CN113608243B - 一种实现载波跟踪的方法、装置、计算机存储介质及终端 - Google Patents
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Abstract
本文公开一种实现载波跟踪的方法、装置、计算机存储介质及终端,包括:接收端计算接收到的卫星信号的载噪比估算值;载噪比估算值大于第一预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;载噪比估算值小于等于第一预设阈值且大于等于第二预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪并根据锁相环和第一锁频环的输出确定载波跟踪方式;载噪比估算值小于第二预设阈值时,采用第二锁频环进行载波跟踪;载噪比估算值小于等于第一预设阈值且大于等于第二预设阈值时,锁相环的第一载波剥离信号为第一锁频环的输入。本发明实施例根据锁相环和第一锁频环的输出进行锁相环的锁定检测及锁频环的切换判决,提升了锁相环的锁定检测及锁频环切换判决的质量。
Description
技术领域
本文涉及但不限于卫星导航技术,尤指一种实现载波跟踪的方法、装置、计算机存储介质及终端。
背景技术
在当前全球卫星导航系统应用中,需要实现对有效数据的解调,那么首先要完成卫星信号的成功捕获和同步跟踪。
载波跟踪环路一般利用锁频环(FLL,Frequency-locked loop)、锁相环(PLL,Phase-locked loop)或锁频环辅助锁相环实现卫星信号的成功捕获和同步跟踪。但锁频环和锁相环都有各自的局限性;在载噪比较低的环境下,锁频环可锁定频率,加入锁相环反而会给载波跟踪带来跟踪误差;而如果一直处于单锁频环路,会降低载波相位跟踪性能,因此应在适当时刻切换为使用锁相环跟踪载波相位。为了兼顾载波跟踪的准确度与性能,在合适时机将锁相环切换至锁频环尤为重要。
为了实现锁相环的锁定检测并切换至锁频环,一般采用以下处理:选择可反映载波跟踪环路质量、判断当前环路是否锁定、是否为切换时机的检测参数;根据检测参数确定锁相环到锁频环的切换时,一般将锁相环直接切换至锁频环时;其中,检测参数可以是估计载波噪声比、信号噪声比或鉴相器输出的载波相位误差。上述锁相环的锁定检测并切换至锁频环存在以下局限性:受到系统噪声和环路失锁的影响,估计的载噪比或信噪比不能完全准确反映实际信号的特性;当载噪比很低时,鉴相器输出的载波相位跟踪误差不能准确反映当前锁相环的状态;因此使用载噪比或信噪比、鉴相器输出结果作为失锁和切换标准会存在发生误判的情况。
将锁相环直接切换至锁频环是瞬间切换,锁相环处在失锁状态,其参数不能复用,强制切换造成环路结构、环路参数的突变,导致环路产生较大的瞬时误差,环路滤波结果不连续,切换后需要一定的调整时间才能锁定。如何提升锁相环的锁定检测并切换至锁频环的质量,成为一个有待解决的问题。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明实施例提供一种实现载波跟踪的方法、装置、计算机存储介质及终端,能够提升锁相环的锁定检测及切换至锁频环的质量。
本发明实施例提供了一种实现载波跟踪的方法,包括:
接收端根据接收到的卫星信号计算载噪比估算值;
载噪比估算值大于第一预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;
载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪并根据锁相环和第一锁频环的输出确定载波跟踪方式;
载噪比估算值小于第二预设阈值时,采用第二锁频环进行载波跟踪;
其中,所述第一锁频环和所述第二锁频环包括:基于快速傅里叶变换FFT鉴频器的锁频环;所述载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,所述锁相环的第一载波剥离信号为所述第一锁频环的输入;所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值。
另一方面,本发明实施例还提供一种计算机存储介质,所述计算机存储介质中存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述实现载波跟踪的方法。
再一方面,本发明实施例还提供一种终端,包括:存储器和处理器,所述存储器中保存有计算机程序;其中,
处理器被配置为执行存储器中的计算机程序;
所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述实现载波跟踪的方法。
