CN107305253A - 一种接收机跟踪装置及实现接收机跟踪的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种接收机跟踪装置及实现接收机跟踪的方法，包括：确定跟踪环路以锁频环(FLL)或锁相环(PLL)为主；对锁频环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁频环在跟踪环路中的作用；对锁相环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁相环在跟踪环路中的作用。本发明实施例方法通过鉴频结果对锁频环或锁相环为主的跟踪环路进行调整，实现了跟踪环路动态性能和跟踪精度的同时满足，进一步的，通过载噪比进行了相干积分时长的确定，实现了相干积分时长的及时调整。
Description
技术领域
本发明涉及接收机跟踪技术，尤指一种接收机跟踪装置及实现接收机跟踪的方法。
背景技术
全球卫星导航系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)在人们的日常生活中发挥着越来越不可替代的重要作用，尤其在导航、勘探、监测、测量、通信授时等领域得到越来越多的应用。随着近年民用应用的快速发展，在日常生活中全球卫星导航系统已经逐渐深入，从手机、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。全球各大国都在努力发展卫星导航技术，目前存在多个卫星导航系统，各国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系统。全球卫星导航系统主要包括美国的GPS系统、中国的北斗(BD)系统、俄罗斯的全球导航卫星定位系统(GLONASS)，以及欧洲的伽利略(Galileo)系统；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 Division Multiple 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卫星中增大L2C和L5两个民用信号及一个军用M码信号。俄罗斯的GLONASS系统与GPS系统原理和功能类似，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系统的兼容。Galileo系统为欧盟一个正在建造的卫星导航定位系统，其卫星星座由30颗卫星构成，卫星寻址采用码分多址的方式。它能够与GPS和GLONASS完成多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可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。
作为全球卫星导航系统中核心组成部分，导航接收机主要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卫星信号，以此获得导航电文信息和伪距观测量。在卫星信号发射端，载波信号上调制有粗采集(C/A)码和导航电文数据码。相应地，在接收端，为了从接收到的卫星信号中解调出导航电文数据码，接收机的跟踪单元需要通过混频彻底地剥离数字中频信号中包括多普勒频移在内的载波，并且需要通过C/A码相关运算彻底地剥离信号中的C/A码。跟踪单元由载波跟踪环路和码跟踪环路构成。通过载波跟踪环路不断调整其本地复制的载波，使复制载波频率(或相位)与接收到的中频信号的载波频率(或相位)保持一致，然后经过下变频混频实现载波剥离。通过码跟踪环路不断调整其本地复制的C/A码，使其复制C/A码的相位与接收到的中频信号的C/A码相位保持一致，然后经过码相关运算实现C/A码剥离。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码码相位值。
在传统的接收机载波跟踪方案中，一般采用锁频环(FLL，FrequencyLocked Loop)或者锁相环(PLL，Phase Locked Loop)实现载波跟踪。锁频环多用于高动态环境，它的牵入范围比较大，可以快速地将跟踪频差牵入到较小的范围，但是跟踪的精度较差。而锁相环多用于中低动态的环境，它的跟踪精度比较精确，但是跟踪的牵入范围小，锁定信号的时间较长。因此，锁频环与锁相环结合的方法也被广泛地应用到跟踪方案中。相关技术中的锁相环与锁频环结合的载波跟踪电路如图1所示，当捕获阶段成功捕获到可见的卫星，并得到粗略的粗捕获(C/A)码码相位和多普勒频率，则进入到载波跟踪阶段。伪码数控振荡器、载波数控振荡器的初始C/A码码相位和多普勒频率即为捕获到的粗略值。接收机接收到的中频信号先与伪码数控振荡器生成的C/A码进行相关，剥离C/A码；将剥离C/A码的相关结果与载波数控振荡器生成的I路(余弦)和Q路(正弦)本地载波信号进行混频，剥离载波信号；将剥离载波后的混频结果进行适宜长度的积分(相干积分或者非相干积分，即通过积分积累一定时间的混频结果以便提高信噪比)获得积分结果。积分结果经过分配器选择进入锁频环或锁相环；具体的，当本地信号与接收信号的频差较大时，选择锁频环快速地跟踪到信号，将频差牵入到较小范围。当本地信号与接收信号的频差较小时，选择锁相环精确地跟踪信号。图1中，以二阶锁频环和三阶锁相环为例，锁频环的结构与锁相环类似，都由三部分组成：鉴别器、环路滤波器和载波数控振荡器。锁频环和锁相环的不同点在于鉴别器的不同，锁频环通过不断修正本地载波频率使之与接收信号载波频率一致，而要求相位一致。跟踪环路的阶数与环路滤波器有关，假如环路滤波器为N阶，由于压控振荡器有1阶，则跟踪环路为N+1阶。
