CN111308520A - 高动态低信噪比下卫星信号的跟踪环路、方法及接收机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高动态低信噪比下的卫星信号跟踪方法，包含步骤：S1、捕获卫星信号，提取信息馈入载波NCO、扩频码NCO；S2、根据卫星信号的载噪比判断跟踪是否成功，若成功进入S3，否则进入S1；S3、根据载波NCO、扩频码NCO的输出生成同相信号与正交信号；S4、相干累积同相信号、正交信号，生成三路同相累积信号和三路正交累积信号，同步同相累积信号，若成功进入S5；否则进入S6；S5、根据卫星类型改变对同相信号、正交信号的累积时长及累积方式；S6、计算得到载波NCO修正量、扩频码NCO修正量，更新载波NCO、扩频码NCO，调整载波NCO更新单元的环路带宽及增益，更新接收的卫星信号，进入S2。

Description

高动态低信噪比下卫星信号的跟踪环路、方法及接收机

技术领域

本发明涉及通信与导航技术领域，特别涉及高动态低信噪比下卫星信号的跟踪环路、方法及接收机。

背景技术

随着导航技术的应用场景的扩展，高动态、低信噪比的条件下也需要导航接收机提供稳定的定位服务，而定位的前提是提供稳定的跟踪环路。目前国内主流的导航接收机是基于GPS系统与北斗系统，考虑到目前的中美局势，GPS系统的可靠性得不到保证，因此，针对北斗系统的研究也变得越来越多。北斗系统内存在两种轨道卫星，即GEO卫星与MEO卫星。这两种卫星的数据速率不一致，因此需要分别处理。

对现有技术进行了国内外数据库检索，授权专利“一种低信噪比条件下卫星导航接收机的高动态适应方法”(201610774564.X)，公开于2017年，给出了利用锁相环鉴相值与信噪比作为阈值，进行锁相环与锁频环切换以适应高动态低信噪比的方法，该方法切换方式单一；授权专利“一种低信噪比高动态环境下载波同步的方法”(201410033203.0)，公开于2014年，给出了利用FFT与频率估计的方法以适应高动态低信噪比的方法，该方法涉及FFT，计算量大；授权专利“高动态卫星导航接收机环路跟踪器及其跟踪方法”(201610321833.7)，公开于2016年，给出了根据锁定指示，依据查找表对锁频环、锁相环及锁频环权值与锁相环权值进行更改的方法，该方法环路调整过于频繁，增加了环路切换时的失锁风险；授权专利“GPS信号跟踪方法、跟踪通道环路及其调整方法”(200910194747)，公开于2011年，给出了通过相干积累和非相干积累积算增加了积分时间，提高了信号处理增益以应用于弱信号条件下，该方法未对动态性能进行阐述。论文“一种高动态与低信噪比条件下的载波同步方法”，发表于2014年7月《电子设计工程》，论文中利用分段FFT辅助载波环提升性能，该方法涉及FFT，计算量大；论文“极低信噪比高动态信号的载波跟踪锁频环鉴别器”，发表于2009年3月《北京理工大学学报》，论文中阐述了FFT与点积叉积鉴频相结合的鉴频方式，该方法涉及FFT交互，计算复杂；论文“低信噪比高动态下基于卡尔曼滤波的码辅助载波同步算法”，发表于2017年10月《通信技术》，论文中利用卡尔曼滤波算法对载波跟踪进行辅助，卡尔曼滤波计算涉及矩阵运算的转置与取逆，资源消耗大。

发明内容

本发明的目的是提供一种高动态低信噪比下卫星信号的跟踪环路、方法及接收机，通过本发明仅需一次积分时长切换，一个环路带宽与增益切换门限，就可以实现低信噪比高动态环境下的稳定跟踪。

