次载噪比和本次频率差来计算实际环路带宽并将实际环路带宽设置到环路滤波器中，使得实际环路带宽适应具体的工作场景，提高了环路滤波器的性能，从而缩短了环路的锁定时间。

可选的，将在跟踪阶段计算得到的导航接收机的动态参数反馈到捕获阶段，在捕获阶段根据计算得到的动态参量快速地捕获可见的卫星信号，加快了捕获卫星信号的时间，并且在捕获阶段得到的C/A码码相位和多普勒频率，由于多普勒频率较之传统方案更为精确，进一步缩短了环路的锁定时间。

附图说明

下面对本发明实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本发明的进一步理解，与说明书一起用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限制。

图1为典型的传统的导航跟踪方案的示意图；

图2为本发明第一实施例实现导航跟踪的方法的流程图；

图3为本发明第二实施例实现导航跟踪的装置的结构组成示意图；

图4为本发明第三实施例实现导航跟踪的装置的结构组成示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述，并不能用来限制本发明的保护范围。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各种方式可以相互组合。

参见图2，本发明第一实施例提出了一种实现导航跟踪的方法，包括：

步骤200、导航接收机在跟踪阶段根据上一次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的上一次频率差生成本次本地载波信号。

本步骤中，本次本地载波信号如公式(1)和公式(2)所示。

L_I(t)＝cos[2π(f_I-Δf1)t] (1)

L_Q(t)＝sin[2π(f_I-Δf1)t] (2)

其中，L_I(t)为本次I路本地载波信号，L_Q(t)为本次Q路本地载波信号，f_I为上一次本地载波信号的频率，△f1为进行滤除噪声处理后的上一次频率差。

步骤201、导航接收机根据进入跟踪阶段的数字中频信号计算本次载噪比，根据本次本地载波信号与数字中频信号计算本次频率差。包括：

导航接收机对进入跟踪阶段的数字中频信号进行相关处理；导航接收机对本次本地载波信号和相关处理后的信号进行图像抑制处理；导航接收机对图像抑制处理后的信号进行积分累加；导航接收机根据积分累加后的信号计算本次载噪比，并对积分累加后的信号进行鉴频处理得到本次本地载波信号和数字中频信号之间的本次频率差。

可选的，进入跟踪阶段的数字中频信号S(t)如公式(3)所示。

S(t)＝AC(t)D(t)cos(2πf_st) (3)

其中，A为振幅，C(t)为数字中频信号的C/A码，D(t)为调整后的导航电文信息，fs为数字中频信号的频率，t为时间。

可选的，导航接收机对本次本地载波信号和相关处理后的信号进行图像抑制处理包括：

导航接收机按照公式(4)和公式(5)对本次本地载波信号和相关处理后的信号进行图像抑制处理。

其中，i(t)为I路图像抑制处理后的信号，q(t)为Q路图像抑制处理后的信号，r(t)＝AD(t)cos(2πf_st)为相关处理后的信号。

可选的，积分累加的处理过程相当于低通滤波过程，滤除高频信号，则上述图像抑制处理后的信号中的二倍频信号被滤除，积分累加后的信号如公式(6)和公式(7)所示。

其中，I(t)为I路积分累加后的信号，Q(t)为Q路积分累加后的信号。

可选的，导航接收机根据积分累加后的信号计算本次载噪比包括：

导航接收机按照公式(8)计算积分累加后的信号的平方和序列Z；按照公式(9)计算平方和序列Z的均值，按照公式(10)计算平方和序列Z的方差；按照公式(11)计算积分累加后的信号的功率均值，按照公式(12)计算噪声方差；按照公式(13)计算本次载噪比。

Z_i＝I(i)²+Q(i)² (8)

