CN112083452A - 卫星导航接收机的环路跟踪系统及方法 - Google Patents

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CN112083452A CN202010888948.0A CN202010888948A CN112083452A CN 112083452 A CN112083452 A CN 112083452A CN 202010888948 A CN202010888948 A CN 202010888948A CN 112083452 A CN112083452 A CN 112083452A
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Abstract

本发明涉及导航技术领域，提供一种卫星导航接收机的环路跟踪系统及方法，包括：信号采样模块，获取导航卫星的下变频信号，并将下变频信号进行模数转换输出数字中频信号；相干积分模块，根据本地载波、本地伪码对数字中频信号的I路和Q路均进行相干积分；码环鉴别模块，根据相干积分的信号进行滤波鉴相并修正码数字振荡器的频率字；载波鉴别模块，获取航天器的动态参数和信噪比，根据动态参数、信噪比和相干积分的信号进行载波鉴相，并修正载波数字振荡器的频率字，使本地载波实时跟踪导航卫星。本发明能够接收到弱卫星信号，兼顾航天器的高动态，解决了强弱卫星信号共存造成的远近效应问题，在近远地轨道均能持续的卫星跟踪。

Description

卫星导航接收机的环路跟踪系统及方法
技术领域
本发明涉及导航技术领域，尤其涉及一种卫星导航接收机的环路跟踪系统及方法。
背景技术
随着高轨卫星需求的逐年增加以及深空探测的发展，我国对导航定位技术提出了更高的要求，由于卫星导航具有定位精度高、无累积误差等优点，成为航天器导航的有效手段。但对于“嫦娥”等高轨飞行器，飞行轨道距离导航卫星远，卫星信号弱且容易受到地球的遮挡，同时高轨飞行器在飞行过程的速度快，因此为实现GNSS(Global NavigationSatellite System，全球卫星导航系统)定位以及对导航卫星的漏导航信号及旁瓣信号的接受，需要提高接收机的灵敏度。
但在航天器高动态条件下，接收到的卫星载波频率和相位有大幅度的变动，另外在高轨道条件下，不同导航卫星到接收机的距离差别大，造成强弱卫星信号共存，将会引起高轨接收机的远近效应问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种卫星导航接收机的环路跟踪系统及方法。
本发明实施例的第一方面提供了一种卫星导航接收机的环路跟踪系统，包括：信号采样模块、相干积分模块、码环鉴别模块和载波鉴别模块；
所述信号采样模块用于获取导航卫星的下变频信号，并将所述下变频信号进行模数转换输出数字中频信号；
所述相干积分模块用于获取本地载波和本地伪码，并根据本地载波和本地伪码对所述数字中频信号的I/Q路均进行相干积分，相干积分后的信号输出给所述码环鉴别模块和所述载波鉴别模块；
所述码环鉴别模块用于对所述相干积分后的信号进行滤波鉴相得到码相位误差信号，所述码相位误差信号用于修正码数字振荡器的频率字；
所述载波鉴别模块用于获取航天器的动态参数和所述下变频信号的信噪比，根据所述动态参数、所述信噪比和所述相干积分后的信号进行载波鉴相得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正载波数字振荡器的频率字，使所述本地载波实时跟踪所述导航卫星。
进一步地，所述码环鉴别模块包括：码环鉴别器和码环滤波器；
所述码环鉴别器用于对所述相干积分后的信号进行码环鉴相；
所述码环滤波器用于对码环鉴相后的信号进行滤波得到码相位误差信号，所述码相位误差信号用于修正码数字振荡器的频率字。
进一步地，在修正码数字振荡器的频率字之后，所述相干积分模块还用于：
获取频率字修正后的所述码数字振荡器的第二伪码，根据所述本地载波和所述第二伪码对所述数字中频信号的Q路进行相干积分，相干积分后的信号输出给所述码环鉴别模块和所述载波鉴别模块。
进一步地，所述载波鉴别模块包括：载波环鉴别器、自适应控制模块、二阶环路滤波器和三阶环路滤波器；
所述载波环鉴别器用于对所述相干积分后的信号进行载波鉴相；
所述自适应控制模块用于获取航天器的动态参数、信噪比和所述载波环鉴别器的初始相干积分时间，根据所述动态参数、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽；
