CN108873025B - Gnss卫星信号跟踪方法、载波跟踪环及接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开GNSS卫星信号跟踪方法、载波跟踪环及接收机。该方法包括如下步骤:对中频信号进行载波剥离、伪码剥离和积分处理以得到I支路积分结果和Q支路积分结果；获得导航电文，该获得的导航电文的长度小于导航电文的每一子帧的长度，采用获得的导航电文分别对I支路积分结果和Q支路积分结果进行导航电文数据位剥离处理以得到I支路剥离结果和Q支路剥离结果，所述获得的导航电文至少包括预测导航电文；分别对I支路剥离结果和Q支路剥离结果进行相干积分清零处理以得到I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果；对所述I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果进行鉴别处理以获得载波剥离采用的复制载波与中频信号的输入载波之间的差异；根据该差异调节所述复制载波。本发明能提高跟踪灵敏度，同时，资源占用少。

Description

GNSS卫星信号跟踪方法、载波跟踪环及接收机
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及GNSS卫星信号跟踪方法、载波跟踪环、跟踪模块、具有该载波跟踪环的OEM板卡和接收机。
背景技术
GNSS卫星信号的跟踪环路包括码跟踪环路(简称码环)和载波跟踪环路(简称载波环)，他们分别用来跟踪接收信号中的伪码和载波。码环通常表现为延迟锁定环路(DLL)，其结构类似于载波环，所不同的是码环的鉴别器的实现方式，鉴别器的实现方式在此不再赘述。
载波跟踪环包括相位锁定环路和频率锁定环路。图1所示的载波跟踪环是谢钢编著、电子工业出版社于2015年6月第5次印刷的《GPS原理与接收机设计》第284页所示的载波环。在该书的267页倒数第2段叙述了该载波环的工作原理，摘录如下：如果鉴别器通过检测其复制载波与输入载波之间的相位差异，然后再相应地调节复制载波的相位，使两者的相位保持一致，那么这种载波环的实现形式表现为相位锁定环路；如果载波环通过检测其复制载波与输入载波之间的频率差异，然后再相应地调节复制载波的频率，使两者的频率保持一致，那么这种载波环的实现形式称为频率锁定环路。
理论上，相干积分增益与相干积分时间长度成正比，因此，可以通过延长相干积分时间实现获得卫星信号跟踪的灵敏度的提高。然而相干积分时间的增加，受限于卫星信号中调制的导航电文带来的随机跳变。鉴于此，非常希望提供改善的信号跟踪方法及载波跟踪环，从而至少改善导航电文跳变限制相干积分时间延长的问题，提高灵敏度。
发明内容
首先，本发明针对导航电文跳变不能使得相干积分时间更长的问题提出了一种GNSS卫星信号跟踪方法和卫星信号跟踪环，该方法利用根据ICD文件定义的导航电文每一子帧前特定字的可预测性进行预测得到的预测导航电文对I支路积分结果和Q支路积分结果中的导航电文进行数据位剥离，特别是在剥离过程中，并不是该帧内的所有导航电文都参与数据剥离，然后，对剥离结果进行相干积分并对积分结果进行鉴别以调整复制载波，由此，解决了卫星(特别是采用500bps导航电文速率的卫星，如现有的北斗二代GEO卫星、星基增强系统(SBAS)卫星)播发的导航电文信息更多，导致导航电文存储及剥离困难的问题，也解决了导航电文跳变限制相干积分时间延长的问题，更进一步，通过采用预测导航电文的方式使得该方案在不依赖于存储导航电文存储的前提下实现相干积分时间的增加，从而实现跟踪灵敏度的改善；除此之外，由于该方案也不用存储导航电文导，所以，在确保跟踪灵敏度的情况下不占用资源。
其次，改进的技术方案可根据应用需求还可以存储部分导航电文，存储导航电文和/或预测导航电文的长度小于导航电文每一子帧的长度，仍然不是该子帧内所有的导航电文都参与数据剥离和相干积分，这样，利用预测导航电文与存储导航电文的结合，仍然可以实现相干积分时间的进一步增加从而获得跟踪灵敏度的进一步改善，或者实现环路更新周期的减小从而实现灵敏度和动态性能的改善，只是这种方式需要存储导航电文会占用的一定的系统资源。
为实现上述目的中的至少一个，本申请采用的技术方案如下：