还一方面,本发明实施例还提供一种实现载波跟踪的装置,包括:计算单元、第一判断处理单元、第二判断处理单元和第三判断处理单元;其中,
计算单元设置为:接收端根据接收到的卫星信号计算载噪比估算值;
第一判断处理单元设置为:载噪比估算值大于第一预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;
第二判断处理单元设置为:载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪并根据锁相环和第一锁频环的输出确定载波跟踪方式;
第三判断处理单元设置为:载噪比估算值小于第二预设阈值时,采用第二锁频环进行载波跟踪;
其中,所述第一锁频环和所述第二锁频环包括:基于快速傅里叶变换FFT鉴频器的锁频环;所述载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,所述锁相环的第一载波剥离信号为所述第一锁频环的输入;所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值。
本申请技术方案包括:接收端根据接收到的卫星信号计算载噪比估算值;载噪比估算值大于第一预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪并根据锁相环和第一锁频环的输出确定载波跟踪方式;载噪比估算值小于第二预设阈值时,采用第二锁频环进行载波跟踪;其中,第一锁频环和第二锁频环包括:基于快速傅里叶变换(FFT)鉴频器的锁频环;所述载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,所述锁相环的第一载波剥离信号为第一锁频环的输入;第二预设阈值小于第一预设阈值。本发明实施例载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,根据锁相环和第一锁频环的输出进行锁相环的锁定检测及锁频环的切换判决,提升了锁相环的锁定检测及锁频环切换判决的质量。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案,并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例实现载波跟踪的方法的流程图;
图2为本发明实施例实现载波跟踪的装置的结构框图;
图3为本发明应用示例实现载波跟踪的方法的流程图;
图4为本发明应用示例采用锁相环滤波的流程图;
图5为本发明应用示例采用第一锁频环滤波的流程图;
图6为本发明应用示例采用第二锁频环滤波的流程图。
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。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1为本发明实施例实现载波跟踪的方法的流程图,如图1所示,包括:
步骤101、接收端接收到卫星信号时,计算载噪比估算值;
步骤102、载噪比估算值大于第一预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;
步骤103、载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪并根据锁相环和第一锁频环的输出确定载波跟踪方式;
步骤104、载噪比估算值小于第二预设阈值时,采用第二锁频环进行载波跟踪;
其中,第一锁频环和第二锁频环包括:基于快速傅里叶变换(FFT)鉴频器的锁频环;载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,锁相环的第一载波剥离信号为第一锁频环的输入;第二预设阈值小于第一预设阈值。
在一种示例性实例中,本发明实施例中的第一载波剥离信号包括:同相(I)支路的第一载波剥离信号和正交(Q)支路的第一载波剥离信号。
需要说明的是,步骤102~步骤104为根据载噪比估算值,与第一预设阈值和第二预设阈值的大小关系进行的判断处理,不存在先后顺序。
本申请技术方案包括:接收端根据接收到的卫星信号计算载噪比估算值;载噪比估算值大于第一预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪并根据锁相环和第一锁频环的输出确定载波跟踪方式;载噪比估算值小于第二预设阈值时,采用第二锁频环进行载波跟踪;其中,第一锁频环和第二锁频环包括:基于快速傅里叶变换(FFT)鉴频器的锁频环;载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,锁相环的第一载波剥离信号为第一锁频环的输入;第二预设阈值小于第一预设阈值。本发明实施例载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,根据锁相环和第一锁频环的输出进行锁相环的锁定检测及锁频环的切换判决,提升了锁相环的锁定检测及锁频环切换判决的质量。