所述二阶环路滤波器用于在所述环路阶数为二阶时，根据所述环路带宽对载波鉴相后的信号进行滤波得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正数字振荡器的频率字；
所述三阶环路滤波器用于在所述环路阶数为三阶时，根据所述环路带宽对载波鉴相后的信号进行滤波得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正数字振荡器的频率字。
进一步地，所述航天器的动态参数包括：所述航天器的高度、所述航天器的加速度和所述航天器的加加速度；
所述自适应控制模块具体用于：
在所述航天器的高度低于第一高度阈值时，所述相干积分时间确定为第一时间，环路带宽确定为第一频率；
在所述航天器的高度大于第二高度阈值时，所述相干积分时间确定为第二时间，环路带宽确定为第二频率；
在所述航天器的高度在所述第一高度阈值和所述第二高度阈值之间时，根据所述航天器的加速度、所述航天器的加加速度、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽；
其中，所述第一时间小于所述第二时间，所述第一频率大于所述第二频率。
进一步地，所述自适应控制模块具体用于：
在所述航天器的高度在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，且所述航天器的加速度小于第一加速度阈值，以及所述航天器的加加速度小于第一加加速度阈值时，所述环路阶数确定为二阶环路，并通过
Figure BDA0002656349420000031
确定二阶环路带宽BL2；其中，C/N0为所述信噪比，T为所述初始相干积分时间，
a为所述航天器的加速度；
在所述航天器的高度在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，且所述航天器的加速度小于第一加速度阈值，以及所述航天器的加加速度大于第一加加速度阈值时，所述环路阶数确定为三阶环路，并通过
Figure BDA0002656349420000032
确定三阶环路带宽BL3；其中，C/N0为所述信噪比，T为所述初始相干积分时间，
b为所述航天器的加加速度。
本发明实施例的第二方面提供了一种卫星导航接收机的环路跟踪方法，包括：
通过信号采样模块获取导航卫星的下变频信号，将所述下变频信号进行模数转换输出数字中频信号；
获取本地载波和本地伪码，并根据本地载波和本地伪码对所述数字中频信号的I/Q路均进行相干积分；
对所述相干积分后的信号进行滤波鉴相得到码相位误差信号，所述码相位误差信号用于修正码数字振荡器的频率字；
获取航天器的动态参数和所述下变频信号的信噪比，根据所述动态参数、所述信噪比和所述相干积分后的信号进行载波鉴相得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正载波数字振荡器的频率字，使所述本地载波实时跟踪所述导航卫星。
进一步地，所述获取航天器的动态参数和所述下变频信号的信噪比，根据所述动态参数、所述信噪比和所述相干积分后的信号进行载波鉴相得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正载波数字振荡器的频率字，使所述本地载波实时跟踪所述导航卫星，包括：
获取航天器的动态参数、所述下变频信号的信噪比和所述载波环鉴别器的初始相干积分时间；
根据所述动态参数、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽；
根据所述环路阶数和所述环路带宽对载波鉴相后的信号进行滤波得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正数字振荡器的频率字，使所述本地载波实时跟踪所述导航卫星。
进一步地，所述航天器的动态参数包括：所述航天器的高度、所述航天器的加速度和所述航天器的加加速度；
所述根据所述动态参数、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽，包括：
在所述航天器的高度低于第一高度阈值时，所述相干积分时间确定为第一时间，环路带宽确定为第一频率；
在所述航天器的高度大于第二高度阈值时，所述相干积分时间确定为第二时间，环路带宽确定为第二频率；
在所述航天器的高度在所述第一高度阈值和所述第二高度阈值之间时，根据所述航天器的加速度、所述航天器的加加速度、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽；