按照本发明的一方面，提供一种GNSS卫星信号跟踪方法。该方法包括如下步骤：对中频信号进行载波剥离、伪码剥离和积分处理以得到I支路积分结果和Q支路积分结果；获得预测导航电文，该获得的导航电文的长度小于导航电文每一子帧的长度，采用获得的导航电文分别对I支路积分结果和Q支路积分结果进行导航电文数据位剥离处理以得到I支路剥离结果和Q支路剥离结果，所述获得的导航电文至少包括预测导航电文，该预测导航电文在卫星信号进入跟踪并完成子帧同步的情况下，根据每一子帧的帧头起始时刻及ICD文件对该子帧的导航电文进行预测而获得；分别对I支路剥离结果和Q支路剥离结果进行相干积分清零处理以得到I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果；对所述I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果进行鉴别处理以获得载波剥离采用的复制载波与中频信号的输入载波之间的差异；根据该差异调节所述复制载波。
按照本发明的另一方面，提供一种载波跟踪环，该跟踪环包括第一处理模块，导航电文提供模块、第二处理模块和鉴别器，其中，所述第一处理模块对中频信号进行载波剥离、伪码剥离和积分处理以得到I支路积分结果和Q支路积分结果；所述导航电文提供模块向所述第二处理模块提供导航电文，该导航电文至少包括预测导航电文且提供的导航电文的长度小于导航电文每一子帧的长度，该预测导航电文在卫星信号进入跟踪并完成子帧同步的情况下，根据每一子帧的帧头起始时刻及ICD文件对该子帧的导航电文进行预测而产生；所述第二处理模块获得导航电文、所述I支路积分结果和Q支路积分结果，采用该导航电文分别对I支路积分结果和Q支路积分结果进行导航电文数据位剥离处理以得到I支路剥离结果和Q支路剥离结果；还分别对I支路剥离结果和Q支路剥离结果进行相干积分清零处理以得到I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果；所述鉴别器对所述I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果进行鉴别处理以获得载波剥离采用的复制载波与中频信号的输入载波之间的差异；所述载波跟踪环还根据该差异调节所述复制载波的频率。
按照本发明的另一方面，本发明还提供一种跟踪模块，该跟踪模块包括前述任何一种载波跟踪环。至于载波跟踪环如何构成跟踪模块，可以采用现有技术，在此不再赘述。
按照本发明的另一方面，本发明还提供一种OEM板卡。该OEM板卡上集成有所述载波跟踪环。载波跟踪环如何集成在OEM板卡上也可以采用现有技术，不再赘述。
按照本发明的另一方面，本发明还提供一种接收机。该接收机具有上述任何一种载波跟踪环。
上述跟踪模块、OEM板卡和接收机也具有前述载波跟踪环的优点，在此不再赘述。
附图说明
图1是现有的载波跟踪环的原理框图；
图2是本发明的载波跟踪环第一实施方式的原理框图；
图3是采用图2所示的载波跟踪环实现跟踪的示意图；
图4是本发明载波跟踪环第二实施方式的原理框图；
图5示意出采用图4所示的载波跟踪环实现跟踪的第一种实施方式；
图6示意出采用图4所示的载波跟踪环实现跟踪的第二种实施方式。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
本发明的技术人员在研发GNSS信号的跟踪方法及载波跟踪环的过程中，发现导航电文的跳变限制了相干积分时间的延长，为了解决该技术问题，技术人员想用存储导航电文来剥离掉导航电文，但是，导航电文(速度较快的导航电文，特别是速率为500bps的导航电文)内容丰富，存储导航电文将会增加资源开销。为了至少解决上述一个问题，本发明利用根据导航电文每一子帧部分字的可预测性及ICD文件进行预测得到的预测导航电文对I支路积分结果和Q支路积分结果中的导航电文进行数据位剥离，特别是在剥离过程中，并不是该帧内的所有导航电文都参与数据剥离，然后，对剥离结果进行相干积分并对积分结果进行鉴别以调整复制载波，由此，解决了卫星信号(特别是500bps卫星信号)导航电文信息更多，导致导航电文存储及剥离困难的问题，而且，该方案在不依赖于存储导航电文存储的前提下实现相干积分时间的增加，从而实现跟踪灵敏度的改善；除此之外，由于该方案也不用存储导航电文导，所以，在确保跟踪灵敏度的情况下不占用资源。
另外，基于上述构思，改进的技术方案可根据应用需求还可以存储部分导航电文，存储导航电文和/或预测导航电文的长度小于导航电文每一子帧的长度，仍然不是该子帧内所有的导航电文都参与数据剥离和相干积分，这样，利用预测导航电文与存储导航电文的结合，仍然可以实现相干积分时间的进一步增加从而获得跟踪灵敏度的进一步改善，或者实现环路更新周期的减小从而实现灵敏度和动态性能的改善，只是这种方式需要存储导航电文会占用的一定的系统资源。