其中，Z_i为平方和序列的第i个元素，I(i)为i时刻I路积分累加后的信号，Q(i)为i时刻Q路积分累加后的信号。

其中，为平方和序列Z的均值，m为平方和序列Z的元素个数。

其中，为平方和序列Z的方差。

其中，P为积分累加后的信号的功率均值。

其中，为噪声方差。

其中，为本次载噪比，T为积分时间。

可选的，对积分累加后的信号进行鉴频处理得到本次本地载波信号和数字中频信号之间的本次频率差包括：

按照公式(14)计算本次频率差。

其中，T为积分时间，△f2为本次频率差。

步骤202、导航接收机根据本次载噪比和本次频率差判断出跟踪环路锁定，根据本次载噪比和本次频率差计算实际环路带宽。

本步骤中，导航接收机根据本次载噪比和本次频率差判断出跟踪环路锁定包括：

导航接收机根据本次载噪比判断出码环锁定良好，且根据本次频率差判断出载波环锁定良好。

其中，导航接收机根据本次载噪比判断出码环锁定良好包括：

导航接收机判断出本次载噪比大于第一预设门限值。

其中，根据本次频率差判断出载波环锁定良好包括：

导航接收机判断出本次频率差小于第二预设门限值。

可选的，根据本次载噪比和本次频率差计算实际环路带宽包括：

按照公式(15)计算实际环路带宽。

其中，为计算得到的实际环路带宽，N表示环路阶数，根据导航接收机的动态参数(如速度、加速度和加速度变化率)选择合适的环路阶数，通常N＝1,2,3；

a为不同环路阶数对应的系数，可参考值a⁽¹⁾＝0.25，a⁽²⁾＝0.53，a⁽³⁾＝0.7845；

T为积分时间；Δf2^(N-1)为本次频率差对时间的(N－1)阶导数，对应导航接收机的速度、加速度和加速度变化率；λ_L1为载波波长，GPS的L1载波的波长为19厘米(cm)。

可选的，当加速度变化率为0且速度不为0时，取N＝2；当加速度和加速度变化率均为0时，取N＝1；当加速度和加速度变化率均不为0时，取N＝3。

其中，在第1次循环时，导航接收机的动态参数可以采用捕获阶段获得的估计的动态参数，从第2次循环开始，将跟踪阶段在上一次获得的动态参数直接应用到公式(15)中计算实际环路带宽，从而使计算得到的实际环路带宽更为精确，进一步提高了环路滤波器的性能，进一步缩短了环路的锁定时间。

步骤203、导航接收机根据实际环路带宽设置导航接收机的环路滤波器，通过环路滤波器对本次频率差进行滤除噪声处理。

步骤204、导航接收机继续执行根据本次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的本次频率差生成下一次本地载波信号的步骤。

可选的，该方法还包括：

导航接收机对进入跟踪阶段的数字中频信号进行相关处理之前，在捕获阶段成功捕获到可见的卫星信号，根据捕获到的卫星信号获得粗略的C/A码码相位和粗略的多普勒频率，进入所述跟踪阶段；

导航接收机在跟踪阶段根据粗略的C/A码码相位生成C/A码；

导航接收机对进入跟踪阶段的数字中频信号进行相关处理包括：

导航接收机将进入所述跟踪阶段的数字中频信号与C/A码进行相关处理；

导航接收机在跟踪阶段根据上一次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的上一次频率差生成本次本地载波信号包括：

导航接收机将粗略的多普勒频率作为所述上一次本地载波信号的频率，并取进行滤除噪声处理后的上一次频率差为0，生成频率为粗略的多普勒频率的本次本地载波信号。

可选的，该方法还包括：

导航接收机在捕获阶段根据捕获到的卫星信号得到估计的导航接收机的动态参数；

导航接收机在捕获阶段根据估计的动态参数预估跟踪环路的带宽；

根据本次载噪比和本次频率差计算实际环路带宽后，导航接收机判断出预估的跟踪环路的带宽和所述实际环路带宽之间的差值的绝对值大于或等于第三预设门限，根据第1次频率差和第1次本地载波信号的频率的和值到第n次频率差和第n次本地载波信号的频率的和值计算所述导航接收机的动态参数，并继续执行导航接收机根据计算得到的动态参数捕获可见的卫星信号的步骤；其中，n为本次循环的次数。