其中，所述第一时间小于所述第二时间，所述第一频率大于所述第二频率。
进一步地，所述在所述航天器的高度在所述第一高度阈值和所述第二高度阈值之间时，根据所述航天器的加速度、所述航天器的加加速度、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽，包括：
在所述航天器的高度在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，且所述航天器的加速度小于第一加速度阈值，以及所述航天器的加加速度小于第一加加速度阈值时，所述环路阶数确定为二阶环路，并通过
Figure BDA0002656349420000051
确定二阶环路带宽BL2；其中，C/N0为所述信噪比，T为所述初始相干积分时间，a为所述航天器的加速度；
在所述航天器的高度在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，且所述航天器的加速度小于第一加速度阈值，以及所述航天器的加加速度大于第一加加速度阈值时，所述环路阶数确定为三阶环路，并通过
Figure BDA0002656349420000052
确定三阶环路带宽BL3；其中，C/N0为所述信噪比，T为所述初始相干积分时间，b为所述航天器的加加速度。
本发明实施例的卫星导航接收机的环路跟踪系统及方法与现有技术相比存在的有益效果是：
通过信号采样模块获取导航卫星的下变频信号，并将下变频信号进行模数转换输出数字中频信号，然后相干积分模块根据本地载波、本地伪码对数字中频信号的I路和Q路均进行相干积分，码环鉴别模块根据相干积分的信号进行滤波和鉴相并修正码数字振荡器的频率字，使得本系统能够接收到弱卫星信号，可避免强弱卫星信号共存造成的远近效应问题；最后载波鉴别模块获取航天器的动态参数和信噪比，根据动态参数、信噪比和相干积分的信号进行载波鉴相得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正载波数字振荡器的频率字，使本地载波实时跟踪导航卫星，兼顾了航天器的高动态，在近远地轨道均能持续的卫星跟踪。
附图说明
图1是本发明实施例提供的卫星导航接收机的环路跟踪系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种卫星导航接收机的环路跟踪系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的卫星定位的示意图；
图4是本发明实施例提供的一种卫星导航接收机的环路跟踪方法的实现流程示意图；
图5是图4中的步骤S404的具体实现流程示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参见图1，为本实施例提供的卫星导航接收机的环路跟踪系统的结构示意图，一种飞行高度在20000km以上的航天器用卫星导航接收机的环路跟踪系统，可以应用于“嫦娥”飞行器或空天飞机等深空探测器的卫星导航定位，可实现航天器在地球轨道及地月转移轨道上的高精度定位，适用于高轨航天器的北斗或GPS(Global Positioning System，全球定位系统)卫星导航接收机终端设备等。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。
所述卫星导航接收机的环路跟踪系统主要包括：信号采样模块100、相干积分模块200、码环鉴别模块300和载波鉴别模块400。
信号采样模块100用于获取导航卫星的下变频信号，并将下变频信号进行模数转换输出数字中频信号。相干积分模块200用于获取本地载波和本地伪码，并根据本地载波和本地伪码对数字中频信号的I/Q路均进行相干积分，相干积分后的信号输出给码环鉴别模块300和载波鉴别模块400。码环鉴别模块300用于对相干积分后的信号进行滤波鉴相得到码相位误差信号，所述码相位误差信号用于修正码数字振荡器的频率字。载波鉴别模块400用于获取航天器的动态参数和下变频信号的信噪比，根据动态参数、信噪比和相干积分后的信号进行载波鉴相得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正载波数字振荡器的频率字，使本地载波实时跟踪导航卫星。
为实现卫星导航接收机的高灵敏度，需要采用长的相干积分时间并采用较小的环路带宽。但在航天器高动态条件下，接收到的卫星载波频率和相位有大幅度的变动，需要有较大的环路带宽能容忍高动态引起的载波频率和相位的波动。这两者是卫星导航接收机在跟踪环路设计时一个需要协调的矛盾。另外，在高轨道条件下不同导航卫星到接收机的距离差别大，造成强弱卫星信号共存，高轨高灵敏度接收机将引起远近效应。为调和卫星导航接收机的高灵敏度与高动态之间的矛盾，并解决强弱卫星信号并存时的远近效应问题，本发明对卫星跟踪环路带宽进行优化设计。