上述方法虽然希望通过将锁频环与锁相环结合，融合二者的优点提高载波跟踪电路的性能，但是在动态性能和跟踪精度并不能共同兼顾。当接收机处于高动态环境中，跟踪环路选用锁频环，只能顾及跟踪的动态适应性，其跟踪性能会很差。当接收机处于中低动态环境时，跟踪环路选择锁相环，只能顾及跟踪的高精度性能，其动态性能会很差。而当接收机接收到的信号很弱时，积分部分会选择较长的积分时间提高信号的信噪比，而较长的积分时间会极大地破坏锁频环的动态性能。当接收机接收到的信号很强时，若此时积分时长较长，会严重恶化锁相环的跟踪精度。因此，相关技术中的方法无法根据环路跟踪的环境即时地调整相干积分的时长，在保证跟踪环路的动态性能的同时兼顾其跟踪精度。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种接收机跟踪装置及实现接收机跟踪的方法，能够保证跟踪环路的动态性能的同时兼顾其跟踪精度，及时的调整相干积分时长。
为了达到本发明目的，本发明提供了一种实现接收机跟踪的方法，包括：
确定跟踪环路以锁频环FLL或锁相环PLL为主；
对锁频环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁频环在跟踪环路中的作用；
对锁相环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁相环在跟踪环路中的作用。
可选的，确定跟踪环路以锁频环或锁相环为主包括：
计算载波跟踪电路中同相支路的积分结果中包含的同相信号能量和正交支路的积分结果中包含的正交信号能量；
确定所述同相信号能量与所述正交信号能量的能量比值；当所述能量比值大于或等于预设能量比时，确定所述跟踪环路以锁相环为主；当所述能量比值小于预设能量比时，确定所述跟踪环路以锁频环为主。
可选的，所述根据鉴频结果调整锁频环在跟踪环路中的作用包括：
根据鉴频结果对所述跟踪环路中的复合环路滤波器中的锁频环的环路滤波器和/或锁相环的环路滤波器进行调整，以调整锁频环在跟踪环路中的作用；
所述根据鉴频结果调整锁相环在跟踪环路中的作用包括：
根据鉴频结果对所述跟踪环路中的复合环路滤波器中的锁相环的环路滤波器和/或锁频环的环路滤波器进行调整，以调整锁频环在跟踪环路中的作用。
可选的，所述调整锁频环在跟踪环路中的作用包括：
确定所述跟踪环路以锁频环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，降低所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或增大所述锁相环在所述跟踪环路中的作用；
如果所述鉴频结果的绝对值不断增大，增大所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或降低所述锁相环在所述跟踪环路中的作用。
可选的，所述调整锁相环在跟踪环路中的作用包括：
确定所述跟踪环路以锁相环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，降低所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或增大所述锁相环在所述跟踪环路中的作用；
如果所述鉴频结果的绝对值不断增大，增大所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或降低所述锁相环在所述跟踪环路中的作用。
可选的，调整锁频环在跟踪环路中的作用包括：
确定所述跟踪环路以所述锁频环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，对所述锁频环的锁频结果采用不断减小的第一加权参数进行加权，和/或对所述锁相环的锁相结果采用不断增大的第二加权参数进行加权；
如果鉴频结果的绝对值不断增大，对锁频环的锁频结果采用不断增大的第一加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断减小的第二加权参数进行加权；
所述第一加权参数的取值范围为[1，2]；所述第二加权参数的取值范围为[0，1]。
可选的，调整锁相环在跟踪环路中的作用包括：
确定所述跟踪环路以锁相环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，对锁频环的所述锁频结果采用不断增大的第四加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断减小的第三加权参数进行加权；
如果所述鉴频结果的绝对值不断增大，对锁频环的所述锁频结果采用不断减小的第四加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断增大的第三加权参数进行加权。
所述第三加权参数的取值范围为[1，2]；所述第四加权参数的取值范围为[0，1]。
可选的，所述第一加权参数为：1+|sin(2πΔfT)|；
所述第二加权参数为：1-|sin(2πΔfT)|；
所述Δf为鉴频结果，Δf的取值范围包括到
可选的，所述第三加权参数为：1+|cos(2πΔfT)|；
所述第四加权参数为：1-|cos(2πΔfT)|；
所述Δf为鉴频结果，Δf的取值范围包括到
可选的，所述方法还包括：
根据所述积分结果计算跟踪环路的载噪比；
计算出的所述载噪比大于或等于28dB·Hz时，保持所述跟踪环路的积分时长不变；
计算出的所述载噪比小于28dB·Hz时，根据锁相环的稳定跟踪误差阈值确定锁相环的每一稳定跟踪误差相应的相干积分时长；