其中，导航接收机的动态参数包括以下的任意一个或多个：导航接收机的速度、加速度、加速度变化率。

其中，导航接收机在捕获阶段对捕获到的卫星信号取多段数据进行处理得到多普勒频率，在动态环境下，每段数据对应的多普勒频率不相同，根据多普勒频率计算导航接收机的速度，根据多普勒频率的变化规律得到导航接收机的加速度和加速度变化率。由于捕获阶段得到的多普勒频率不精确，因此，得到的动态参数也不精确。

其中，导航接收机在捕获阶段根据估计的动态参数预估跟踪环路的带宽时，导航接收机的运动速度与多普勒频率正相关，即当速度加速度及加速度变化率已知，导航接收机可以推测出每一时刻多普勒频率的变化(即每时刻的频率增量)，预估的跟踪环路的带宽的值要大于多普勒频率的频率增量，例如，取预估的跟踪环路的带宽是频率增量的两倍左右。

其中，在跟踪阶段计算导航接收机的动态参数时，根据每一次频率差和本地载波信号的频率的和值计算导航接收机的速度，根据第1次频率差和第1次本地载波信号的频率的和值到第n次频率差和第n次本地载波信号的频率的和值的变化规律计算导航接收机的加速度和加速度变化率；其中，n为本次循环的次数。

可选的，该方法还包括：

当导航接收机根据本次载噪比和本次频率差判断出跟踪环路失锁时，导航接收机重新进入捕获阶段继续执行捕获可见的卫星信号的步骤。

其中，导航接收机根据本次载噪比和本次频率差判断出跟踪环路失锁包括：

导航接收机根据本次载噪比判断出码环失锁，或根据本次频率差判断出载波环失锁。

其中，导航接收机根据本次载噪比判断出码环失锁包括：

导航接收机判断出本次载噪比小于或等于第一预设门限值。

其中，根据本次频率差判断出载波环失锁包括：

导航接收机判断出本次频率差大于或等于第二预设门限值。

上述装置的具体实现与第一实施例的方法类似，这里不再赘述。

参见图3，本发明第二实施例提出了一种实现导航跟踪的装置，可以设置在导航接收机中，包括：

第一生成模块，用于在跟踪阶段根据上一次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的上一次频率差生成本次本地载波信号；接收到进行滤除噪声处理后的本次频率差，继续执行根据本次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的本次频率差生成下一次本地载波信号的步骤；

第一计算模块，用于根据进入跟踪阶段的数字中频信号计算本次载噪比，根据本次本地载波信号与数字中频信号计算本次频率差；

第二计算模块，用于根据本次载噪比和本次频率差判断出跟踪环路锁定，根据本次载噪比和本次频率差计算实际环路带宽；

设置模块，用于根据实际环路带宽设置导航接收机的环路滤波器，通过环路滤波器对本次频率差进行滤除噪声处理；向生成模块发送进行滤除噪声处理后的本次频率差。

可选的，第一计算模块具体用于：

用于对进入跟踪阶段的数字中频信号进行相关处理；对本次本地载波信号和相关处理后的信号进行图像抑制处理；对图像抑制处理后的信号进行积分累加；根据积分累加后的信号计算本次载噪比，并对积分累加后的信号进行鉴频处理得到本次本地载波信号和数字中频信号之间的本次频率差。