本实施例的高轨航天器的卫星导航接收机的环路跟踪系统，高轨航天器飞行过程动态大并且导航卫星信号弱，设计了载波鉴别模块400，即卫星跟踪环路，根据航天器的动态参数及卫星信号的信噪比调整载波环阶数及环路带宽参数，既保证能够接收到弱卫星信号又兼顾了航天器的高动态，并能够抑制强弱卫星信号共存造成的远近效应，既能保证卫星导航接收机的灵敏度又能适应大动态环境，适用于北斗、GPS等多种卫星导航系统的接收机终端，具有较强的实用性。
本实施例对信号采样模块100和相干积分模块200的具体结构不进行限定。参见如2，相干积分模块200可以包括多个调制器、两个积分器以及两个清零器等，积分器和清零器用于积分清零，还可以包括sin映射单元和cos映射单元等等。
进一步地，参见图2，本实施例的码环鉴别模块300可以包括：码环鉴别器和码环滤波器。码环鉴别器的输入端与相干积分模块200的输出端连接，码环鉴别器的输出端与码环滤波器的输入端连接，码环滤波器的输出端与码NCO(Numerically ControlledOscillator，数字振荡器)的输入端连接。
码环鉴别器用于对所述相干积分后的信号进行码环鉴相；码环滤波器用于对码环鉴相后的信号进行滤波得到码相位误差信号，所述码相位误差信号用于修正码数字振荡器的频率字。
可选的，在修正码数字振荡器的频率字之后，相干积分模块200还可以用于：
获取频率字修正后的所述码数字振荡器的第二伪码，根据所述本地载波和所述第二伪码对所述数字中频信号的Q路进行相干积分，相干积分后的信号输出给所述码环鉴别模块300和所述载波鉴别模块400，即对修正后的相干积分后的信号再进行码环鉴相和载波鉴相，使得本实施例的环路跟踪系统更加精准。
本实施例针对高轨航天器的飞行高度跨度大，近地过程卫星信号强，远离地球时信号异常弱，并且存在大动态的特殊应用环境问题，本实施例采用自适应调节卫星跟踪环路的积分时间、环路阶数与带宽的方法，实现了高轨航天器飞行全程稳定的卫星导航定位。
具体的，参见图2，本实施例的载波鉴别模块400包括：载波环鉴别器、自适应控制模块、二阶环路滤波器和三阶环路滤波器；载波环鉴别器的输入端与相干积分模块200的输出端连接，载波环鉴别器的输出端与自适应控制模块的输入端连接，自适应控制模块的输出端与二阶环路滤波器的输入端和三阶环路滤波器的输入端均连接，二阶环路滤波器的输出端和三阶环路滤波器的输出端均与载波NCO的输入端连接。
载波环鉴别器用于对所述相干积分后的信号进行载波鉴相；自适应控制模块用于获取航天器的动态参数、信噪比和所述载波环鉴别器的初始相干积分时间，根据所述动态参数、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽；二阶环路滤波器用于在所述环路阶数为二阶时，根据所述环路带宽对载波鉴相后的信号进行滤波得到载波相位误差信号，载波相位误差信号用于修正数字振荡器的频率字；三阶环路滤波器用于在所述环路阶数为三阶时，根据所述环路带宽对载波鉴相后的信号进行滤波得到载波相位误差信号，载波相位误差信号用于修正数字振荡器的频率字。
本实施例的卫星导航信号采用同相-正交环路实现对伪码和载波的跟踪。导航卫星的下变频信号经模数采样变为数字中频信号，数字中频信号、本地载波和本地伪码的I、Q两路相乘后经过相干积分，分别送入码环(码环鉴别模块300)以及载波环(载波鉴别模块400)进行相位鉴别。
码环部分，采用延迟锁定环路实现鉴相与跟踪。具体的，数字中频信号和本地载波I、Q两路相乘，然后经积分清除后送入码环鉴别器得到码相位误差信号，码相位误差信号经过码环滤波器后用于修正码NCO的频率字。其中，滤波后的码相位误差信号，得到的是所述本地伪码和卫星码的相位偏差，码NCO通过数字形式产生本地伪码的频率字。可选的，用码相位误差信号修正码NCO的频率字的方法，可以是直接加减操作，例如，已知GPS卫星信号共1023个码相位，当前码NCO的频率字的码相位为X，当得到的本地伪码和卫星码的相位偏差为1时，就修正码NCO的频率字为X+1。
载波环部分，相干积分后的两路信号即时累加，累加后的结果送入载波环鉴别器进行载波鉴相，自适应控制模块根据获取的高轨航天器的动态参数以及输入信号的信噪比，选择合适的载波环路阶数与环路滤波器参数(环路带宽)，对载波鉴相后的信号进行滤波得到载波相位误差信，用于修正载波NCO的频率字，使本地载波实时跟踪卫星载波频率的动态变化。