根据确定的每一锁相环的稳定跟踪误差相应的相干积分时长，调整跟踪环路的跟踪时长。
可选的，确定锁相环的每一稳定跟踪误差相应的相干积分时长包括：
根据可调节的相干积分时长的时长种类，设定与所述时长种类数值相同的量化级别；
按照设定的量化级别对小于或等于所述稳定跟踪误差阈值的区间进行非均匀量化；
将每一个所述非均匀量化的结果分别对应为锁相环的每一稳定跟踪误差相应的相干积分时长。
可选的，所述非均匀量化包括二阶等差数列原理的非均匀量化。
另一方面，本发明实施例还提供一种接收机跟踪装置，包括：确定单元、第一调整单元和第二调整单元；其中，
确定单元用于，确定跟踪环路以锁频环FLL或锁相环PLL为主；
第一调整单元用于，对锁频环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁频环在跟踪环路中的作用；
第二调整单元用于，对锁相环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁相环在跟踪环路中的作用。
可选的，所述确定单元具体用于，
计算载波跟踪电路中同相支路的积分结果中包含的同相信号能量和正交支路的积分结果中包含的正交信号能量；
确定所述同相信号能量与所述正交信号能量的能量比值；当所述能量比值大于或等于预设能量比时，确定所述跟踪环路以锁相环为主；当所述能量比值小于预设能量比时，确定所述跟踪环路以锁频环为主。
可选的，第一调整单元具体用于，对锁频环为主的跟踪环路，根据鉴频结果对所述跟踪环路中的复合环路滤波器中的锁频环的环路滤波器和/或锁相环的环路滤波器进行调整，以调整锁频环在跟踪环路中的作用；
第二调整单元用于，对锁相环为主的跟踪环路，根据鉴频结果对所述跟踪环路中的复合环路滤波器中的锁相环的环路滤波器和/或锁频环的环路滤波器进行调整，以调整锁频环在跟踪环路中的作用。
可选的，所述第一调整单元具体用于，
确定所述跟踪环路以锁频环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，降低所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或增大所述锁相环在所述跟踪环路中的作用；
如果所述鉴频结果的绝对值不断增大，增大所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或降低所述锁相环在所述跟踪环路中的作用。
可选的，所述第二调整单元具体用于，
确定所述跟踪环路以锁相环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，降低所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或增大所述锁相环在所述跟踪环路中的作用；
如果所述鉴频结果的绝对值不断增大，增大所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或降低所述锁相环在所述跟踪环路中的作用。
可选的，所述第一调整单元具体用于，
确定所述跟踪环路以所述锁频环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，对所述锁频环的锁频结果采用不断减小的第一加权参数进行加权，和/或对所述锁相环的锁相结果采用不断增大的第二加权参数进行加权；
如果鉴频结果的绝对值不断增大，对锁频环的锁频结果采用不断增大的第一加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断减小的第二加权参数进行加权；
所述第一加权参数的取值范围为[1，2]；所述第二加权参数的取值范围为[0，1]。
可选的，所述第二调整单元具体用于，
确定所述跟踪环路以锁相环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，对锁频环的所述锁频结果采用不断增大的第四加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断减小的第三加权参数进行加权；
如果所述鉴频结果不断增大，对锁频环的所述锁频结果采用不断减小的第四加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断增大的第三加权参数进行加权。
所述第三加权参数的取值范围为[1，2]；所述第四加权参数的取值范围为[0，1]。
可选的，所述接收机跟踪装置还包括时长调整单元，
时长调整单元用于，根据所述积分结果计算跟踪环路的载噪比；
计算出的所述载噪比大于或等于28分贝.赫兹dB·Hz时，保持所述跟踪环路的积分时长不变；计算出的所述载噪比小于28dB·Hz时，根据锁相环的稳定跟踪误差阈值确定锁相环的每一稳定跟踪误差相应的相干积分时长；
根据确定的每一锁相环的稳定跟踪误差相应的相干积分时长，调整跟踪环路的跟踪时长。
可选的，时长调整单元具体用于，
根据所述积分结果计算跟踪环路的载噪比；
计算出的所述载噪比大于或等于28dB·Hz时，保持所述跟踪环路的积分时长不变；计算出的所述载噪比小于28dB·Hz时，根据可调节的相干积分时长的时长种类，设定与所述时长种类数值相同的量化级别；按照设定的量化级别对小于或等于所述稳定跟踪误差阈值的区间进行非均匀量化；将每一个所述非均匀量化的结果分别对应为锁相环的每一稳定跟踪误差相应的相干积分时长；
根据确定的每一锁相环的稳定跟踪误差相应的相干积分时长，调整跟踪环路的跟踪时长。