下面结合附图，以BDS GEO卫星为例，其采用500bps导航电文速率的卫星信号详细说明本发明如下：
请参阅图2并结合图1，本实施方式载波跟踪环包括载波NCO1、C/A码发生器2、第一处理模块3，导航电文提供模块4、第二处理模块5、鉴别器6和环路滤波器7。载波NCO 1产生复制载波。C/A码发生器2产生C/A码。载波NCO1、C/A码发生器2和第一处理模块3可以通过ASIC芯片实现。导航电文提供模块4、第二处理模块5、鉴别器6和环路滤波器7可以通过软件实现。所述第一处理模块3对中频信号进行载波剥离处理、伪码剥离处理和积分处理以得到I支路积分结果和Q支路积分结果，包括混频器31a/31b、相关器32a/32b和积分清零器33a/33b。对于如何利用复制载波对中频信号进行载波剥离、如何利用C/A码进行伪码剥离及如何进行积分以得到I支路积分结果和Q支路积分结果可以使用现有技术，这样的现有技术可以参见谢钢编著、电子工业出版社于2015年6月第5次印刷的《GPS原理与接收机设计》第11章载波环，其内容以全文引用的方式包含在本专利申请中，比如，第269页锁相环的工作原理、第281页至288页I/Q解调和相干积分，混频器32a/32b、相关器33a/33b和积分清零器33a/33b如其284页图11.10所示。
请继续参阅图2，所述导航电文提供模块4用于提供导航电文，导航电文的长度小于导航电文的每一子帧的长度。在本实施方式中，该导航电文是预测导航电文，通过如下方式获得：根据卫星信号ICD文件，子帧开始的前两个字包含preamble、子帧号、SOW等确定的信息或者根据子帧头对应的时刻可预测的信息(如子帧号、SOW等)，这样，在卫星信号完成捕获、牵引等必要的阶段进入跟踪并完成子帧同步后，即可对任意一个子帧实现前两个字的预测，该预测结果作为所述预测导航电文。在本实施方式中，所述导航电文提供模块4是导航电文产生器，根据前述方式产生所述预测导航电文，为了叙述方便，后续实施方式中将通过前述预测方式得到的导航电文称为预测导航电文。
请继续参阅图2，所述第二处理模块5获得预测导航电文、所述I支路积分结果和Q支路积分结果，采用该预测导航电文分别对I支路积分结果和Q支路积分结果进行导航电文数据位剥离处理以得到I支路剥离结果和Q支路剥离结果；还分别对I支路剥离结果和Q支路剥离结果进行相干积分清零处理以得到I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果，此外，第二处理模块5还根据环路更新周期产生环路更新指令。在本实施方式中，第二处理模块5包括控制模块51、I数据剥离模块52a、Q数据剥离模块52b、I相干积分清零器53a和Q相干积分清零器53b。所述控制模块51根据所述第一处理模块3输出的积分结果的数据电平的时刻从所述导航电文提供模块4获得导航电文，还产生所述环路更新指令，本领域技术人员可以理解，还可以通过其他方式获得导航电文和产生环路更新指令，不再赘述。将谢钢的《GPS原理与接收机设计》第286页相干积分部分的内容引用于此并结合图2说明该控制模块51、相应的I数据剥离模块52a和Q数据剥离模块52b的工作过程如下：首先，图2中所示I1p(n)和Q1p(n)就是该书第286页的图11.10(也就是本专利申请的图1)所示的Ip(n)和Qp(n)，由于本专利申请有两次积分，以数字1和2以区别这两次积分操作。I支路积分结果I1p(n)如下：
Figure BDA0001685201520000051
上式中，D(t)为数据电平，根据该数据电平的时刻t及环路更新周期，控制模块51将与与时刻t相同的预测导航电文传输给I数据剥离模块52a和Q数据剥离模块52b。所述I数据剥离模块52a将来自导航电文提供模块的导航电文与I支路积分结果进行相乘或者相加以进行导航电文数据位剥离处理以得到I支路剥离结果。所述Q数据剥离模块52b将来自导航电文提供模块的导航电文与Q支路积分结果进行相乘或者相加以进行导航电文数据位剥离处理以得到Q支路剥离结果，具体的，I数据剥离模块52a和Q数据剥离模块52b可以是乘法器也可以是加法器，因此，执行数据剥离有2种方式。方式一：I数据剥离模块52a和Q数据剥离模块52b是乘法器，此种情况下，如果数据电平有跳变，先将数据电平翻转，再将翻转后的结果与积分结果相乘，如果没有跳变，直接将导航电文与积分结果相乘；方式二：I数据剥离模块52a和Q数据剥离模块52b是加法器，如果数据电平有跳变，先将数据电平翻转，再将翻转后的结果与积分结果相加，如果数据电平没有跳变，则，直接相加。如何实现导航电文数据位剥离也可以采用现有技术，在此不再赘述。