可选的，本实施例的航天器的动态参数可以包括但不限定于以下参数：所述航天器的高度、所述航天器的速度、所述航天器的加速度和所述航天器的加加速度。
进一步地，自适应控制模块具体用于：
在所述航天器的高度低于第一高度阈值时，所述相干积分时间确定为第一时间，环路带宽确定为第一频率。
在所述航天器的高度大于第二高度阈值时，所述相干积分时间确定为第二时间，环路带宽确定为第二频率。
在所述航天器的高度在所述第一高度阈值和所述第二高度阈值之间时，根据所述航天器的加速度、所述航天器的加加速度、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽。其中，所述第一时间小于所述第二时间，所述第一频率大于所述第二频率。
示例性的，如图3，在航天器的飞行高度低于300km时，卫星信号强度强，相干积分时间采用1ms，环路带宽采用10Hz；航天器的飞行高度大于3000km时，卫星信号较弱，相干积分时间采用20ms，环路带宽采用1Hz；当飞行高度在300km～3000km之间时，通过自适应控制模块自动调节环路带宽，即通过信噪比、加速度和加加速度值确定环路阶数与环路带宽保证信号的稳定跟踪。
进一步地，本实施例的自适应控制模块具体用于：
在所述航天器的高度在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，且所述航天器的加速度小于第一加速度阈值，以及所述航天器的加加速度小于第一加加速度阈值时，所述环路阶数确定为二阶环路，并通过
Figure BDA0002656349420000101
确定二阶环路带宽BL2；其中，C/N0为所述信噪比，T为所述初始相干积分时间，a为所述航天器的加速度。
示例性的，当航天器的飞行高度在300km～3000km之间时，且航天器的加速度小于4g，以及航天器的加加速度小于0.1g/s时采用二阶环路，并根据上述公式确定二阶环路滤波器的环路带宽。
在所述航天器的高度在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，且所述航天器的加速度小于第一加速度阈值，以及所述航天器的加加速度大于第一加加速度阈值时，所述环路阶数确定为三阶环路，并通过
Figure BDA0002656349420000102
确定三阶环路带宽BL3；其中，C/N0为所述信噪比，T为所述初始相干积分时间，b为所述航天器的加加速度。
示例性的，当航天器的飞行高度在300km～3000km之间时，且航天器的加速度小于4g，以及航天器的加加速度大于0.1g/s时采用三阶环路，并根据上述公式确定三阶环路滤波器的环路带宽。
本实施例的自适应控制以稳定跟踪和环路测量误差最小为目标。在卫星导航接收机跟踪环路中，码环的鲁棒性和动态适应能力较强，所以本实施例对C/A码的跟踪仅对积分时间进行优化，保证跟踪灵敏度。而对于载波跟踪环路，则以减少环路噪声和保证环路稳定性为出发点，将载波环路带宽和阶数作为自适应控制的两个重要参数。
具体的，自适应控制模块的输入变量为信噪比、航天器的动态参数和初始的相干积分时间，最优环路带宽的选择以环路测量误差最小为目标，环路测量误差σ的计算公式如下：
σ＝σtPLL+θe
其中，σtPLL为热噪声误差，θe为动态应力误差。
热噪声误差σtPLL的估算公式如下：
Figure BDA0002656349420000111
其中，BL为环路带宽，C/N0为输入信号的信噪比；T为相干积分时间。
动态应力误差θe的计算公式如下；
Figure BDA0002656349420000112
其中，ωn为本实施例的系统中环路特征频率，N为环路阶数，R为卫星导航接收机与卫星的距离。
对于二阶环，N＝2，
Figure BDA0002656349420000113
则根据动态应力误差θe的计算公式可得：
Figure BDA0002656349420000114
对于三阶环，N＝3，
Figure BDA0002656349420000115
则根据动态应力误差θe的计算公式可得：
Figure BDA0002656349420000116
为使环路测量误差σ取最小值，将σ＝σtPLL+θe对带宽BL求导数，并使得
Figure BDA0002656349420000121
得到二阶环路的最优带宽，如下：
Figure BDA0002656349420000122
三阶环路的最优带宽，如下：
Figure BDA0002656349420000123
高轨航天器的卫星导航接收机根据信噪比、航天器的动态参数以及初始相干积分时间，根据上式可将环路带宽自适应地调节到最优值，从而使环路一直保持在最优跟踪状态。