与现有技术相比，本申请技术方案包括：确定跟踪环路以锁频环(FLL)或锁相环(PLL)为主；对锁频环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁频环在跟踪环路中的作用；对锁相环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁相环在跟踪环路中的作用。本发明实施例方法通过鉴频结果对锁频环或锁相环为主的跟踪环路进行调整，实现了跟踪环路动态性能和跟踪精度的同时满足，进一步的，通过载噪比进行了相干积分时长的确定，实现了相干积分时长的及时调整。
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相关技术中的接收机跟踪电路原理图；
图2为本发明实施例实现接收机跟踪的方法的流程图；
图3为本发明实施例非均匀量化的示意图；
图4为本发明实施例接收机跟踪装置的结构框图；
图5为发明实施例一阶环路滤波器的结构示意图；
图6为发明实施例二阶环路滤波器的结构示意图；
图7为发明实施例复合环路滤波器的结构示意图。
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。
图2为本发明实施例实现接收机跟踪的方法的流程图，如图2所示，包括：
步骤200、确定跟踪环路以锁频环(FLL)或锁相环(PLL)为主；
确定跟踪环路以锁频环为主时，执行步骤201；确定跟踪环路以锁相环为主时，执行步骤202；
需要说明的是，这里的积分结果为载波跟踪电路中，剥离载波后的混频结果进行适宜长度的积分后获得的结果；鉴频结果为载波跟踪电路的鉴别器的输出。
另外，本发明实施例方法中，鉴频结果可以用Δf表示，鉴相结果可以由Δθ表示；
可选的，确定跟踪环路以锁频环或锁相环为主包括：
计算载波跟踪电路中同相(I)支路的积分结果中包含的同相信号能量和正交(Q)支路的积分结果中包含的正交信号能量；
确定同相信号能量与正交信号能量的能量比值；当能量比值大于或等于预设能量比时，确定跟踪环路以锁相环为主；当能量比值小于预设能量比时，确定以锁频环为主。
需要说明的是，本发明实施例方法中，信号能量可以通过对积分结果取平方后计算获得；另外，预设能量比可以根据本领域技术人员的经验值进行确定，可以是从3～4中的取得的数值；本发明实施例方法，也可以通过计算同相信号能量与正交信号能量的和获得跟踪环路总能量，I(k)2为同相信号能量，Q(k)2为正交信号能量，将同相信号能量除以跟踪环路能量获得一个同相信号能量与跟踪环路总能量的比值，该比值按照预设能量比为3～4中取得的数值，可以确定相应的预设百分比为0.75～0.8中的数值。上述公式可以基于上述计算进行变形调整，例如、基于上述理论，采用计算公式(1)确定用于判决跟踪环路以锁相环或以锁频环为主的依据，
判决数值大小基于上述理论进行确定；
另外，本发明实施例方法，跟踪环路会随着环路不断地更新即时计算载噪比(C/N0)或信噪比(SNR)，获取当前时间内通道内的噪声能量大小，及时调整门限判决值；噪声越大时，预设百分比调小。
步骤201、对锁频环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁频环在跟踪环路中的作用；
可选的，根据鉴频结果调整锁频环在跟踪环路中的作用包括：
根据鉴频结果对所述跟踪环路中的复合环路滤波器中的锁频环的环路滤波器和/或锁相环的环路滤波器进行调整，以调整锁频环在跟踪环路中的作用；
可选的，调整锁频环在跟踪环路中的作用包括：
确定跟踪环路以锁频环为主时，
如果鉴频结果的绝对值不断减小，降低锁频环在跟踪环路中的作用，和/或增大锁相环在跟踪环路中的作用；
如果鉴频结果的绝对值不断增大，增大锁频环在跟踪环路中的作用，和/或降低锁相环在跟踪环路中的作用。
需要说明的是，这里鉴频结果的绝对值不断减小一般为鉴频结果逐渐趋近于0。
可选的，根据鉴频结果调整锁相环在跟踪环路中的作用包括：
根据鉴频结果对跟踪环路中的复合环路滤波器中的锁相环的环路滤波器和/或锁频环的环路滤波器进行调整，以调整锁频环在跟踪环路中的作用。
需要说明的是，当锁频环的环路滤波器为一阶环路滤波器时，锁相环的环路滤波器为二阶环路滤波器。
可选的，调整锁频环在跟踪环路中的作用包括：
确定跟踪环路以锁频环为主时，
如果鉴频结果的绝对值不断减小，对锁频环的锁频结果采用不断减小的第一加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断增大的第二加权参数进行加权；
如果鉴频结果的绝对值不断增大，对锁频环的锁频结果采用不断增大的第一加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断减小的第二加权参数进行加权；
第一加权参数的取值范围为1～2；第二加权参数的取值范围为0～1。
需要说明的是，第一加权参数随鉴频结果的绝对值的增大而增大，从而增加了锁频环在跟踪环路中的作用，随鉴频结果的绝对值的减小而减小，从而降低了锁频环在跟踪环路中的作用。第二加权参数随鉴频结果的绝对值的增大为减小，从而降低了锁相环在跟踪环路中的作用，随鉴频结果的绝对值的减小而增大，从而增加了锁相环在跟踪环路中的作用。第一加权参数可以用α1表示，第二加权参数可以用β1表示。
步骤202、对锁相环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁相环在跟踪环路中的作用。
可选的，调整锁相环在跟踪环路中的作用包括：
确定跟踪环路以锁相环为主时，
如果鉴频结果的绝对值不断减小，降低锁频环在跟踪环路中的作用，和/或增大锁相环在跟踪环路中的作用；