请参阅图2和图3，所述I相干积分清零器53a对I支路剥离结果进行相干积分处理得到I支路相干积分结果。所述Q相干积分清零器53b对Q支路剥离结果进行相干积分处理得到Q支路相干积分结果。所述I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果被传输给鉴别器，以便获得复制载波和中频信号的输入载波的相位或者频率差异。根据控制模块51产生的环路更新指令更新环路后，该环路再根据所述差异调整载波NCO1的复制载波的频率。在本实施方式中，因为预测导航电文的长度小于导航电文每一个子帧的长度(如图3所示，导航电文的每一子帧包括10个字，长度为300比特，所述预测导航电文包括word0和word1这两个字，长度为60比特，小于一帧导航电文的长度)，这样，导致word2至word9不会被控制模块51传输给I数据剥离模块52a和Q数据剥离模块52b参与数据位剥离处理，更不会参与后续的相干积分处理，所以，所述环路更新周期大于相干积分时间，该相干积分时间是指对I支路剥离结果或者Q支路剥离结果进行积分的积分时间。如图3所示，针对500bps卫星信号，每一个子帧前两个字的时间为120ms，这样，通过导航电文预测，相干积分清零器53a/53b可实现120ms的相干积分。由于预测的是前两个字的导航电文，每一子帧的word2至word9不可用，导航电文每一子帧的周期是600ms，因此，可以将环路更新周期T设置为600ms，环路更新时刻与导航电文word1的边界对齐。
结合图3和图2简述本发明载波跟踪环的工作过程如下：只是为了叙述方便，将图3中最左侧对应的环路更新周期称之为第一个环路更新周期。在第一个环路更新周期，载波NCO1产生频率为f0复制载波。C/A码发生器2产生C/A码。第一处理模块3对中频信号进行载波剥离、C/A码剥离和积分处理得到I支路积分结果I1p(n)和和Q支路积分结果Q1p(n)。控制模块51将预测导航电文传输给I数据剥离模块52a和Q数据剥离模块52b。I数据剥离模块52a和Q数据剥离模块52b利用预测导航电文相应对I支路积分结果I1p(n)和和Q支路积分结果Q1p(n)进行数据位剥离处理以得到I支路剥离结果和Q支路剥离结果。I支路相干积分清零器53a和Q支路相干积分清零器53b相应对I支路剥离结果进行积分得到I支路相干积分结果I2p(n)和Q支路相干积分结果Q2p(n)，积分时间为120ms。I支路相干积分结果I2p(n)和Q支路相干积分结果Q2p(n)被输入给鉴别器6以便得到中频信号的输入载波与复制载波的频率差异或者相位差异。此外，还根据控制模块51产生的环路更新指令I1对载波跟踪环进行环路更新，在环路更新后，鉴别器的频率差异或者相位差异经过环路滤波器7处理后得到环路滤波结果。在环路滤波结果和载波NCO偏移量的控制下，载波NCO1输出频率为f1的复制载波。实际上，如何根据差异调整复制载波fc也可以采用现有技术，此处只是为了更为明确才叙述于此。
在第二个环路更新周期，图3中从左至右第二个60bit预测导航电文传输给I数据剥离模块52a和Q数据剥离模块52b进行处理以得到I支路剥离结果和Q支路剥离结果。I支路积分清零器53a和Q支路积分清零器53b相应对I支路剥离结果和Q支路剥离结果执行120ms的相干积分以获得I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果。鉴别器6根据该积分结果获得中频信号的输入载波与复制载波的频率差异或者相位差异。此种情况下，根据控制模块51产生的环路更新指令I2以更新载波跟踪环。环路更新后，根据前述差异控制载波NCO1产生频率为f2的复制载波。
第三环路更新周期等更新周期的执行过程可以参见第一更新周期的执行过程，不再赘述，只是此种情况下，根据控制模块51产生的环路更新指令I3以根据该指令更新环路，环路更新后，根据鉴别器6得到的差异控制载波NCO1输出复制载波。
综上所述，本发明第一实施方式至少具有如下优点：
1、上述方法中，通过导航电文产生器在卫星信号完成捕获、牵引等必要阶段进入跟踪并完成子帧同步后，根据ICD文件产生预测导航电文，然后将预测导航电文分别与I支路积分结果和Q支路积分结果进行导航电文剥离处理(特别的是，预测导航电文的长度小于导航电文每一子帧的长度，这样，并不是该子帧内所有的导航电文都参与数据位剥离、相干积分及鉴别器运算使得环路更新周期大于相干积分时间)，并分别对剥离结果进行相干积分清零处理处理得到I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果，对该积分结果进行鉴别以获得中频信号的输入载波与复制载波的频率差异或者相位差异，，这样，由于通过导航电文数据位剥离处理，第二次相干积分不受数据跳变的限制，解决了导航电文跳变限制相干积分时间延长的问题，还解决了500bps卫星信号跟踪过程中导航电文翻转周期短导致数据剥离及存储困难的问题，延长了相干积分时间，提高了接收灵敏度。