上述实施例，根据高轨航天器的特点在不同的飞行高度采用不同的相干积分时间，能够提高卫星导航接收机的灵敏度，能够接收到漏导航及旁瓣信号；且飞行过程根据动态与信号强弱，自适应调整跟踪环路的参数，能够满足高轨航天器高动态的要求并能够解决强弱信号并存时的远近效应问题；同时，环路参数的选取结合工程实践经验，简单高效，既满足型号任务需要又有利于接收机的工程化实现，适用于北斗、GPS等多种卫星导航系统的接收机终端，具有较强的实用性。
对应于上文实施例所述的卫星导航接收机的环路跟踪系统，本实施例提供了一种卫星导航接收机的环路跟踪方法。参见图4，为本实施例提供的卫星导航接收机的环路跟踪方法的一个实施例的流程示意图，详述如下：
步骤S401，通过信号采样模块获取导航卫星的下变频信号，将所述下变频信号进行模数转换输出数字中频信号。
步骤S402，获取本地载波和本地伪码，并根据本地载波和本地伪码对所述数字中频信号的I/Q路均进行相干积分。
步骤S403，对所述相干积分后的信号进行滤波鉴相得到码相位误差信号，所述码相位误差信号用于修正码数字振荡器的频率字。
步骤S404，获取航天器的动态参数和所述下变频信号的信噪比，根据所述动态参数、所述信噪比和所述相干积分后的信号进行载波鉴相得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正载波数字振荡器的频率字，使所述本地载波实时跟踪所述导航卫星。
进一步地，在修正码数字振荡器的频率字之后，还包括：
获取频率字修正后的码数字振荡器的第二伪码，根据所述本地载波和所述第二伪码对所述数字中频信号的Q路进行相干积分，根据所述动态参数、所述信噪比和相干积分后的信号进行载波鉴相得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正载波数字振荡器的频率字，使所述本地载波实时跟踪所述导航卫星。
可选的，参见图5，本实施例的步骤S404的具体实现流程可以包括：
步骤S501，获取航天器的动态参数、所述下变频信号的信噪比和所述载波环鉴别器的初始相干积分时间。
步骤S502，根据所述动态参数、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽。
步骤S503，根据所述环路阶数和所述环路带宽对载波鉴相后的信号进行滤波得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正数字振荡器的频率字，使所述本地载波实时跟踪所述导航卫星。
进一步地，所述航天器的动态参数包括：所述航天器的高度、所述航天器的加速度和所述航天器的加加速度；
所述根据所述动态参数、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽，包括：
在所述航天器的高度低于第一高度阈值时，所述相干积分时间确定为第一时间，环路带宽确定为第一频率；
在所述航天器的高度大于第二高度阈值时，所述相干积分时间确定为第二时间，环路带宽确定为第二频率；
在所述航天器的高度在所述第一高度阈值和所述第二高度阈值之间时，根据所述航天器的加速度、所述航天器的加加速度、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽；
其中，所述第一时间小于所述第二时间，所述第一频率大于所述第二频率。
进一步地，所述在所述航天器的高度在所述第一高度阈值和所述第二高度阈值之间时，根据所述航天器的加速度、所述航天器的加加速度、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽，包括：
在所述航天器的高度在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，且所述航天器的加速度小于第一加速度阈值，以及所述航天器的加加速度小于第一加加速度阈值时，所述环路阶数确定为二阶环路，并通过
Figure BDA0002656349420000141
确定二阶环路带宽BL2；其中，C/N0为所述信噪比，T为所述初始相干积分时间，a为所述航天器的加速度；
在所述航天器的高度在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，且所述航天器的加速度小于第一加速度阈值，以及所述航天器的加加速度大于第一加加速度阈值时，所述环路阶数确定为三阶环路，并通过
Figure BDA0002656349420000142