如果鉴频结果的绝对值不断增大，增大锁频环在跟踪环路中的作用，和/或降低锁相环在跟踪环路中的作用。
可选的，调整锁相环在跟踪环路中的作用包括：
确定跟踪环路以锁相环为主时，
如果鉴频结果的绝对值不断减小，对锁频环的锁频结果采用不断增大的第四加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断减小的第三加权参数进行加权；
如果鉴频结果的绝对值不断增大，对锁频环的锁频结果采用不断减小的第四加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断增大的第三加权参数进行加权。
第三加权参数的取值范围为1～2；第四加权参数的取值范围为0～1。
需要说明的是，第三加权参数随鉴频结果的绝对值的增大而减小，从而降低锁相环在跟踪环路中的作用，随鉴频结果的绝对值的减小而增大，从而增大了锁相环在跟踪环路中的作用；第四加权参数随鉴频结果的绝对值的增大而增大，从而增加了锁频环在跟踪环路中的作用，随鉴频结果的绝对值的减小而减小，从而降低了锁频环在跟踪环路中的作用。第三加权参数可以用α2表示，第二加权参数可以用β2表示。
可选的，本发明实施例方法中
第一加权参数为：1+|sin(2πΔfT)|；
第二加权参数为：1-|sin(2πΔfT)|；
Δf为鉴频结果，取值范围包括到
第三加权参数为：1+|cos(2πΔfT)|；
第四加权参数为：1-|cos(2πΔfT)|；
Δf为鉴频结果，取值范围包括到T为相干积分时长；
需要说明的是，第一加权参数、第二加权参数、第三加权参数和第四加权参数的增大和减小可以通过Δf的变化而进行调整。
本发明实施例方法还包括：
根据积分结果计算跟踪环路的载噪比；
计算出的载噪比大于或等于28分贝·赫兹(dB·Hz)时，保持跟踪环路的积分时长不变；
计算出的载噪比小于28dB·Hz时，根据锁相环的稳定跟踪误差阈值确定锁相环的每一稳定跟踪误差相应的相干积分时长；
根据确定的每一锁相环的稳定跟踪误差相应的相干积分时长，调整跟踪环路的跟踪时长。
需要说明的是，室外GPS接收信号的载噪比大致在35～55dB·Hz的范围，大于40dB·Hz的为强信号，小于28dB·Hz的为弱信号。当根据相干积分结果计算出的载噪比在28dB·Hz以上时，认为接收到的信号功率较强，保持初始设定的1ms相干积分时长。较短的积分长度可以保证跟踪环有很好的动态性能。当根据相干积分结果计算出的载噪比在28dB·Hz以下时，认为接收到的信号功率较弱。此时需要根据非均匀量化后的结果决定相干积分时长。另外，这里保持跟踪环路的积分时长不变包括，保持跟踪环路的积分时长等于1毫秒不变。
可选的，确定锁相环的每一稳定跟踪误差相应的相干积分时长包括：
根据可调节相干积分时长的时长种类，设定与时长种类数值相同的量化级别；
按照设定的量化级别对小于或等于稳定跟踪误差阈值的区间进行非均匀量化；
将每一个非均匀量化的结果分别对应为锁相环的每一稳定跟踪误差相应的相干积分时长。
需要说明的是，假设可调节的相干积分时长为1ms、2ms、4ms、5ms和10ms(可根据实际情况设置)，接收机处于弱信号且缓慢运动时，积分可以选择10ms相干积分时长，比初始相干积分时间增加10dB的信噪比；接收机处于强信号时，无论是高动态运动还是缓慢运动，积分部分选择1ms相干积分时间，保证跟踪环的有很好的动态性能；接收机处于弱信号且高动态环境中，积分时间选择2ms、4ms或5ms相干积分时长，根据当前的接收信号的强度增加一定的信噪比的同时保持动态性能。将鉴相器输出的结果进行非均匀量化，量化后的区间一一对应可调节的相干积分时长。三阶锁相环稳定跟踪后的误差值不超过15°，而鉴相器的输出绝对值的取值范围为0°～90°，将该部分作为非均匀量化的最大区间。
假设需要量化的输出值的绝对值为θ，以二级等差数列原理对该值进行不规则量化，量化的级别越高，量化区间越精细。以5级量化为例，将鉴相器的输出值量化。不规则量化的方案请见图3所示。
其中，θ为锁相环稳定跟踪误差阈值，加上积分时间内多普勒变化引起的相位变化量并取一定余度的值。
令θ-4b＝0,θ+4a＝15，则可得到
将量化的区间与可调节的相干积分时间的对应表示例如下：
表1
由表1可知，当跟踪环路稳定跟踪后，且鉴相器输出值的绝对值比较小时，环路调节到长时间的相干积分跟踪使弱信号增加信噪比；当鉴相输出值的绝对值较大时，环路调节到较短的相干积分长度，使环路具有高动态性，快速地将鉴相的相位差牵入到较小范围。
可选的，本发明实施例方法中，非均匀量化包括二阶等差数列原理的非均匀量化。
需要说明的是，二阶等差数列原理的非均匀量化只是非均匀量化的一种可选方式，其他非均匀量化方法也可以应用于本发明实施例。
本发明实施例方法通过鉴频结果对锁频环或锁相环为主的跟踪环路进行调整，实现了跟踪环路动态性能和跟踪精度的同时满足，进一步的，通过载噪比进行了相干积分时长的确定，实现了相干积分时长的及时调整。
图4为本发明实施例接收机跟踪装置的结构框图，如图4所示，包括：确定单元、第一调整单元和第二调整单元；其中，
确定单元用于，确定跟踪环路以锁频环(FLL)或锁相环(PLL)为主；
可选的，确定单元具体用于，
计算载波跟踪电路中同相支路的积分结果中包含的同相信号能量和正交支路的积分结果中包含的正交信号能量；
确定同相信号能量与正交信号能量的能量比值；当能量比值大于或等于预设能量比时，确定跟踪环路以锁相环为主；当能量比值小于预设能量比时，确定跟踪环路以锁频环为主。
第一调整单元用于，对锁频环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁频环在跟踪环路中的作用；