可选的，还包括：

捕获模块，用于在捕获阶段成功捕获到可见的卫星信号，根据捕获到的卫星信号获得粗略的C/A码码相位和粗略的多普勒频率，进入跟踪阶段；

第二生成模块，用于在跟踪阶段根据粗略的C/A码码相位生成C/A码；

第一计算模块具体用于采用以下方式对进入跟踪阶段的数字中频信号进行相关处理：

将进入跟踪阶段的数字中频信号与C/A码进行相关处理；

第一生成模块具体用于：

将粗略的多普勒频率作为上一次本地载波信号的频率，并取进行滤除噪声处理后的上一次频率差为0，生成频率为粗略的多普勒频率的本次本地载波信号。

可选的，捕获模块具体用于：

在捕获阶段成功捕获到可见的卫星信号，在捕获阶段根据卫星信号得到估计的导航接收机的动态参数；在捕获阶段根据估计的动态参数预估跟踪环路的带宽；根据捕获到的卫星信号获得粗略的C/A码码相位和粗略的多普勒频率，进入跟踪阶段；接收到计算得到的动态参数，继续执行导航接收机在捕获阶段根据计算得到的动态参数捕获可见的卫星信号的步骤；

装置还包括：

第三计算模块，用于判断出预估的跟踪环路的带宽和实际环路带宽之间的差值的绝对值大于或等于第三预设门限，根据第1次频率差和第1次本地载波信号的频率的和值到第n次频率差与第n次本地载波信号的频率的和值计算导航接收机的动态参数，，将计算得到的动态参数发送给捕获模块。

可选的，第二计算模块还用于：

当根据本次载噪比和本次频率差判断出跟踪环路失锁时，向捕获模块发送通知消息；

捕获模块还用于：

接收到通知消息，重新进入捕获阶段继续执行捕获可见的卫星信号的步骤。

可选的，第二计算模块具体用于：

根据本次载噪比和本次频率差判断出跟踪环路锁定，按照公式计算所述实际环路带宽；

其中，为所述实际环路带宽，N为环路阶数，a为不同的环路阶数对应的系数，T为积分时间，Δf2^(N-1)为所述本次频率差对时间的(N－1)阶导数，λ_L1为载波波长。

参见图4，本发明第三实施例提出了一种实现导航跟踪的装置，可以设置在导航接收机中，包括：

捕获模块，用于在捕获阶段成功捕获到可见的卫星信号，在捕获阶段根据捕获到的卫星信号得到估计的导航接收机的动态参数；根据捕获到的卫星信号获得粗略的C/A码码相位和粗略的多普勒频率，进入跟踪阶段；接收到第二通知消息，重新进入捕获阶段继续执行捕获可见的卫星的步骤；

码NCO，用于在跟踪阶段根据粗略的C/A码码相位生成C/A码；

相关处理模块，用于将进入跟踪阶段的数字中频信号与C/A码进行相关处理；

载波NCO，用于在跟踪阶段根据上一次本地载波信号和进行滤除噪声处理后的上一次频率差生成本次本地载波信号；接收到进行滤除噪声处理后的本次频率差，继续执行根据本次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的本次频率差生成下一次本地载波信号的步骤；

其中，载波NCO在第一次进入跟踪阶段循环时生成频率为粗略的多普勒频率的本次本地载波信号，从第二次循环开始，生成频率为上一次本地载波信号和进行滤除噪声处理后的本次频率差之间的差值的本次本地载波信号。

图像抑制模块，用于对本次本地载波信号和相关处理后的信号进行图像抑制处理；

积分累加模块，用于对图像抑制处理后的信号进行积分累加；

载噪比计算模块，用于根据积分累加后的信号计算本次载噪比；

鉴频器，用于对积分累加后的信号进行鉴频处理得到本次本地载波信号和数字中频信号之间的本次频率差；

环路锁定检测模块，用于根据本次载噪比和本次频率差判断跟踪环路是否锁定，当判断结果为跟踪环路锁定时，向实际环路带宽计算模块发送第一通知消息；当判断结果为跟踪环路失锁时，向捕获模块发送第二通知消息；