2、通过导航电文产生器产生预测导航电文，不用存储导航电文，由此，系统资源占用少，便于工程实现；另外，通过导航电文产生器产生预测导航电文的方式，不用借助外界系统实时解调出导航电文，具备普遍适用性，而且，相较于先猜后检测的方式，不用进行判决步骤，不存在较大的判决错误概率。
请参阅图4，在上述第一实施方式中，由于导航电文产生器4最多能预测每一子帧前两个字的导航电文，因此，第二处理模块5最多能实现120ms的相干积分，为了实现相干积分时间的进一步提高，从而获得灵敏度的进一步提高，本发明提供另一种结构的载波跟踪环，其思路是：导航电文产生器估计每一子帧的前两个字的导航电文(预测导航电文)，同时，根据导航电文的重复性，存储预设长度为N的导航电文，通过这种方式，第二处理模块5的相干积分时间能够从120ms增加为(120+N)ms。理论上讲，N值越大，灵敏度会越高，但存储导航电文会造成一定的系统资源开销。在实际使用中，N的取值要通过对系统资源开销和灵敏度的要求综合评估之后，采用一个折中的值。综上，该第二实施方式在优点上与第一实施方式的区别是：灵敏度相对较高，但占用资源相对多。
请参阅图4和图5并结合图2和图3，该第二实施方式与第一实施方式在结构上的区别在于：导航电文提供模块4包括导航电文产生器41和存储模块42。存储模块42用于存储导航电文。至于如何获得导航电文并存储该获得的导航电文可以采用现有技术，在此不再赘述。为了与导航电文产生器41产生的预测导航电文相区别，此处，将存储模块42里存储的导航电文称之为存储导航电文。存储导航电文是每一个子帧的一部分导航电文，与所述预测导航电文构成该子帧内的一段连续导航电文，即使这样，存储导航电文和预测导航电文的总长度仍然小于该子帧的长度，仍然使得环路更新周期大于相干积分周期，如图5所示，预测导航电文是每一子帧的前两个字的导航电文，长度为60bit，而存储导航电文的长度为Nbit，比如N＝60，此种情况下，预测导航电文和存储导航电文是该子帧内word0至word3的导航电文，总长度为120bit，小于该子帧的长度300bit。该实施方式中，环路更新周期T为600ms。环路更新时刻与存储导航电文的最后一个字的边界对齐，比如，预测导航电文是word0和word1，存储导航电文是word2和word3，则，环路更新时刻与word3的边界对齐。
请继续参阅图4和图5并结合图2和图3说明该第二实施方式的工作过程如下：在第一个环路更新周期内，控制模块51从导航电文发生器41获得预测导航电文。该预测导航电文分别与I支路积分结果和Q支路积分结果被I数据剥离模块52a和Q数据剥离模块52b进行导航电文数据位剥离操作以获得I支路剥离结果及Q支路剥离结果。I数据剥离结果和Q数据剥离结果被相应的I支路积分清零器53a和Q支路积分清零器53b进行积分清零操作。在导航电文产生器41的预测导航电文传输完成后，控制模块51根据时间将存储模块42里的存储导航电文传输给I支路剥离模块52a和Q支路剥离模块52b以相应得到I支路剥离结果和Q支路剥离结果。I支路积分清零器53a和Q支路积分清零器53b分别对相应的剥离结果进行积分操作，通过上述过程获得的I支路积分结果和Q支路积分结果被传输给鉴别器6。此外，控制模块51还根据环路更新周期T(T＝600ms)产生环路更新指令I1，以便根据该环路更新指令以对环路进行更新。在环路更新后，根据鉴别器6输出的中频信号的输入载波与复制载波的频率差异或者相位差异并结合载波NCO偏移量控制载波NCO1输出频率为f1的复制载波。
基于该第一环路更新周期的叙述，本领域技术人员可以理解：其他环路更新周期的工作过程与此相同，只是数据内容不一样，比如，在第二环路更新周期，产生环路更新指令I2，载波NCO1输出频率为f2的复制载波。在第三个环路更新周期，产生环路更新指令I3。