为了达到上述目的，本发明提供一种高动态低信噪比下的卫星信号跟踪环路，包含：

卫星信号捕获单元，用于捕获卫星信号，并判断卫星类型，获取卫星信号的载波多普勒、扩频码相位、扩频码多普勒；

载波NCO，信号连接所述卫星信号捕获单元，根据所述载波多普勒生成同相载波和正交载波，并正交下变频所述同相载波、正交载波生成第一同相信号、第一正交信号；

扩频码NCO，信号连接所述卫星信号捕获单元、载波NCO，根据所述扩频码相位、扩频码多普勒生成具有固定相位差的三路扩频码信号；并通过所述三路扩频码信号解扩所述第一同相信号、第一正交信号，生成第二同相信号、第二正交信号；

累积单元，其信号连接扩频码NCO，根据卫星类型按照设定的累积时长、累积方式，对所述第二同相信号、第二正交信号进行累积，生成三路同相累积信号、三路正交累积信号；

Bit同步单元，信号连接所述累积单元，根据所述三路同相累积信号、三路正交累积信号进行Bit位同步，并根据Bit位同步结果反馈累积单元更换累积时长和累积方式；

载波NCO更新单元，信号连接所述载波NCO、累积单元，根据当前时刻和上一时刻的三路同相累积信号、三路正交累积信号生成载波NCO修正量，通过所述载波NCO修正量更新载波NCO、调整载波NCO更新单元的环路带宽及增益；

扩频码NCO更新单元；信号连接所述载波NCO、累积单元，根据当前时刻的三路同相累积信号、三路正交累积信号生成扩频码NCO修正量，通过所述扩频码NCO修正量更新扩频码NCO。

所述载波NCO更新单元包含：依序连接的载波鉴相器、载波环；

载波鉴相器包含与累积单元连接的锁频环鉴频器和锁相环鉴相器，根据当前时刻和上一时刻的三路同相累积信号、三路正交累积信号生成锁频环鉴频结果与锁相环鉴相结果；

所述载波环还连接载波NCO，其根据所述锁频环鉴频结果与锁相环鉴相结果生成载波NCO修正量；通过载波NCO修正量更新载波NCO、载波多普勒；载波环根据载波多普勒的变化率更新自身带宽及增益。

所述扩频码NCO更新单元包含：依序连接的码环鉴相器、码环二阶锁相环；

所述码环鉴相器还信号连接累积单元，根据当前时刻的三路同相累积信号、三路正交累积信号生成码环鉴相结果；

所述码环二阶锁相环还连接扩频码NCO，根据所述码环鉴相结果、所述扩频码多普勒生成扩频码NCO的修正量；通过扩频码所述NCO的修正量更新扩频码NCO。

一种高动态低信噪比下的卫星信号跟踪方法，采用本发明所述的高动态低信噪比下的卫星信号跟踪环路实现的，包含步骤：

S1、根据捕获的卫星信号，获得卫星类型、载波多普勒f_d、扩频码相位、扩频码多普勒f_cd；设置标志位tb＝false；将所述载波多普勒f_d馈入载波NCO；将所述扩频码相位、扩频码多普勒f_cd馈入扩频码NCO；

S2、根据扩频码NCO、载波NCO的输出信号计算卫星信号的载噪比；若载噪比低于设定的门限时，判断跟踪失败，清空扩频码NCO、载波NCO，进入S1；否则进入S3；

S3、根据当前卫星信号、载波NCO、扩频码NCO的输出信号，生成解扩并下变频后的同相信号与正交信号；若tb＝false，进入S4；若tb＝true，进入S5；

S4、对所述同相信号、正交信号进行时长为t的相干累积，生成三路同相累积信号和三路正交累积信号；对所述同相累积信号进行BIT位同步；若同步成功，设置标志位tb＝true，进入S5；否则进入S6；

S5、若所述卫星号属于GEO卫星，对所述同相信号、正交信号依序进行时长为T₁的相干累积和时长为T₂的非相干累积，更新所述三路同相累积信号和三路正交累积信号；若所述卫星号属于MEO卫星，对所述解扩后的同相信号、正交信号进行时长为T₃的相干累积，更新三路同相累积信号和三路正交累积信号；其中T₁、T₂、T₃均大于t；