实际环路带宽计算模块，用于当接收到第一通知消息时，根据本次载噪比和本次频率差计算实际环路带宽，并根据实际环路带宽设置环路滤波器；

环路滤波器，用于对本次频率差进行滤除噪声处理，将进行滤除噪声处理后的本次频率差发送给载波NCO。

可选的，捕获模块还用于：

在捕获阶段根据估计的动态参数预估跟踪环路的带宽；接收到计算得到的动态参数，继续执行导航接收机在捕获阶段根据计算得到的动态参数捕获可见的卫星信号的步骤；

所述装置还包括：

环路带宽检测模块，用于判断出预估的跟踪环路的带宽和所述实际环路带宽之间的差值的绝对值大于或等于第三预设门限，根据第1次频率差和第1次本地载波信号的频率的和值到第n次频率差与第n次本地载波信号的频率的和值计算所述导航接收机的动态参数，将计算得到的动态参数发送给捕获模块。

需要说明的是，以上所述的实施例仅是为了便于本领域的技术人员理解而已，并不用于限制本发明的保护范围，在不脱离本发明的发明构思的前提下，本领域技术人员对本发明所做出的任何显而易见的替换和改进等均在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种实现导航跟踪的方法，其特征在于，包括：

导航接收机在跟踪阶段根据上一次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的上一次频率差生成本次本地载波信号；

导航接收机根据进入跟踪阶段的数字中频信号计算本次载噪比，根据本次本地载波信号与数字中频信号计算本次频率差；

导航接收机根据本次载噪比和本次频率差判断出跟踪环路锁定，根据本次载噪比和本次频率差计算实际环路带宽；

导航接收机根据实际环路带宽设置导航接收机的环路滤波器，通过环路滤波器对本次频率差进行滤除噪声处理；

导航接收机继续执行根据本次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的本次频率差生成下一次本地载波信号的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导航接收机根据进入跟踪阶段的数字中频信号计算本次载噪比，根据本次本地载波信号与数字中频信号计算本次频率差包括：

所述导航接收机对进入跟踪阶段的数字中频信号进行相关处理；

所述导航接收机对所述本次本地载波信号和相关处理后的信号进行图像抑制处理；

所述导航接收机对图像抑制处理后的信号进行积分累加；

所述导航接收机根据积分累加后的信号计算本次载噪比，并对积分累加后的信号进行鉴频处理得到本次本地载波信号和数字中频信号之间的本次频率差。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述导航接收机对进入跟踪阶段的数字中频信号进行相关处理之前，在捕获阶段成功捕获到可见的卫星信号，根据捕获到的卫星信号获得粗略的C/A码码相位和粗略的多普勒频率，进入所述跟踪阶段；

所述导航接收机在所述跟踪阶段根据粗略的C/A码码相位生成C/A码；

所述导航接收机对进入跟踪阶段的数字中频信号进行相关处理包括：

所述导航接收机将进入所述跟踪阶段的数字中频信号与所述C/A码进行相关处理；

所述导航接收机在跟踪阶段根据上一次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的上一次频率差生成本次本地载波信号包括：

所述导航接收机将所述粗略的多普勒频率作为所述上一次本地载波信号的频率，并取所述进行滤除噪声处理后的上一次频率差为0，生成频率为所述粗略的多普勒频率的本次本地载波信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述导航接收机在所述捕获阶段根据所述卫星信号得到估计的导航接收机的动态参数；

所述导航接收机在所述捕获阶段根据估计的动态参数预估跟踪环路的带宽；

所述根据本次载噪比和本次频率差计算实际环路带宽后，所述导航接收机判断出预估的跟踪环路的带宽和所述实际环路带宽之间的差值的绝对值大于或等于第三预设门限，根据第1次频率差和第1次本地载波信号的频率的和值到第n次频率差和第n次本地载波信号的频率的和值计算所述导航接收机的动态参数，并继续执行所述导航接收机根据计算得到的动态参数捕获可见的卫星信号的步骤；其中，n为本次循环的次数。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

当所述导航接收机根据所述本次载噪比和所述本次频率差判断出跟踪环路失锁时，所述导航接收机重新进入捕获阶段继续执行捕获可见的卫星信号的步骤。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据本次载噪比和本次频率差计算实际环路带宽包括：