可选的，第一调整单元具体用于，对锁频环为主的跟踪环路，根据鉴频结果对所述跟踪环路中的复合环路滤波器中的锁频环的环路滤波器和/或锁相环的环路滤波器进行调整，以调整锁频环在跟踪环路中的作用。
需要说明的是，当锁频环的环路滤波器为一阶环路滤波器时，锁相环的环路滤波器为二阶环路滤波器。为了使本发明实施例接收机跟踪装置内容更为清楚，参见图5，一阶环路滤波器多用于二阶环路，比如本发明实施例的二阶锁频环。一阶环路滤波器的输入为鉴别器的鉴频结果；输出为滤波结果，其中系数p2可以设置为1.414；一阶滤波器的结构为本领域技术人员的公知常识，在此不做赘述。
可选的，第一调整单元具体用于，
确定跟踪环路以锁频环为主时，
如果鉴频结果的绝对值不断减小，降低锁频环在跟踪环路中的作用，和/或增大锁相环在跟踪环路中的作用；
如果鉴频结果的绝对值不断增大，增大锁频环在跟踪环路中的作用，和/或降低锁相环在跟踪环路中的作用。
可选的，第一调整单元具体用于，
确定跟踪环路以锁频环为主时，
如果鉴频结果的绝对值不断减小，对锁频环的锁频结果采用不断减小的第一加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断增大的第二加权参数进行加权；
如果鉴频结果的绝对值不断增大，对锁频环的锁频结果采用不断增大的第一加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断减小的第二加权参数进行加权；
第一加权参数的取值范围为1～2；第二加权参数的取值范围为0～1。
第二调整单元用于，对锁相环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁相环在跟踪环路中的作用。
可选的，第二调整单元用于，对锁相环为主的跟踪环路，根据鉴频结果对所述跟踪环路中的复合环路滤波器中的锁相环的环路滤波器和/或锁频环的环路滤波器进行调整，以调整锁频环在跟踪环路中的作用。
需要说明的是，当锁频环的环路滤波器为一阶环路滤波器时，锁相环的环路滤波器为二阶环路滤波器。为了使本发明实施例接收机跟踪装置内容更为清楚，参见图6，锁频环的环路滤波器为一阶环路滤波器时，锁相环的环路滤波器为二阶环路滤波器用于三阶锁相环，本发明实施例中二阶环路滤波器的输入为鉴相结果，输出为滤波结果。其中，p3＝1.1,q3＝2.4。二阶滤波器的结构为本领域技术人员的公知常识，在此不做赘述。
另外，以二阶锁频环和三阶锁相环构成的跟踪环路为例，复合环路滤波器用于锁频环与锁相环结合的复合环路中，参见图7，复合环路滤波器由一阶环路滤波器和二阶环路滤波器结合而成，鉴频结果经一阶环路滤波器进行滤波后发往二阶环路滤波器；复合环路滤波器中，二阶环路滤波器的输入为鉴相结果，一阶环路滤波器的输入为鉴频结果，经一阶环路滤波器处理过的鉴频结果进入二阶环路滤波器的第二阶。本发明实施例若不使用复合环路滤波器，采用两个单独的滤波器，鉴相结果和鉴频结果无法采用相同阶数的滤波器处理，因为鉴相结果需要采用比鉴频结果高一阶的滤波器处理。
上述环路滤波器仅是本发明实施例的示例，环路滤波器的形式多种多样，本领域技术人员可以选择其他种类的环路滤波器进行替换，不需要本领域技术人员进行创造性劳动。
可选的，第二调整单元具体用于，
确定跟踪环路以锁相环为主时，
如果鉴频结果的绝对值不断减小，降低锁频环在跟踪环路中的作用，和/或增大锁相环在跟踪环路中的作用；
如果鉴频结果的绝对值不断增大，增大锁频环在跟踪环路中的作用，和/或降低锁相环在跟踪环路中的作用。
可选的，第二调整单元具体用于，
确定跟踪环路以锁相环为主时，
如果鉴频结果的绝对值不断减小，对锁频环的锁频结果采用不断增大的第四加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断减小的第三加权参数进行加权；
如果鉴频结果的绝对值不断增大，对锁频环的锁频结果采用不断减小的第四加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断增大的第三加权参数进行加权。
第三加权参数的取值范围为1～2；第四加权参数的取值范围为0～1。
本发明实施例接收机跟踪装置还包括时长调整单元，
时长调整单元用于，根据积分结果计算跟踪环路的载噪比；
计算出的载噪比大于或等于28dB·Hz时，保持跟踪环路的积分时长不变；计算出的载噪比小于28dB·Hz时，根据锁相环的稳定跟踪误差阈值确定锁相环的每一稳定跟踪误差相应的相干积分时长；
根据确定的每一锁相环的稳定跟踪误差相应的相干积分时长，调整跟踪环路的跟踪时长。
可选的，时长调整单元具体用于，
根据积分结果计算跟踪环路的载噪比；
计算出的载噪比大于或等于28dB·Hz时，保持跟踪环路的积分时长不变；计算出的载噪比小于28dB·Hz时，根据可调节的相干积分时长的时长种类，设定与时长种类数值相同的量化级别；按照设定的量化级别对小于或等于稳定跟踪误差阈值的区间进行非均匀量化；将每一个非均匀量化的结果分别对应为锁相环的每一稳定跟踪误差相应的相干积分时长；
根据确定的每一锁相环的稳定跟踪误差相应的相干积分时长，调整跟踪环路的跟踪时长。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (21)
1.一种实现接收机跟踪的方法，其特征在于，包括：
确定跟踪环路以锁频环FLL或锁相环PLL为主；
对锁频环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁频环在跟踪环路中的作用；