S6、根据当前时刻和上一时刻的三路同相累积信号、三路正交累积信号，通过载波NCO更新单元得到载波NCO修正量、通过扩频码NCO更新单元得到扩频码NCO修正量；根据所述载波NCO修正量、扩频码NCO修正量更新载波NCO、扩频码NCO；通过载波NCO修正量更新载波多普勒f_d，并调整载波NCO更新单元的环路带宽及增益；更新接收的卫星信号，进入S2。

步骤S32所述根据当前卫星信号、载波NCO、扩频码NCO生成解扩并下变频后的同相信号与正交信号，具体包含：

S31、将载波多普勒f_d馈入载波NCO，载波NCO输出同相载波、正交载波；通过所述同相载波、正交载波对所述卫星信号进行正交下变频，获得下变频后的同相信号与正交信号；

S32、将所述扩频码相位、扩频码多普勒f_cd馈入扩频码NCO，扩频码NCO输出具有固定相位差的三路扩频码信号，所述三路扩频码信号分别为超前路扩频码CA_E、即时路扩频码CA_P、滞后路扩频码CA_L；

S33、通过所述三路扩频码信号解扩所述下变频后的同相信号与正交信号，生成解扩并下变频后的同相信号与正交信号。

步骤S4具体包含：

S41、对所述同相信号、正交信号进行时长为t的相干累积，生成三路同相累积信号和三路正交累积信号；所述三路同相累积信号分别为超前路同相累积信号、即时路同相累积信号、滞后路同相累积信号；所述三路正交累积信号分别为超前路正交累积信号、即时路正交累积信号、滞后路正交累积信号；

S42、根据卫星类型选取同步时长，按所述同步时长对即时路同相累积信号进行BIT位同步；

S43、若同步成功，设置标志位tb＝true，进入S5；否则进入S6。

步骤S6中具体包含：

S61、将当前时刻和上一时刻的所述即时路同相累积信号、所述即时路正交累积信号输入锁频环鉴频器和锁相环鉴频器，得到锁频环鉴频结果和锁相环鉴相结果；

S62、将所述锁频环鉴频结果和锁相环鉴相结果输入载波环，得到载波NCO修正量并馈入载波NCO；

S63、根据所述载波NCO修正量更新载波多普勒f_d，；

S64、计算载波多普勒变化率f_d′，根据f_d′调整载波环的环路带宽及增益。

步骤S6中还包含：

S65、将当前时刻的超前路同相累积信号、滞后路同相累积信号、超前路正交累积信号、滞后路正交累积信号送入码环鉴相器，得到码环鉴相结果；

S66、将所述码环鉴相结果输入码环二阶锁相环；根据码环二阶锁相环的输出与扩频码多普勒f_cd得到扩频码NCO修正量；将所述扩频码NCO修正量馈入扩频码NCO；

S67、更新接收的卫星信号，进入S2。

优选的，t＝1ms，T₁＝2ms，T₂＝10ms，T₃＝10ms。

本发明还揭示了一种高动态低信噪比下的卫星接收机，本发明所述的高动态低信噪比下的卫星信号跟踪环路。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明原理简单、运算量低，保证载波NCO修正量、扩频NCO修正量达到需要的量级。本发明中通过改变积分时长解决了对弱信号的跟踪，通过调整载波环的环路带宽及增益，保证了高动态条件下，有效跟踪到卫星信号。本发明能够在低信噪比高动态环境中稳定工作，对北斗系统的GEO卫星与MEO卫星有很好的跟踪效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明的高动态低信噪比下的卫星信号跟踪环路结构示意图；

图2、图3为本发明的高动态低信噪比下的卫星信号跟踪方法流程示意图；

图中：1、卫星信号捕获单元；2、载波NCO；3、扩频码NCO；4、累积单元；5、Bit同步单元；6、载波NCO更新单元；61、载波鉴相器；62、载波环；7、扩频码NCO更新单元；71、码环鉴相器；72、码环二阶锁相环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种高动态低信噪比下的卫星信号跟踪环路，如图1、图2所示，包含：卫星信号捕获单元1，载波NCO.2(numerically controlled oscillator数字控制振荡器)，扩频码NCO.3，累积单元4，Bit同步单元5，载波NCO更新单元6，扩频码NCO更新单元7。