确定三阶环路带宽BL3；其中，C/N0为所述信噪比，T为所述初始相干积分时间，b为所述航天器的加加速度。
上述卫星导航接收机的环路跟踪方法，根据本地载波、本地伪码对数字中频信号的I路和Q路均进行相干积分，根据相干积分的信号进行滤波和鉴相并修正码数字振荡器的频率字，使得本系统能够接收到弱卫星信号，可避免强弱卫星信号共存造成的远近效应问题；然后获取航天器的动态参数和信噪比，根据动态参数、信噪比和相干积分的信号进行载波鉴相得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正载波数字振荡器的频率字，使本地载波实时跟踪导航卫星，兼顾了航天器的高动态，在近远地轨道均能持续的卫星跟踪。
本领域技术人员可以理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种卫星导航接收机的环路跟踪系统，其特征在于，包括：信号采样模块、相干积分模块、码环鉴别模块和载波鉴别模块；
所述信号采样模块用于获取导航卫星的下变频信号，并将所述下变频信号进行模数转换输出数字中频信号；
所述相干积分模块用于获取本地载波和本地伪码，并根据本地载波和本地伪码对所述数字中频信号的I/Q路均进行相干积分，相干积分后的信号输出给所述码环鉴别模块和所述载波鉴别模块；
所述码环鉴别模块用于对所述相干积分后的信号进行滤波鉴相得到码相位误差信号，所述码相位误差信号用于修正码数字振荡器的频率字；
所述载波鉴别模块用于获取航天器的动态参数和所述下变频信号的信噪比，根据所述动态参数、所述信噪比和所述相干积分后的信号进行载波鉴相得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正载波数字振荡器的频率字，使所述本地载波实时跟踪所述导航卫星。
2.如权利要求1所述的卫星导航接收机的环路跟踪系统，其特征在于，所述码环鉴别模块包括：码环鉴别器和码环滤波器；
所述码环鉴别器用于对所述相干积分后的信号进行码环鉴相；
所述码环滤波器用于对码环鉴相后的信号进行滤波得到码相位误差信号，所述码相位误差信号用于修正码数字振荡器的频率字。
3.如权利要求1所述的卫星导航接收机的环路跟踪系统，其特征在于，在修正码数字振荡器的频率字之后，所述相干积分模块还用于：
获取频率字修正后的所述码数字振荡器的第二伪码，根据所述本地载波和所述第二伪码对所述数字中频信号的Q路进行相干积分，相干积分后的信号输出给所述码环鉴别模块和所述载波鉴别模块。
4.如权利要求1所述的卫星导航接收机的环路跟踪系统，其特征在于，所述载波鉴别模块包括：载波环鉴别器、自适应控制模块、二阶环路滤波器和三阶环路滤波器；
所述载波环鉴别器用于对所述相干积分后的信号进行载波鉴相；
所述自适应控制模块用于获取航天器的动态参数、信噪比和所述载波环鉴别器的初始相干积分时间，根据所述动态参数、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽；
所述二阶环路滤波器用于在所述环路阶数为二阶时，根据所述环路带宽对载波鉴相后的信号进行滤波得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正数字振荡器的频率字；
所述三阶环路滤波器用于在所述环路阶数为三阶时，根据所述环路带宽对载波鉴相后的信号进行滤波得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正数字振荡器的频率字。
5.如权利要求4所述的卫星导航接收机的环路跟踪系统，其特征在于，所述航天器的动态参数包括：所述航天器的高度、所述航天器的加速度和所述航天器的加加速度；
所述自适应控制模块具体用于：
在所述航天器的高度低于第一高度阈值时，所述相干积分时间确定为第一时间，环路带宽确定为第一频率；
在所述航天器的高度大于第二高度阈值时，所述相干积分时间确定为第二时间，环路带宽确定为第二频率；
在所述航天器的高度在所述第一高度阈值和所述第二高度阈值之间时，根据所述航天器的加速度、所述航天器的加加速度、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽；
其中，所述第一时间小于所述第二时间，所述第一频率大于所述第二频率。
6.如权利要求5所述的卫星导航接收机的环路跟踪系统，其特征在于，所述自适应控制模块具体用于：
在所述航天器的高度在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，且所述航天器的加速度小于第一加速度阈值，以及所述航天器的加加速度小于第一加加速度阈值时，所述环路阶数确定为二阶环路，并通过