对锁相环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁相环在跟踪环路中的作用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定跟踪环路以锁频环或锁相环为主包括：
计算载波跟踪电路中同相支路的积分结果中包含的同相信号能量和正交支路的积分结果中包含的正交信号能量；
确定所述同相信号能量与所述正交信号能量的能量比值；当所述能量比值大于或等于预设能量比时，确定所述跟踪环路以锁相环为主；当所述能量比值小于预设能量比时，确定所述跟踪环路以锁频环为主。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据鉴频结果调整锁频环在跟踪环路中的作用包括：
根据鉴频结果对所述跟踪环路中的复合环路滤波器中的锁频环的环路滤波器和/或锁相环的环路滤波器进行调整，以调整锁频环在跟踪环路中的作用；
所述根据鉴频结果调整锁相环在跟踪环路中的作用包括：
根据鉴频结果对所述跟踪环路中的复合环路滤波器中的锁相环的环路滤波器和/或锁频环的环路滤波器进行调整，以调整锁频环在跟踪环路中的作用。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述调整锁频环在跟踪环路中的作用包括：
确定所述跟踪环路以锁频环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，降低所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或增大所述锁相环在所述跟踪环路中的作用；
如果所述鉴频结果的绝对值不断增大，增大所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或降低所述锁相环在所述跟踪环路中的作用。
5.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述调整锁相环在跟踪环路中的作用包括：
确定所述跟踪环路以锁相环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，降低所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或增大所述锁相环在所述跟踪环路中的作用；
如果所述鉴频结果的绝对值不断增大，增大所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或降低所述锁相环在所述跟踪环路中的作用。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述调整锁频环在跟踪环路中的作用包括：
确定所述跟踪环路以所述锁频环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，对所述锁频环的锁频结果采用不断减小的第一加权参数进行加权，和/或对所述锁相环的锁相结果采用不断增大的第二加权参数进行加权；
如果鉴频结果的绝对值不断增大，对锁频环的锁频结果采用不断增大的第一加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断减小的第二加权参数进行加权；
所述第一加权参数的取值范围为[1，2]；所述第二加权参数的取值范围为[0，1]。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述调整锁相环在跟踪环路中的作用包括：
确定所述跟踪环路以锁相环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，对锁频环的所述锁频结果采用不断增大的第四加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断减小的第三加权参数进行加权；
如果所述鉴频结果的绝对值不断增大，对锁频环的所述锁频结果采用不断减小的第四加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断增大的第三加权参数进行加权；
所述第三加权参数的取值范围为[1，2]；所述第四加权参数的取值范围为[0，1]。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述第一加权参数为：1+|sin(2π△fT)|；
所述第二加权参数为：1-|sin(2π△fT)|；
所述△f为鉴频结果，△f的取值范围包括到
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述第三加权参数为：1+|cos(2πΔfT)|；
所述第四加权参数为：1-|cos(2πΔfT)|；
所述Δf为鉴频结果，Δf的取值范围包括到
10.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述积分结果计算跟踪环路的载噪比；
计算出的所述载噪比大于或等于28dB·Hz时，保持所述跟踪环路的积分时长不变；
计算出的所述载噪比小于28dB·Hz时，根据锁相环的稳定跟踪误差阈值确定锁相环的每一稳定跟踪误差相应的相干积分时长；
根据确定的每一锁相环的稳定跟踪误差相应的相干积分时长，调整跟踪环路的跟踪时长。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述确定锁相环的每一稳定跟踪误差相应的相干积分时长包括：
根据可调节的相干积分时长的时长种类，设定与所述时长种类数值相同的量化级别；
按照设定的量化级别对小于或等于所述稳定跟踪误差阈值的区间进行非均匀量化；