所述卫星信号捕获单元1用于捕获卫星信号(现有技术)，从卫星信号中提取出卫星号，根据卫星号判断卫星类型。具体的，卫星号1～5为GEO(geostationary earth orbit地球同步轨道)卫星，GEO卫星的数据速率是500Hz，1BIT时长为2ms；卫星号大于5为MEO(Medium Earth Orbit中地球轨道)卫星，MEO卫星的数据速率是50Hz，1BIT时长为20ms；从捕获的卫星信号中获取载波多普勒f_d、扩频码相位、扩频码多普勒f_cd。

所述载波NCO.2信号连接所述卫星信号捕获单元1，根据所述载波多普勒生成同相载波和正交载波，并正交下变频所述同相载波、正交载波生成第一同相信号、第一正交信号。

所述扩频码NCO.3信号连接所述卫星信号捕获单元1、载波NCO.2，根据所述扩频码相位、扩频码多普勒生成具有固定相位差的三路扩频码信号；并通过所述三路扩频码信号解扩所述第一同相信号、第一正交信号，生成第二同相信号、第二正交信号。

所述累积单元4信号连接扩频码NCO.3，根据卫星类型按照设定的累积时长、累积方式，对所述第二同相信号、第二正交信号进行累积，生成三路同相累积信号、三路正交累积信号。

所述Bit同步单元5信号连接所述累积单元4，根据所述三路同相累积信号、三路正交累积信号进行Bit位同步，并根据Bit位同步结果反馈累积单元4更换累积时长和累积方式。

所述载波NCO更新单元6包含：依序连接的载波鉴相器61、载波环62。

载波鉴相器61包含与累积单元4连接的锁频环鉴频器和锁相环鉴相器，根据当前时刻和上一时刻的三路同相累积信号、三路正交累积信号生成锁频环鉴频结果与锁相环鉴相结果。

所述载波环62还连接载波NCO.2，其根据所述锁频环鉴频结果与锁相环鉴相结果生成载波NCO修正量；通过载波NCO修正量更新载波NCO.2、载波多普勒；载波环62根据载波多普勒的变化率更新自身带宽及增益。在本发明的实施例中，所述载波环62为二阶锁频环辅助的三阶锁相环。

所述扩频码NCO更新单元7包含：依序连接的码环鉴相器71、码环二阶锁相环72。

所述码环鉴相器71还信号连接累积单元4，根据当前时刻的三路同相累积信号、三路正交累积信号生成码环鉴相结果。

所述码环二阶锁相环72还连接扩频码NCO.3，根据所述码环鉴相结果、所述扩频码多普勒生成扩频码NCO.3的修正量；通过扩频码所述NCO的修正量更新扩频码NCO.3。

一种高动态低信噪比下的卫星信号跟踪方法，采用本发明所述的高动态低信噪比下的卫星信号跟踪环路实现的，如图2、图3所示，包含步骤：

S1、根据捕获的卫星信号，获得卫星类型、载波多普勒f_d、扩频码相位，计算得到扩频码多普勒

其中f为载波频率，f_c为扩频码频率(均已知)；将所述载波多普勒f_d馈入载波NCO.2；将所述扩频码相位、扩频码多普勒f_cd馈入扩频码NCO.3；实际中，北斗信号的扩频码速率较高，扩频码多普勒f_cd的影响不能忽略不计，否则将会导致码环二阶锁相环72失锁；设置标志位tb＝false；

S2、根据扩频码NCO.3、载波NCO.2的输出信号计算卫星信号的载噪比；若载噪比低于设定的门限时，判断跟踪失败，清空扩频码NCO.3、载波NCO.2，进入S1；否则进入S3；

S3、根据当前卫星信号、载波NCO.2、扩频码NCO.3的输出信号，生成解扩并下变频后的同相信号与正交信号，具体包含：

S31、将载波多普勒f_d馈入载波NCO.2，载波NCO.2输出同相载波、正交载波；通过所述同相载波、正交载波对所述卫星信号进行正交下变频，获得下变频后的同相信号与正交信号；