在一种示例性实例中,本发明实施例方法还包括:
根据锁相环的跟踪灵敏度确定第一预设阈值;
根据第二锁频环的跟踪灵敏度确定第二预设阈值。
在一种示例性实例中,本发明实施例根据锁相环的跟踪灵敏度确定第一预设阈值,包括:根据锁相环跟踪成功概率≥95%的跟踪灵敏度确定第一预设阈值。
在一种示例性实例中,本发明实施例根据第二锁频环的跟踪灵敏度确定第二预设阈值,包括:根据第二锁频环跟踪成功概率≥60%的跟踪灵敏度确定第二预设阈值。
在一种示例性实例中,本发明实施例步骤103根据锁相环和第一锁频环的输出确定载波跟踪方式,包括:
获取第一时刻第一锁频环的第一载波跟踪频率和第一载波跟踪相位;
根据获取的第一载波跟踪频率和第一载波跟踪相位,确定第一锁频环的第二载波剥离信号;这里,第二载波剥离信号包括:同相(I)支路的第二载波剥离信号和正交(Q)支路的第二载波剥离信号;
根据确定的第二载波剥离信号,确定第一锁频环的第一滤波结果;
将获得第一滤波结果通过载波数控振荡器(NCO)处理,获得第一锁频环的在第二时刻输出的第三载波跟踪频率和第三载波跟踪相位,并生成用于载波剥离处理的正弦载波信号和余弦载波信号;
将第一锁频环输出的第二载波跟踪频率减去同一时刻锁相环输出的第四载波跟踪频率后取绝对值,获得第一运算结果;
根据第一运算结果确定载波跟踪方式。
在一种示例性实例中,本发明实施例确定第一锁频环的第二载波剥离信号,包括:
根据第一载波跟踪相位和第二载波跟踪相位,对锁相环的第一载波剥离信号进行载波剥离处理,获得第一锁频环的第二载波剥离信号。
在一种示例性实例中,本发明实施例确定第一锁频环的第一滤波结果,包括:
对第二载波剥离信号进行相干积分处理,获得相干积分结果;
对获取的相干积分结果进行频率鉴别,获得频率鉴别结果;
通过第一锁频环对获得的频率鉴别结果进行滤波,获得第一滤波结果。
需要说明的是,对第二载波剥离信号进行相干积分处理包括:对I支路的第二载波剥离信号和对Q支路的第二载波剥离信号进行相干积分处理。
在一种示例性实例中,本发明实施例根据第一运算结果确定载波跟踪方式,包括:
第一运算结果小于或等于预设的第三预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;
第一运算结果大于第三预设阈值时,统计第一运算结果大于第三预设阈值的次数;
第一运算结果大于第三预设阈值的次数小于预设的计数阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;
第一运算结果大于第三预设阈值的次数达到预设的计数阈值时,判定锁相环失锁,采用第二锁频环进行载波跟踪。
在一种示例性实例中,本发明实施例中的第三预设阈值N1通过以下公式计算:
其中,相干积分时间为:对获得的第二载波剥离信号和进行相干积分处理的时长。
在一种示例性实例中,本发明实施例中的相干积分时间为:对I支路的第二载波剥离信号和Q支路的第二载波剥离信号分别进行一定时间的积分处理,I、Q积分处理的时间为相干积分时间。本发明实施例第二载波跟踪频率的误差为:第一锁频环在载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值的环境下的载波跟踪频率误差。
在一种示例性实例中,第一运算结果大于第三预设阈值的次数达到预设的计数阈值时,本发明实施例方法还包括存储第一锁频环的以下一项或任意组合的参数:环路带宽、环路阶数、环路滤波器参数、环路滤波器累加值和频率控制字;
其中,参数用于采用第二锁频环进行载波跟踪时为第二锁频环进行参数赋值。
在一种示例性实例中,本发明实施例存储第一锁频环的以下参数:环路带宽、环路阶数、环路滤波器参数、环路滤波器累加值和频率控制字。
本发明实施例在锁相环切换至第二锁频环时,第二锁频环可以直接沿用第一锁频环路的参数,进一步提升了锁相环的锁定检测并切换至第二锁频环的质量。
本发明实施例还提供一种计算机存储介质,计算机存储介质中存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述实现载波跟踪的方法。
本发明实施例还提供一种终端,包括:存储器和处理器,存储器中保存有计算机程序;其中,
处理器被配置为执行存储器中的计算机程序;
计算机程序被处理器执行时实现如上述实现载波跟踪的方法。