请参阅图4和图6并参考图5，在图5所示的实施方式中，环路更新周期T为600ms，为了在减小环路更新时间获得动态性能的改善，同时，灵敏度相对于现有技术有所提高，在该实施方式中，导航电文提供模块4提供的导航电文包括导航电文产生器41产生的预测导航电文和存储模块42提供的存储导航电文。所述存储导航电文是每一子帧的一部分导航电文，并与预测导航电文在该子帧内至少相差一个字，如图6所示，存储导航电文的起始时刻等于该子帧的第6个字W5的起始时刻，与预测导航电文相差3个字。在该实施方式中，无论是预测导航电文还是存储导航电文，其长度均小于每一子帧的长度，如图6所示，导航电文为word0和word1，存储导航电文包括word5和word6，其长度均为60bit，这样，也使得环路更新周期大于相干积分时间。
请继续参阅图4和图6并结合图5简要说明该第三实施方式的工作过程简述如下：在第一个环路更新周期，载波NCO1产生频率为f0的复制载波，第一处理模块3利用该复制载波和C/A码处理所述中频信号得到I支路积分结果和Q支路积分结果。导航电文产生器41产生预测导航电文。该预测导航电文被控制模块51传输给I数据剥离模块52a和Q数据剥离模块52b。经过第二处理模块5处理后获得I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果。该相干积分结果被鉴别器6处理以得到复制载波与中频信号的输入载波的频率差异或者相位差异，此外，控制模块51还根据环路更新周期产生环路更新指令I1以对环路进行更新，环路更新后，根据复制载波和中频信号的输入载波的相位差异或者频率差异及载波NCO偏移量控制载波NCO1输出频率为f1的复制载波。第一处理模块3利用频率为f1的复制载波和C/A码处理中频信号得到I支路积分结果和Q支路积分结果。存储模块42中的存储导航电文被控制模块51传输至第二处理模块5的I支路数据剥离模块52a和Q支路数据剥离模块52b。经过第二处理模块5的处理得到I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果。该相干积分结果被鉴别器6处理以得到复制载波与中频信号的输入载波的频率差异或者相位差异。此外，控制模块51还根据环路更新周期产生环路更新指令I2以对环路进行更新，更新后，根据复制载波和中频信号的输入载波的频率差异或者相位差异及载波NCO偏移量控制载波NCO1输出频率为f2的复制载波，其他环路更新周期与此类似，在此不再赘述。从上可以看出，整个过程来看，第二处理模块5根据环路更新周期交替获得预测导航电文和存储导航电文。
基于上述跟踪环路的技术构思及其具体实现过程，本领域技术人员可以得到一种GNSS卫星信号跟踪方法。该方法包括如下步骤：对中频信号进行载波剥离、伪码剥离和积分处理以得到I支路积分结果和Q支路积分结果；获得导航电文，该获得的导航电文的长度小于导航电文的每一子帧的长度，采用获得的导航电文分别对I支路积分结果和Q支路积分结果进行导航电文数据位剥离处理以得到I支路剥离结果和Q支路剥离结果，所述获得的导航电文至少包括预测导航电文，该预测导航电文在卫星信号进入跟踪并完成子帧同步的情况下，根据每一子帧的帧头起始时刻及ICD文件对该子帧的导航电文进行预测而获得；分别对I支路剥离结果和Q支路剥离结果进行相干积分清零处理以得到I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果；对所述I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果进行鉴别处理以获得载波剥离采用的复制载波与中频信号的输入载波之间的差异；根据该差异调节所述复制载波。
在一种方案中，所述获得的导航电文只包括预测导航电文；所述采用获得的导航电文分别对I支路积分结果和Q支路积分结果进行导航电文数据位剥离处理包括在任一个环路更新周期，将预测导航电文分别与I支路积分结果和Q支路积分结果相乘或相加而进行所述剥离处理。
在一种方案中，所述获得的导航电文包括预测导航电文和预设长度的存储导航电文，其中，所述存储导航电文是每一子帧的一部分导航电文，并与所述预测导航电文构成该子帧的一段连续导航电文；所述采用该导航电文分别对I支路积分结果和Q支路积分结果进行导航电文数据位剥离处理包括将在任一个环路更新周期，将预测导航电文和存储导航电文与I支路积分结果相乘或者相加以进行所述剥离处理，将预测导航电文和存储导航电文与Q支路积分结果相乘或者相加以进行所述剥离处理。
在一种方案中，所述获得的导航电文包括预测导航电文和预设长度的存储导航电文，其中，所述存储导航电文是每一子帧的一部分导航电文，并与预测导航电文在该子帧内至少相差一个字；所述采用该导航电文分别对I支路积分结果和Q支路积分结果进行导航电文数据位剥离处理包括在任意相邻的环路更新周期，所述预测导航电文和存储导航电文被交替的与相应的I支路积分结果和Q支路积分结果相乘或者相加以进行所述剥离处理。