S32、将所述扩频码相位、扩频码多普勒f_cd馈入扩频码NCO.3，扩频码NCO输出码相位各自差距0.5码片的三路扩频码信号，分别为超前路扩频码CA_E、即时路扩频码CA_P、滞后路扩频码CA_L；

S33、通过所述三路扩频码信号解扩所述下变频后的同相信号与正交信号，生成解扩并下变频后的同相信号与正交信号。

若tb＝false，进入S4；若tb＝true，进入S5；

S4、对所述同相信号、正交信号进行时长为t的相干累积，生成三路同相累积信号和三路正交累积信号；

步骤S4具体包含：

S41、对所述同相信号、正交信号进行时长为t的相干累积，生成三路同相累积信号和三路正交累积信号；优选的，在本发明的实施例中t＝1ms，所述三路同相累积信号分别为超前路同相累积信号I_E1ms(n)、即时路同相累积信号I_P1ms(n)、滞后路同相累积信号I_L1ms(n)；所述三路正交累积信号分别为超前路正交累积信号Q_E1ms(n)、即时路正交累积信号Q_P1ms(n)、滞后路正交累积信号Q_L1ms(n)；其中n表示当前时间；本发明的实施例中，

S42、根据卫星类型选取同步时长，按所述同步时长对即时路同相累积信号I_P1ms(n)进行BIT位同步(现有技术)；

S43、若同步成功，设置标志位tb＝true，进入S5；否则进入S6。

S5、若所述卫星号属于GEO卫星，对所述同相信号、正交信号依序进行时长为T₁的相干累积和时长为T₂的非相干累积，更新所述三路同相累积信号和三路正交累积信号；若所述卫星号属于MEO卫星，对所述解扩后的同相信号、正交信号进行时长为T₃的相干累积，更新三路同相累积信号和三路正交累积信号；其中T₁、T₂、T₃均大于t。在本发明的实施例中，优选的，T₁＝2ms，T₂＝10ms，T₃＝10ms。

长累积时长的跟踪环路在弱信号时有更稳定的性能。在本发明的实施例中，如果正在跟踪的信号为GEO卫星，找到GEO的2msBIT跳变沿，就可以将GEO跟踪环路从1ms的短累积时长的跟踪环路切换到10ms的长累积时长的跟踪环路。由于GEO的BIT周期为2ms，因此GEO的10ms累积需要先进行2ms相干累积，获得2ms同相累积信号I_E2ms(n)、I_P2ms(n)、I_L2ms(n)和正交累积信号Q_E2ms(n)、Q_P2ms(n)、Q_L2ms(n)。再将5个2ms相干累积结果进行非相干累积，然后才能得到GEO的10ms的同相累积信号I_E10ms(n)、I_P10ms(n)、I_L10ms(n)，正交累积信号Q_E10ms(n)、Q_P10ms(n)、Q_L10ms(n)。

若找到MEO的20msBIT跳变沿就可以将MEO跟踪环路从1ms的短累积时长的跟踪环路切换到10ms的长累积时长的跟踪环路。由于MEO的BIT周期为20ms，对于MEO只需要直接进行10ms的相干累积即可，获得同相累积信号I_E10ms(n)、I_P10ms(n)、I_L10ms(n)和正交累积信号Q_E10ms(n)、Q_P10ms(n)、Q_L10ms(n)。

缓存同相累积信号I_E10ms(n-1)、I_P10ms(n-1)、I_L10ms(n-1)和正交累积信号Q_E10ms(n-1)、Q_P10ms(n-1)、Q_L10ms(n-1)。

S6、根据当前时刻和上一时刻的三路同相累积信号、三路正交累积信号，通过载波NCO更新单元6得到载波NCO修正量、通过扩频码NCO更新单元7得到扩频码NCO修正量；根据所述载波NCO修正量、扩频码NCO修正量更新载波NCO.2、扩频码NCO.3；通过载波NCO修正量更新载波多普勒f_d，并调整载波NCO更新单元6的环路带宽及增益；更新接收的卫星信号，进入S2。