图2为本发明实施例实现载波跟踪的装置的结构框图,如图2所示,包括:计算单元、第一判断处理单元、第二判断处理单元和第三判断处理单元;其中,
计算单元设置为:接收端根据接收到的卫星信号计算载噪比估算值;
第一判断处理单元设置为:载噪比估算值大于第一预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;
第二判断处理单元设置为:载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪并根据锁相环和第一锁频环的输出确定载波跟踪方式;
第三判断处理单元设置为:载噪比估算值小于第二预设阈值时,采用第二锁频环进行载波跟踪;
其中,第一锁频环和第二锁频环包括:基于快速傅里叶变换FFT鉴频器的锁频环;载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,锁相环的第一载波剥离信号为第一锁频环的输入;第二预设阈值小于第一预设阈值。
本申请技术方案包括:接收端根据接收到的卫星信号计算载噪比估算值;载噪比估算值大于第一预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪并根据锁相环和第一锁频环的输出确定载波跟踪方式;载噪比估算值小于第二预设阈值时,采用第二锁频环进行载波跟踪;其中,第一锁频环和第二锁频环包括:基于快速傅里叶变换(FFT)鉴频器的锁频环;载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,锁相环的第一载波剥离信号为第一锁频环的输入;第二预设阈值小于第一预设阈值。本发明实施例载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,根据锁相环和第一锁频环的输出进行锁相环的锁定检测及锁频环的切换判决,提升了锁相环的锁定检测及锁频环切换判决的质量。
在一种示例性实例中,本发明实施例装置还包括确定阈值单元,设置为:
根据锁相环的跟踪灵敏度确定第一预设阈值;
根据第二锁频环的跟踪灵敏度确定第二预设阈值。
在一种示例性实例中,本发明实施例根据锁相环的跟踪灵敏度确定第一预设阈值,包括:根据锁相环跟踪成功概率≥95%的跟踪灵敏度确定第一预设阈值。
在一种示例性实例中,本发明实施例根据第二锁频环的跟踪灵敏度确定第二预设阈值,包括:根据第二锁频环跟踪成功概率≥60%的跟踪灵敏度确定第二预设阈值。
在一种示例性实例中,本发明实施例第二判断处理单元是设置为:
获取第一时刻第一锁频环的第一载波跟踪频率和第一载波跟踪相位;
根据获取的第一载波跟踪频率和第一载波跟踪相位,确定第一锁频环的第二载波剥离信号;这里,第二载波剥离信号包括:同相(I)支路的第二载波剥离信号和正交(Q)支路的第二载波剥离信号;
根据确定的第二载波剥离信号,确定第一锁频环的第一滤波结果;
将获得第一滤波结果通过载波数控振荡器(NCO)处理,获得第一锁频环的在第二时刻输出的第三载波跟踪频率和第三载波跟踪相位,并生成用于载波剥离处理的正弦载波信号和余弦载波信号;
将第一锁频环输出的第二载波跟踪频率减去锁相环同一时刻输出的第四载波跟踪频率后取绝对值,获得第一运算结果;
根据第一运算结果确定载波跟踪方式。
在一种示例性实例中,本发明实施例第二判断处理单元设置为确定第一锁频环的第二载波剥离信号,包括:
根据第一载波跟踪相位和第二载波跟踪相位,对锁相环的第二载波剥离信号进行载波剥离处理,获得第一锁频环的第二载波剥离信号。
在一种示例性实例中,本发明实施例第二判断处理单元设置为确定第一锁频环的第一滤波结果,包括:
对第二载波剥离信号进行相干积分处理,获得相干积分结果;
对获取的相干积分结果进行频率鉴别,获得频率鉴别结果;
通过第一锁频环对获得的频率鉴别结果进行滤波,获得第一滤波结果。
在一种示例性实例中,本发明实施例第二判断处理单元设置为根据第一运算结果确定载波跟踪方式,包括:
第一运算结果小于或等于预设的第三预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;
第一运算结果大于第三预设阈值时,统计第一运算结果大于第三预设阈值的次数;
第一运算结果大于第三预设阈值的次数小于预设的计数阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;
第一运算结果大于第三预设阈值的次数达到预设的计数阈值时,判定锁相环失锁,采用第二锁频环进行载波跟踪。
在一种示例性实例中,本发明实施例中的第三预设阈值N1通过以下公式计算:
其中,相干积分时间为:对获得的第二载波剥离信号和进行相干积分处理的时长。