将每一个所述非均匀量化的结果分别对应为锁相环的每一稳定跟踪误差相应的相干积分时长。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述非均匀量化包括二阶等差数列原理的非均匀量化。
13.一种接收机跟踪装置，其特征在于，包括：确定单元、第一调整单元和第二调整单元；其中，
确定单元用于，确定跟踪环路以锁频环FLL或锁相环PLL为主；
第一调整单元用于，对锁频环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁频环在跟踪环路中的作用；
第二调整单元用于，对锁相环为主的跟踪环路，根据鉴频结果调整锁相环在跟踪环路中的作用。
14.根据权利要求13所述的接收机跟踪装置，其特征在于，所述确定单元具体用于，
计算载波跟踪电路中同相支路的积分结果中包含的同相信号能量和正交支路的积分结果中包含的正交信号能量；
确定所述同相信号能量与所述正交信号能量的能量比值；当所述能量比值大于或等于预设能量比时，确定所述跟踪环路以锁相环为主；当所述能量比值小于预设能量比时，确定所述跟踪环路以锁频环为主。
15.根据权利要求13所述的接收机跟踪装置，其特征在于，所述
第一调整单元具体用于，对锁频环为主的跟踪环路，根据鉴频结果对所述跟踪环路中的复合环路滤波器中的锁频环的环路滤波器和/或锁相环的环路滤波器进行调整，以调整锁频环在跟踪环路中的作用；
第二调整单元用于，对锁相环为主的跟踪环路，根据鉴频结果对所述跟踪环路中的复合环路滤波器中的锁相环的环路滤波器和/或锁频环的环路滤波器进行调整，以调整锁频环在跟踪环路中的作用。
16.根据权利要求13～15任一项所述的接收机跟踪装置，其特征在于，所述第一调整单元具体用于，
确定所述跟踪环路以锁频环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，降低所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或增大所述锁相环在所述跟踪环路中的作用；
如果所述鉴频结果的绝对值不断增大，增大所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或降低所述锁相环在所述跟踪环路中的作用。
17.根据权利要求13～15任一项所述的接收机跟踪装置，其特征在于，所述第二调整单元具体用于，
确定所述跟踪环路以锁相环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，降低所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或增大所述锁相环在所述跟踪环路中的作用；
如果所述鉴频结果的绝对值不断增大，增大所述锁频环在所述跟踪环路中的作用，和/或降低所述锁相环在所述跟踪环路中的作用。
18.根据权利要求16所述的接收机跟踪装置，其特征在于，所述第一调整单元具体用于，
确定所述跟踪环路以所述锁频环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，对所述锁频环的锁频结果采用不断减小的第一加权参数进行加权，和/或对所述锁相环的锁相结果采用不断增大的第二加权参数进行加权；
如果鉴频结果的绝对值不断增大，对锁频环的锁频结果采用不断增大的第一加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断减小的第二加权参数进行加权；
所述第一加权参数的取值范围为[1，2]；所述第二加权参数的取值范围为[0，1]。
19.根据权利要求17所述的接收机跟踪装置，其特征在于，所述第二调整单元具体用于，
确定所述跟踪环路以锁相环为主时，
如果所述鉴频结果的绝对值不断减小，对锁频环的所述锁频结果采用不断增大的第四加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断减小的第三加权参数进行加权；
如果所述鉴频结果不断增大，对锁频环的所述锁频结果采用不断减小的第四加权参数进行加权，和/或对锁相环的锁相结果采用不断增大的第三加权参数进行加权；
所述第三加权参数的取值范围为[1，2]；所述第四加权参数的取值范围为[0，1]。
20.根据权利要求13～15任一项所述的接收机跟踪装置，其特征在于，所述接收机跟踪装置还包括时长调整单元，
时长调整单元用于，根据所述积分结果计算跟踪环路的载噪比；
计算出的所述载噪比大于或等于28分贝.赫兹dB·Hz时，保持所述跟踪环路的积分时长不变；计算出的所述载噪比小于28dB·Hz时，根据锁相环的稳定跟踪误差阈值确定锁相环的每一稳定跟踪误差相应的相干积分时长；
根据确定的每一锁相环的稳定跟踪误差相应的相干积分时长，调整跟踪环路的跟踪时长。
21.根据权利要求20所述的接收机跟踪装置，其特征在于，所述时长调整单元具体用于，
根据所述积分结果计算跟踪环路的载噪比；
计算出的所述载噪比大于或等于28dB·Hz时，保持所述跟踪环路的积分时长不变；计算出的所述载噪比小于28dB·Hz时，根据可调节的相干积分时长的时长种类，设定与所述时长种类数值相同的量化级别；按照设定的量化级别对小于或等于所述稳定跟踪误差阈值的区间进行非均匀量化；将每一个所述非均匀量化的结果分别对应为锁相环的每一稳定跟踪误差相应的相干积分时长；
根据确定的每一锁相环的稳定跟踪误差相应的相干积分时长，调整跟踪环路的跟踪时长。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20171031 |