步骤S6具体包含：

S61、将当前时刻和上一时刻的所述即时路同相累积信号、所述即时路正交累积信号输入锁频环鉴频器和锁相环鉴频器，得到锁频环鉴频结果和锁相环鉴相结果；

锁频环鉴频器采用数据跳变敏感的鉴频方式，锁相环鉴相器采用反正切鉴相方式。

以1ms短相干累积时间下，得到锁频环鉴频结果和锁相环鉴相结果为例：当前时刻和上一时刻的即时路同相累积信号分别为I_P1ms(n)、I_P1ms(n-1)，当前时刻和上一时刻的即时路正交累积信号分别为Q_P1ms(n)、Q_P1ms(n-1)；将I_P1ms(n)、I_P1ms(n-1)、Q_P1ms(n-1)、Q_P1ms(n)送入锁频环鉴频器，I_P1ms(n)、Q_P1ms(n)送入锁相环鉴相器，得到锁频环鉴频结果与锁相环鉴相结果。

P_dot＝I_P1ms(n-1)I_P1ms(n)+Q_P1ms(n-1)Q_P1ms(n) (1)

P_cross＝I_P1ms(n-1)Q_P1ms(n)-Q_P1ms(n-1)I_P1ms(n) (2)

公式(1)至公式(4)中，P_dot与P_cross为锁频环鉴频的中间变量，ω(n)为锁频环的鉴频结果；φ(n)为锁相环的鉴相结果。

S62、将所述锁频环鉴频结果和锁相环鉴相结果输入载波环62，得到载波NCO修正量并馈入载波NCO.2；本发明的实施例中载波环62采用二阶锁频环辅助三阶锁相环，该结构为本领域内人员熟知，锁频环的特点在于频率牵引速度快可以应对高动态情况，但是相位精度差，影响后续数据解算；锁相环的特点在于相位精度高，但是动态条件下容易超出牵引范围，导致失锁。因此，锁频环与锁相环的结合可以达到更优的跟踪性能；

S63、根据所述载波NCO修正量更新载波多普勒f_d；

S64、计算载波多普勒变化率f_d′，根据f_d′调整载波环62的环路带宽及增益。

由于第一次进入跟踪时，载波多普勒变化率f_d′未知，此时二阶锁频环与三阶锁相环的带宽与增益采用默认值，后续跟踪中，在获得载波多普勒变化率f_d′后，根据载波多普勒变化率f_d′的值，对二阶锁频环与三阶锁相环的带宽与增益进行调整，当多普勒变换率超出门限时，将载波环62的环路带宽翻倍，增益翻至4倍，当多普勒变换率低于门限时，将载波环62的环路带宽还原，增益还原。

S65、将当前时刻的超前路同相累积信号、滞后路同相累积信号、超前路正交累积信号、滞后路正交累积信号送入码环鉴相器71，得到码环鉴相结果；在本发明的实施例中，码环鉴相采用非相干超前减滞后幅值法(现有技术)。

以1ms短相干累积时间下，计算码环鉴相结果为例：

将同相累积信号I_E1ms(n)、I_L1ms(n)和正交累积信号Q_E1ms(n)、Q_L1ms(n)同时送入码环鉴相器71，得到码环鉴相结果。

公式(5)中，δ(n)为码环鉴相结果；

S66、由于码环对动态不敏感，因此，采用二阶锁相环就可以实现码环的稳定工作，将所述码环鉴相结果输入码环二阶锁相环72；根据码环二阶锁相环72的输出与扩频码多普勒f_cd得到扩频码NCO修正量(现有技术)；将所述扩频码NCO修正量馈入扩频码NCO.3；

S67、更新接收的卫星信号，进入S2。

本发明还揭示了一种高动态低信噪比下的卫星接收机，包含本发明所述的高动态低信噪比下的卫星信号跟踪环路。

本发明中通过改变积分时长解决了对弱信号的跟踪；通过调整载波环62的环路带宽及增益，保证了高动态条件下，有效跟踪到卫星信号。本发明能够在低信噪比高动态环境中稳定工作，对北斗系统的GEO卫星与MEO卫星有很好的跟踪效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高动态低信噪比下的卫星信号跟踪环路，其特征在于，包含：