在一种示例性实例中,本发明实施例第二判断处理单元还设置为:判定锁相环失锁时存储第一锁频环的以下一项或任意组合的参数:
环路带宽、环路阶数、环路滤波器参数、环路滤波器累加值和频率控制字;
其中,参数用于采用第二锁频环进行载波跟踪时为第二锁频环进行参数赋值。
以下通过应用示例对本发明实施例进行简要说明,应用示例仅用于陈述本发明实施例,并不用于限定本发明的保护范围。
应用示例
图3为本发明应用示例实现载波跟踪的方法的流程图,如图3所示,包括:
步骤301:接收端根据接收到卫星信号计算载噪比估算值;
在一种示例性实例中,本发明实施例接收端估算载噪比中断触发时,执行步骤301计算载噪比估算值的处理;
步骤302:判断载噪比估算值与第一预设阈值M1和第二预设阈值M2(M1大于M2)之间的取值关系;
如果载噪比估算值大于第一预设阈值M1,则执行步骤3031;
如果载噪比估算值小于等于第一预设阈值M1且大于等于第二预设阈值M2,则执行步骤3032;
如果载噪比估算值小于第二预设阈值M2,则执行步骤3033;
在一种示例性实例中,本发明实施例第一预设阈值M1=30dB·Hz,第二预设阈值M2=25dB·Hz;
在一种示例性实例中,本发明实施例第一预设阈值M1和第二预设阈值M2根据基于FFT鉴频器的第二锁频环和锁相环的跟踪灵敏度设定,以跟踪成功概率95%以上为跟踪灵敏度门限;在一种示例性实例中,锁相环跟踪成功概率95%以上的跟踪灵敏度(载噪比)可以达到30分贝·赫兹(dB·Hz),基于FFT鉴频器的第二锁频环的跟踪灵敏度可达到13分贝·赫兹(dB·Hz);随着载噪比的降低,锁相环跟踪的成功概率降低,当载噪比降低为25dB·Hz时,第二锁频环跟踪的成功概率约为60%,而此时第二锁频环跟踪成概率仍较高;如果在弱信号情况下只采用锁频环的话,载波相位信息无法得到充分利用,本发明实施例载噪比估算值在M1~M2内时,尽可能使用锁相环进行滤波处理,一旦检测到失锁,立即切换至基于FFT鉴频器的第二锁频环。
步骤3031:采用锁相环进行载波跟踪;
在一种示例性实例中,本发明实施例采用锁相环进行载波跟踪的处理与相关技术中的处理相同;在一种示例性实例中,本发明实施例采用锁相环进行载波跟踪包括如图4所示的处理:
步骤401、获取锁相环的第二载波跟踪频率和第二载波跟踪相位;
步骤402、对锁相环的第二载波跟踪频率和第二载波跟踪相位进行载波剥离处理,获得锁相环的第一载波剥离信号;第一载波剥离信号包括:I支路的第一载波剥离信号和Q支路的第一载波剥离信号;
步骤403、对获得的第一载波剥离信号进行相干积分处理,获得第一载波剥离信号的相干积分结果;
步骤404、在鉴相器中对第一载波剥离信号的相干积分结果进行相位鉴别,将相位鉴别结果接入锁相环的滤波器中,获得锁相环的第二滤波结果;
步骤405、将锁相环路的第二滤波结果作为输入送入载波数控振荡器(NCO),获得锁相环的第三载波跟踪频率和第三载波跟踪相位,生成用于载波剥离处理的正弦载波与余弦载波信号。
在一种示例性实例中,假设卫星信号在I支路的中频信号和Q支路上的中频信号分别为SIF,I和SIF,Q,n时刻中频信号的表达式为:
其中,为n时刻输入的卫星信号的载波相位,本发明实施例关注的是载波跟踪环路,对公式中A中包含中频信号幅度、伪码信息、数据信息等不做限定。
获取当前时刻的第二载波跟踪频率fdPLL(n)和第二载波跟踪相位对接收到的中频信号进行载波剥离处理处理,获得I支路的第一载波剥离信号iPLL(n)和Q支路的第一载波剥离信号qPLL(n)分别为:
本发明应用示例,由NCO复制正弦载波信号与余弦载波信号本发明实施例对获得的I支路的第一载波剥离信号iPLL(n)和Q支路的第一载波剥离信号qPLL(n),进行相干积分处理,获得第一载波剥离信号的相干积分结果。
步骤3032:采用锁相环进行载波跟踪并根据锁相环和第一锁频环的输出确定载波跟踪方式;
其中,第一锁频环和第二锁频环包括:基于FFT鉴频器的锁频环;载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,锁相环的第一载波剥离信号为第一锁频环的输入;即第一锁频环接收锁相环输出的I支路的第一载波剥离信号iPLL(n)和Q支路的第一载波剥离信号qPLL(n),是第一锁频环的输入;
在一种示例性实例中,本发明实施例根据锁相环和第一锁频环的输出确定载波跟踪方式包括如图5所示的处理:
步骤501、获取第一锁频环的第一载波跟踪频率和第一载波跟踪相位;
步骤502、根据获取的第一载波跟踪频率和第一载波跟踪相位,确定第一锁频环的第二载波剥离信号;这里,第二载波剥离信号包括:同相(I)支路的第二载波剥离信号和正交(Q)支路的第二载波剥离信号;
步骤503、对第二载波剥离信号进行相干积分处理,获得第二载波剥离信号的相干积分结果;