在一种方案中，所述预测导航电文最多是每一子帧的前两个字的导航电文。
在一种方案中，所述对中频信号进行载波剥离、伪码剥离和积分处理以得到I支路积分结果和Q支路积分结果包括：利用复制载波对所述中频信号进行载波剥离处理以获得I支路载波剥离结果和Q支路载波剥离结果；利用复制C/A码对所述I支路载波剥离结果和Q支路载波剥离结果进行伪码剥离以得到I支路伪码剥离结果和Q支路伪码剥离结果；分别对I支路伪码剥离结果和Q支路伪码剥离结果进行积分清零处理以得到所述I支路积分结果和Q支路积分结果。
本发明还公开一种采用上述跟踪环路的跟踪模块、OEM板卡及接收机。跟踪环路如何构成跟踪模块、如何设置于OEM板卡及接收机，可以采用现有技术，不再赘述。

Claims (18)

1.GNSS卫星信号跟踪方法，其特征是，该方法包括如下步骤：
对中频信号进行载波剥离、伪码剥离和积分处理以得到I支路积分结果和Q支路积分结果；
获得导航电文，该获得的导航电文的长度小于导航电文的每一子帧的长度，采用获得的导航电文分别对I支路积分结果和Q支路积分结果进行导航电文数据位剥离处理以得到I支路剥离结果和Q支路剥离结果，所述获得的导航电文至少包括预测导航电文，该预测导航电文在卫星信号进入跟踪并完成子帧同步的情况下，根据每一子帧的帧头起始时刻及ICD文件对该子帧的导航电文进行预测而获得；
分别对I支路剥离结果和Q支路剥离结果进行相干积分清零处理以得到I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果；
对所述I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果进行鉴别处理以获得载波剥离采用的复制载波与中频信号的输入载波之间的差异；根据该差异调节所述复制载波；环路更新周期大于相干积分时间。
2.根据权利要求1所述的GNSS卫星信号跟踪方法，其特征是，所述获得的导航电文只包括预测导航电文；
所述采用获得的导航电文分别对I支路积分结果和Q支路积分结果进行导航电文数据位剥离处理包括在任一个环路更新周期，将预测导航电文分别与所述I支路积分结果和所述Q支路积分结果相乘或相加而进行所述剥离处理。
3.根据权利要求1所述的GNSS卫星信号跟踪方法，其特征是，所述获得的导航电文包括预测导航电文和预设长度的存储导航电文，其中，所述存储导航电文是每一子帧的一部分导航电文，并与所述预测导航电文构成该子帧的一段连续导航电文；
所述采用该导航电文分别对I支路积分结果和Q支路积分结果进行导航电文数据位剥离处理包括将在任一个环路更新周期，将预测导航电文和存储导航电文与所述I支路积分结果相乘或者相加以进行所述剥离处理，将预测导航电文和存储导航电文与所述Q支路积分结果相乘或者相加以进行所述剥离处理。
4.根据权利要求1所述的GNSS卫星信号跟踪方法，其特征是，所述获得的导航电文包括预测导航电文和预设长度的存储导航电文，其中，所述存储导航电文是每一子帧的一部分导航电文，并与预测导航电文在该子帧内至少相差一个字；
所述采用该导航电文分别对I支路积分结果和Q支路积分结果进行导航电文数据位剥离处理包括根据环路更新周期，所述预测导航电文和存储导航电文被交替的与相应的I支路积分结果和Q支路积分结果相乘或者相加以进行所述剥离处理。
5.根据权利要求2至4中任何一项所述的GNSS卫星信号跟踪方法，其特征是，所述预测导航电文最多是每一子帧的前两个字的导航电文。
6.根据权利要求2至4中任何一项所述的GNSS卫星信号跟踪方法，其特征是，所述GNSS卫星信号是北斗二代GEO卫星或者星基增强系统卫星中至少之一产生的导航电文速率为500bps的卫星信号。
7.根据权利要求1所述的GNSS卫星信号跟踪方法，其特征是，所述对中频信号进行载波剥离、伪码剥离和积分处理以得到I支路积分结果和Q支路积分结果包括：
利用复制载波对所述中频信号进行载波剥离处理以获得I支路载波剥离结果和Q支路载波剥离结果；
利用复制C/A码对所述I支路载波剥离结果和Q支路载波剥离结果进行伪码剥离以得到I支路伪码剥离结果和Q支路伪码剥离结果；
分别对I支路伪码剥离结果和Q支路伪码剥离结果进行积分清零处理以得到所述I支路积分结果和所述Q支路积分结果。
8.载波跟踪环，包括第一处理模块，导航电文提供模块、第二处理模块和鉴别器，其中，
所述第一处理模块对中频信号进行载波剥离、伪码剥离和积分处理以得到I支路积分结果和Q支路积分结果；