卫星信号捕获单元，用于捕获卫星信号，并判断卫星类型，获取卫星信号的载波多普勒、扩频码相位、扩频码多普勒；

载波NCO，信号连接所述卫星信号捕获单元，根据所述载波多普勒生成同相载波和正交载波，并正交下变频所述同相载波、正交载波生成第一同相信号、第一正交信号；

扩频码NCO，信号连接所述卫星信号捕获单元、载波NCO，根据所述扩频码相位、扩频码多普勒生成具有固定相位差的三路扩频码信号；并通过所述三路扩频码信号解扩所述第一同相信号、第一正交信号，生成第二同相信号、第二正交信号；

累积单元，其信号连接扩频码NCO，根据卫星类型按照设定的累积时长、累积方式，对所述第二同相信号、第二正交信号进行累积，生成三路同相累积信号、三路正交累积信号；

Bit同步单元，信号连接所述累积单元，根据所述三路同相累积信号、三路正交累积信号进行Bit位同步，并根据Bit位同步结果反馈累积单元更换累积时长和累积方式；

载波NCO更新单元，信号连接所述载波NCO、累积单元，根据当前时刻和上一时刻的三路同相累积信号、三路正交累积信号生成载波NCO修正量，通过所述载波NCO修正量更新载波NCO、调整载波NCO更新单元的环路带宽及增益；

扩频码NCO更新单元；信号连接所述载波NCO、累积单元，根据当前时刻的三路同相累积信号、三路正交累积信号生成扩频码NCO修正量，通过所述扩频码NCO修正量更新扩频码NCO。

2.如权利要求1所述的高动态低信噪比下的卫星信号跟踪环路，其特征在于，所述载波NCO更新单元包含：依序连接的载波鉴相器、载波环；

载波鉴相器包含与累积单元连接的锁频环鉴频器和锁相环鉴相器，根据当前时刻和上一时刻的三路同相累积信号、三路正交累积信号生成锁频环鉴频结果与锁相环鉴相结果；

所述载波环还连接载波NCO，其根据所述锁频环鉴频结果与锁相环鉴相结果生成载波NCO修正量；通过载波NCO修正量更新载波NCO、载波多普勒；载波环根据载波多普勒的变化率更新自身带宽及增益。

3.如权利要求1所述的高动态低信噪比下的卫星信号跟踪环路，其特征在于，所述扩频码NCO更新单元包含：依序连接的码环鉴相器、码环二阶锁相环；

所述码环鉴相器还信号连接累积单元，根据当前时刻的三路同相累积信号、三路正交累积信号生成码环鉴相结果；

所述码环二阶锁相环还连接扩频码NCO，根据所述码环鉴相结果、所述扩频码多普勒生成扩频码NCO的修正量；通过扩频码所述NCO的修正量更新扩频码NCO。

4.一种高动态低信噪比下的卫星信号跟踪方法，采用如权利要求1～3任一所述的高动态低信噪比下的卫星信号跟踪环路实现的，其特征在于，包含步骤：

S1、根据捕获的卫星信号，获得卫星类型、载波多普勒f_d、扩频码相位、扩频码多普勒f_cd；设置标志位tb＝false；将所述载波多普勒f_d馈入载波NCO；将所述扩频码相位、扩频码多普勒f_cd馈入扩频码NCO；

S2、根据扩频码NCO、载波NCO的输出信号计算卫星信号的载噪比；若载噪比低于设定的门限时，判断跟踪失败，清空扩频码NCO、载波NCO，进入S1；否则进入S3；

S3、根据当前卫星信号、载波NCO、扩频码NCO的输出信号，生成解扩并下变频后的同相信号与正交信号；若tb＝false，进入S4；若tb＝true，进入S5；

S4、对所述同相信号、正交信号进行时长为t的相干累积，生成三路同相累积信号和三路正交累积信号；对所述同相累积信号进行BIT位同步；若同步成功，设置标志位tb＝true，进入S5；否则进入S6；