步骤504、将获得的第二载波剥离信号的相干积分结果进行频率鉴别,获得频率鉴别结果;
步骤505、通过第一锁频环对获得的频率鉴别结果进行滤波,获得第一滤波结果;
步骤506、将获得第一滤波结果通过载波数控振荡器处理,获得第一锁频环在第二时刻输出的第三载波跟踪频率和第三载波跟踪相位,并生成用于载波剥离处理的正弦载波信号和余弦载波信号;
步骤507、将第一锁频环输出的第二载波跟踪频率减去锁相环同一时刻输出的第四载波跟踪频率后取绝对值,获得第一运算结果;
步骤508、根据第一运算结果确定载波跟踪方式。
在一种示例性实例中,本发明应用示例根据第一运算结果确定载波跟踪方式,包括:
第一运算结果小于或等于预设的第三预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;
第一运算结果大于第三预设阈值时,统计第一运算结果大于第三预设阈值的次数;
第一运算结果大于第三预设阈值的次数小于预设的计数阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;
第一运算结果大于第三预设阈值的次数达到预设的计数阈值时,判定锁相环失锁,采用第二锁频环进行载波跟踪。
判定锁相环失锁时,本应用示例方法还包括存储第一锁频环的以下一项或任意组合的参数:
环路带宽、环路阶数、环路滤波器参数、环路滤波器累加值和频率控制字;
其中,参数用于采用第二锁频环进行载波跟踪时为第二锁频环进行参数赋值。
在一种示例性实例中,第三预设阈值N1由以下两个部分相加获得:1、三倍的频率测量误差均方差不超过四分之一的鉴频牵入范围;2、第一锁频环在载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值的环境下的载波跟踪频率误差;在一种示例性实例中,本发明应用示例第三预设阈值N1通过公式表达为:
其中,相干积分时间是对获得的第二载波剥离信号和进行相干积分处理的时长。
在一种示例性实例中,本发明实施例计数阈值N2,可以通过仿真与实际测试联合设定,可以由本领域技术人员根据实际环境情况进行调整。本发明实施例判定锁相环失锁之后,存储第一锁频环环路带宽、环路阶数、环路滤波器参数和环路滤波器累加值、频率控制字;即在判定锁相环失锁,应该切换至锁频环时,通过存储的上述信息,锁频环可以直接继承上述存储的数据,而不是从0开始,降低了调整时间和瞬时误差,平滑了载波频率的跟踪结果,增强了环路滤波结果的连续性。
在一种示例性实例中,本发明实施例在执行步骤3032时,假设获得的n时刻I支路的第一载波剥离信号iPLL(n)和Q支路的第一载波剥离信号qPLL(n),锁相环n时刻的第二载波跟踪频率fdPLL(n)和第二载波跟踪相位第一锁频环n时刻的第一载波跟踪频率fdVFLL(n)和第一载波跟踪相位/>对锁相环I支路和Q支路的第一载波剥离信号进行载波剥离,获得n时刻第一锁频环的第二载波剥离信号和Q支路的第二载波剥离信号分别为:
对获得n时刻第一锁频环的第二载波剥离信号和Q支路的第二载波剥离信号进行相干积分处理,假设相干积分时间5ms,得到I支路和Q支路的相干积分结果IVFLL、QVFLL。
在FFT鉴频器中将相干积分结果(x(k)=IVPLL(k)+jQVPLL(k))进行频率鉴别;令NUM为x(k)进行FFT变换的相干积分结果采样点数,M为FFT点数,若根据步骤1031计算NUM=12,M=16,则离散傅里叶变换为:
其中m=1~M
对该离散傅里叶变换进行进一步处理:
Amp(m)=|X(m)2|
找到傅里叶变换幅值Amp的最大值,以及最大值左点和右点的幅值,分别为Amp(Max),Amp(L),Amp(R),FFT鉴别器的输出为:
频率鉴别结果进入第一锁频环中,获得第一锁频环的第一滤波结果。
在一种示例性实例中,本发明实施例中的第三预设阈值N1=20Hz,计数阈值N2=50。
步骤3033:采用第二锁频环进行载波跟踪;
在一种示例性实例中,本发明实施例采用第二锁频环进行载波跟踪的处理与相关技术中的处理相同;在一种示例性实例中,本发明实施例第二锁频环包括:采用基于FFT鉴频器的锁频环,第二锁频环的载波跟踪包括如图6所示的处理:
步骤601、获取第二锁频环的第五载波跟踪频率和第五载波跟踪相位;
步骤602、根据获取的第二锁频环的第五载波跟踪频率和第五载波跟踪相位,对接收到的卫星信号进行载波剥离处理获得I支路的第三载波剥离信号和Q支路第三载波剥离信号;
步骤603、对载波剥离处理获得I支路的第三载波剥离信号和Q支路第三载波剥离信号进行相干积分处理,获得第三载波剥离信号的相干积分结果;
步骤604、在FFT鉴频器中将第三载波剥离信号的相干积分结果进行频率鉴别,获得频率鉴别结果;