所述导航电文提供模块向所述第二处理模块提供导航电文，该导航电文至少包括预测导航电文且提供的导航电文的长度小于导航电文每一子帧的长度，该预测导航电文在卫星信号进入跟踪并完成子帧同步的情况下，根据每一子帧的帧头起始时刻及ICD文件对该子帧的导航电文进行预测而产生；
所述第二处理模块获得导航电文、所述I支路积分结果和所述Q支路积分结果，采用该导航电文分别对I支路积分结果和Q支路积分结果进行导航电文数据位剥离处理以得到I支路剥离结果和Q支路剥离结果；还分别对I支路剥离结果和Q支路剥离结果进行相干积分清零处理以得到I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果；
所述鉴别器对所述I支路相干积分结果和Q支路相干积分结果进行鉴别处理以获得载波剥离采用的复制载波与中频信号的输入载波之间的差异；所述载波跟踪环还根据该差异调节所述复制载波的频率；环路更新周期大于相干积分时间。
9.根据权利要求8所述的载波跟踪环，其特征是，所述获得的导航电文只包括预测导航电文。
10.根据权利要求8所述的载波跟踪环，其特征是，所述导航电文提供模块包括导航电文产生器和存储模块，其中，所述导航电文产生器产生所述预测导航电文；所述存储模块存储根据导航电文内容的重复性对导航电文进行预测而获得的导航电文，存储导航电文是每一子帧的一部分导航电文并与所述预测导航电文构成该子帧内一段连续导航电文，在一个环路更新周期内，第二处理模块先后获得预测导航电文和存储导航电文。
11.根据权利要求8所述的载波跟踪环，其特征是，所述导航电文提供模块包括导航电文产生器和存储模块，其中，所述导航电文产生器产生所述预测导航电文；所述存储模块存储根据导航电文内容的重复性对导航电文进行预测而获得的导航电文，存储导航电文是每一子帧的一部分导航电文，并与预测导航电文在该子帧内至少相差一个字，根据环路更新周期，预测导航电文和存储导航电文被控制模块交替提供给第二处理模块。
12.根据权利要求8至11中任何一项所述的载波跟踪环，其特征是，所述第二处理模块包括控制模块、I数据剥离模块、Q数据剥离模块、I相干积分清零器和Q相干积分清零器，其中，
所述控制模块从所述导航电文提供模块获得导航电文，并传输给I数据玻璃模块和Q数据剥离模块；
所述I数据剥离模块将来自导航电文提供模块的导航电文与所述I支路积分结果进行相乘或者相加以进行导航电文数据位剥离处理以得到I支路剥离结果；
所述Q数据剥离模块将来自导航电文提供模块的导航电文与所述Q支路积分结果进行相乘或者相加以进行导航电文数据位剥离处理以得到Q支路剥离结果；
所述I相干积分清零器对I支路剥离结果进行相干积分处理得到I支路相干积分结果，该I支路相干积分结果被传输给鉴别器；
所述Q相干积分清零器对Q支路剥离结果进行相干积分处理得到Q支路相干积分结果，该Q支路相干积分结果被传输给鉴别器。
13.根据权利要求8至11中任何一项所述的载波跟踪环，其特征是，所述载波跟踪环包括载波NCO、C/A码发生器和环路滤波器，所述第一处理模块包括I支路混频器、I支路相关器、I支路积分清零器、Q支路混频器、Q支路相关器和Q支路积分清零器，其中，
所述载波NCO产生复制载波；
所述C/A码发生器产生C/A码；
所述I支路混频器和Q支路混频器分别利用所述复制载波对所述中频信号进行载波剥离处理以获得I支路载波剥离结果和Q支路载波剥离结果；
所述I支路相关器和Q支路相关器分别利用所述C/A码相应对所述I支路载波剥离结果和Q支路载波剥离结果进行伪码剥离以得到I支路伪码剥离结果和Q支路伪码剥离结果；
所述I支路积分清零器和Q支路积分清零器分别相应对I支路伪码剥离结果和Q支路伪码剥离结果进行积分清零处理以得到所述I支路积分结果和Q支路积分结果；
所述环路滤波器对所述鉴别器的输出结果进行滤波得到环路滤波结果，该环路滤波结果与载波NCO偏移量加在一起的结果输入给所述载波NCO。
14.根据权利要求8至11中任何一项所述的载波跟踪环，其特征是，所述预测导航电文最多是每一子帧的前两个字的导航电文。
15.根据权利要求8至11中任何一项所述的载波跟踪环，其特征是，所述载波跟踪环用于跟踪北斗二代GEO卫星或者星基增强系统卫星中至少之一产生的导航电文速率为500bps的卫星信号。
16.跟踪模块，其特征是，包括权利要求8至15中任何1项所述的载波跟踪环。
17.OEM板卡，其特征是，包括权利要求8至15中任何1项所述的载波跟踪环。
18.接收机，其特征是，包括权利要求8至15中任何1项所述的载波跟踪环。
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