Figure FDA0002656349410000021
确定二阶环路带宽BL2；其中，C/N0为所述信噪比，T为所述初始相干积分时间，a为所述航天器的加速度；
在所述航天器的高度在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，且所述航天器的加速度小于第一加速度阈值，以及所述航天器的加加速度大于第一加加速度阈值时，所述环路阶数确定为三阶环路，并通过
Figure FDA0002656349410000031
确定三阶环路带宽BL3；其中，C/N0为所述信噪比，T为所述初始相干积分时间，b为所述航天器的加加速度。
7.一种卫星导航接收机的环路跟踪方法，其特征在于，包括：
通过信号采样模块获取导航卫星的下变频信号，将所述下变频信号进行模数转换输出数字中频信号；
获取本地载波和本地伪码，并根据本地载波和本地伪码对所述数字中频信号的I/Q路均进行相干积分；
对所述相干积分后的信号进行滤波鉴相得到码相位误差信号，所述码相位误差信号用于修正码数字振荡器的频率字；
获取航天器的动态参数和所述下变频信号的信噪比，根据所述动态参数、所述信噪比和所述相干积分后的信号进行载波鉴相得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正载波数字振荡器的频率字，使所述本地载波实时跟踪所述导航卫星。
8.如权利要求7所述的卫星导航接收机的环路跟踪方法，其特征在于，所述获取航天器的动态参数和所述下变频信号的信噪比，根据所述动态参数、所述信噪比和所述相干积分后的信号进行载波鉴相得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正载波数字振荡器的频率字，使所述本地载波实时跟踪所述导航卫星，包括：
获取航天器的动态参数、所述下变频信号的信噪比和所述载波环鉴别器的初始相干积分时间；
根据所述动态参数、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽；
根据所述环路阶数和所述环路带宽对载波鉴相后的信号进行滤波得到载波相位误差信号，所述载波相位误差信号用于修正数字振荡器的频率字，使所述本地载波实时跟踪所述导航卫星。
9.如权利要求8所述的卫星导航接收机的环路跟踪方法，其特征在于，所述航天器的动态参数包括：所述航天器的高度、所述航天器的加速度和所述航天器的加加速度；
所述根据所述动态参数、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽，包括：
在所述航天器的高度低于第一高度阈值时，所述相干积分时间确定为第一时间，环路带宽确定为第一频率；
在所述航天器的高度大于第二高度阈值时，所述相干积分时间确定为第二时间，环路带宽确定为第二频率；
在所述航天器的高度在所述第一高度阈值和所述第二高度阈值之间时，根据所述航天器的加速度、所述航天器的加加速度、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽；
其中，所述第一时间小于所述第二时间，所述第一频率大于所述第二频率。
10.如权利要求9所述的卫星导航接收机的环路跟踪方法，其特征在于，所述在所述航天器的高度在所述第一高度阈值和所述第二高度阈值之间时，根据所述航天器的加速度、所述航天器的加加速度、所述信噪比和所述初始相干积分时间确定环路阶数和环路带宽，包括：
在所述航天器的高度在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，且所述航天器的加速度小于第一加速度阈值，以及所述航天器的加加速度小于第一加加速度阈值时，所述环路阶数确定为二阶环路，并通过
Figure FDA0002656349410000041
确定二阶环路带宽BL2；其中，C/N0为所述信噪比，T为所述初始相干积分时间，a为所述航天器的加速度；
在所述航天器的高度在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，且所述航天器的加速度小于第一加速度阈值，以及所述航天器的加加速度大于第一加加速度阈值时，所述环路阶数确定为三阶环路，并通过
Figure FDA0002656349410000051
确定三阶环路带宽BL3；其中，C/N0为所述信噪比，T为所述初始相干积分时间，b为所述航天器的加加速度。
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