按照公式计算所述实际环路带宽；

其中，为所述实际环路带宽，N为环路阶数，a为不同的环路阶数对应的系数，T为积分时间，Δf2^(N-1)为所述本次频率差对时间的(N－1)阶导数，λ_L1为载波波长。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述环路阶数根据捕获阶段获得的估计的动态参数或跟踪阶段上一次循环过程中计算得到的动态参数确定。

8.一种实现导航跟踪的装置，其特征在于，包括：

第一生成模块，用于在跟踪阶段根据上一次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的上一次频率差生成本次本地载波信号；接收到进行滤除噪声处理后的本次频率差，继续执行根据本次本地载波信号的频率和进行滤除噪声处理后的本次频率差生成下一次本地载波信号的步骤；

第一计算模块，用于根据进入跟踪阶段的数字中频信号计算本次载噪比，根据本次本地载波信号与数字中频信号计算本次频率差；

第二计算模块，用于根据本次载噪比和本次频率差判断出跟踪环路锁定，根据本次载噪比和本次频率差计算实际环路带宽；

设置模块，用于根据实际环路带宽设置导航接收机的环路滤波器，通过环路滤波器对本次频率差进行滤除噪声处理；向生成模块发送进行滤除噪声处理后的本次频率差。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块具体用于：

对进入跟踪阶段的数字中频信号进行相关处理；对所述本次本地载波信号和相关处理后的信号进行图像抑制处理；对图像抑制处理后的信号进行积分累加；根据积分累加后的信号计算本次载噪比，并对积分累加后的信号进行鉴频处理得到本次本地载波信号和数字中频信号之间的本次频率差。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

捕获模块，用于在捕获阶段成功捕获到可见的卫星信号，根据捕获到的卫星信号获得粗略的C/A码码相位和粗略的多普勒频率，进入所述跟踪阶段；

第二生成模块，用于在所述跟踪阶段根据粗略的C/A码码相位生成C/A码；

所述第一计算模块具体用于采用以下方式实现对进入跟踪阶段的数字中频信号进行相关处理：

将进入所述跟踪阶段的数字中频信号与所述C/A码进行相关处理；

所述第一生成模块具体用于：

将所述粗略的多普勒频率作为所述上一次本地载波信号的频率，并取所述进行滤除噪声处理后的上一次频率差为0，生成频率为所述粗略的多普勒频率的本次本地载波信号。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述捕获模块具体用于：

在捕获阶段成功捕获到可见的卫星信号，在所述捕获阶段根据所述卫星信号得到估计的导航接收机的动态参数；在所述捕获阶段根据估计的动态参数预估跟踪环路的带宽；根据捕获到的卫星信号获得所述粗略的C/A码码相位和所述粗略的多普勒频率，进入所述跟踪阶段；接收到计算得到的动态参数，继续执行所述导航接收机在捕获阶段根据计算得到的动态参数捕获可见的卫星信号的步骤；

所述装置还包括：

第三计算模块，用于判断出预估的跟踪环路的带宽和所述实际环路带宽之间的差值的绝对值大于或等于第三预设门限，根据第1次频率差和第1次本地载波信号的频率的和值到第n次频率差与第n次本地载波信号的频率的和值计算所述导航接收机的动态参数，将计算得到的动态参数发送给捕获模块。

12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块还用于：

当根据所述本次载噪比和所述本次频率差判断出跟踪环路失锁时，向所述捕获模块发送通知消息；

所述捕获模块还用于：

接收到所述通知消息，重新进入捕获阶段继续执行捕获可见的卫星信号的步骤。

13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块具体用于：

根据本次载噪比和本次频率差判断出跟踪环路锁定，按照公式计算所述实际环路带宽；

其中，为所述实际环路带宽，N为环路阶数，a为不同的环路阶数对应的系数，T为积分时间，Δf2^(N-1)为所述本次频率差对时间的(N－1)阶导数，λ_L1为载波波长。