S5、若所述卫星号属于GEO卫星，对所述同相信号、正交信号依序进行时长为T₁的相干累积和时长为T₂的非相干累积，更新所述三路同相累积信号和三路正交累积信号；若所述卫星号属于MEO卫星，对所述解扩后的同相信号、正交信号进行时长为T₃的相干累积，更新三路同相累积信号和三路正交累积信号；其中T₁、T₂、T₃均大于t；

S6、根据当前时刻和上一时刻的三路同相累积信号、三路正交累积信号，通过载波NCO更新单元得到载波NCO修正量、通过扩频码NCO更新单元得到扩频码NCO修正量；根据所述载波NCO修正量、扩频码NCO修正量更新载波NCO、扩频码NCO；通过载波NCO修正量更新载波多普勒f_d，并调整载波NCO更新单元的环路带宽及增益；更新接收的卫星信号，进入S2。

5.如权利要求4所述的高动态低信噪比下的卫星信号跟踪方法，其特征在于，步骤S32所述根据当前卫星信号、载波NCO、扩频码NCO生成解扩并下变频后的同相信号与正交信号，具体包含：

S31、将载波多普勒f_d馈入载波NCO，载波NCO输出同相载波、正交载波；通过所述同相载波、正交载波对所述卫星信号进行正交下变频，获得下变频后的同相信号与正交信号；

S32、将所述扩频码相位、扩频码多普勒f_cd馈入扩频码NCO，扩频码NCO输出具有固定相位差的三路扩频码信号，所述三路扩频码信号分别为超前路扩频码CA_E、即时路扩频码CA_P、滞后路扩频码CA_L；

S33、通过所述三路扩频码信号解扩所述下变频后的同相信号与正交信号，生成解扩并下变频后的同相信号与正交信号。

6.如权利要求5所述的高动态低信噪比下的卫星信号跟踪方法，其特征在于，步骤S4具体包含：

S41、对所述同相信号、正交信号进行时长为t的相干累积，生成三路同相累积信号和三路正交累积信号；所述三路同相累积信号分别为超前路同相累积信号、即时路同相累积信号、滞后路同相累积信号；所述三路正交累积信号分别为超前路正交累积信号、即时路正交累积信号、滞后路正交累积信号；

S42、根据卫星类型选取同步时长，按所述同步时长对即时路同相累积信号进行BIT位同步；

S43、若同步成功，设置标志位tb＝true，进入S5；否则进入S6。

7.如权利要求6所述的高动态低信噪比下的卫星信号跟踪方法，其特征在于，步骤S6中具体包含：

S61、将当前时刻和上一时刻的所述即时路同相累积信号、所述即时路正交累积信号输入锁频环鉴频器和锁相环鉴频器，得到锁频环鉴频结果和锁相环鉴相结果；

S62、将所述锁频环鉴频结果和锁相环鉴相结果输入载波环，得到载波NCO修正量并馈入载波NCO；

S63、根据所述载波NCO修正量更新载波多普勒f_d，；

S64、计算载波多普勒变化率f′_d，根据f′_d调整载波环的环路带宽及增益。

8.如权利要求7所述的高动态低信噪比下的卫星信号跟踪方法，其特征在于，步骤S6中还包含：

S65、将当前时刻的超前路同相累积信号、滞后路同相累积信号、超前路正交累积信号、滞后路正交累积信号送入码环鉴相器，得到码环鉴相结果；

S66、将所述码环鉴相结果输入码环二阶锁相环；根据码环二阶锁相环的输出与扩频码多普勒f_cd得到扩频码NCO修正量；将所述扩频码NCO修正量馈入扩频码NCO；

S67、更新接收的卫星信号，进入S2。

9.如权利要求4所述的高动态低信噪比下的卫星信号跟踪方法，其特征在于，t＝1ms，T₁＝2ms，T₂＝10ms，T₃＝10ms。

10.一种高动态低信噪比下的卫星接收机，其特征在于，包含如权利要求1至3任一所述的高动态低信噪比下的卫星信号跟踪环路。

Images