步骤605、将获得的频率鉴别结果接入锁频环滤波器中,获得第二锁频环的第三滤波结果;
步骤606、将第三滤波结果作为输入送入载波数控振荡器中,产生第二锁频环的载波跟踪频率和载波跟踪相位,生成用于载波剥离处理的正弦滤波信号和余弦滤波信号,并重新进行第二锁频环路的载波跟踪,即返回步骤3033。
在一种示例性实例中,本发明应用示例步骤3033接收端采用同相/正交(I/Q)形式的混频,输入信号在I支路和Q支路上的中频信号分别为SIF,I和SIF,Q,则n时刻表达式为:
其中,n时刻输入信号载波为本发明重点是载波跟踪环路,因此A中信息包含中频信号幅度、伪码信息、数据信息等,不展开讨论。
获取当前时刻第二锁频环的第五载波跟踪频率fdFLL(n)和第五载波跟踪相位对接收到的卫星信号进行载波剥离处理获得I支路和Q支路的第三载波剥离信号为:
对获得I支路和Q支路的第五载波剥离信号进行相干积分处理,若相干积分时间5ms,得到第五载波剥离信号的I支路和Q支路相干积分结果IFLL、QFLL。
在FFT鉴频器中将第五载波剥离信号的相干积分结果(x(k)=IFLL(k)+jQFLL(k))进行频率鉴别。令NUM为x(k)进行FFT变换的相干积分结果采样点数,M为FFT点数,在步骤3032获得的NUM=12,M=16;则离散傅里叶变换为:
其中m=1~M
对该离散傅里叶变换进一步处理:
Amp(m)=|X(m)2|
找到傅里叶变换幅值Amp的最大值,以及最大值左点和右点的幅值,分别为Amp(Max),Amp(L),Amp(R),FFT鉴别器的输出为
频率鉴别结果进入锁频环滤波器中,获得锁频环滤波结果。
本发明实施例在利用估算载噪比确定环路滤波器的基础上,增加了锁相环和第一锁频环,提高了失锁判别、切换判别的准确性,尽可能地提高锁相环的使用效率;环路滤波器模式从锁相环切换至锁频环,锁频环相关参数从第一锁频环得以继承,降低了调整时间和瞬时误差,平滑了载波频率的跟踪结果,增强了环路滤波结果的连续性,尤其在信号很弱的情况下,第一锁频环采用了基于FFT鉴频器可提高跟踪高灵敏度。
“本领域普通技术人员可以理解,上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中,在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分;例如,一个物理组件可以具有多个功能,或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器,如数字信号处理器或微处理器执行的软件,或者被实施为硬件,或者被实施为集成电路,如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上,计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的,术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外,本领域普通技术人员公知的是,通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据,并且可包括任何信息递送介质。”
Claims (11)
1.一种实现载波跟踪的方法,包括:
接收端根据接收到的卫星信号计算载噪比估算值;
载噪比估算值大于第一预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;
载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪并根据锁相环和第一锁频环的输出确定载波跟踪方式;
载噪比估算值小于第二预设阈值时,采用第二锁频环进行载波跟踪;
其中,所述第一锁频环和所述第二锁频环包括:基于快速傅里叶变换FFT鉴频器的锁频环;所述载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,所述锁相环的第一载波剥离信号为所述第一锁频环的输入;所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据锁相环和第一锁频环的输出确定载波跟踪方式,包括:
获取第一时刻所述第一锁频环的第一载波跟踪频率和第一载波跟踪相位;
根据获取的所述第一载波跟踪相位和所述锁相环在第一时刻的第二载波跟踪相位,确定所述第一锁频环的第二载波剥离信号;
根据确定的所述第二载波剥离信号,确定所述第一锁频环的第一滤波结果;
将获得所述第一滤波结果通过载波数控振荡器处理,获得所述第一锁频环在第二时刻输出的第三载波跟踪频率和第三载波跟踪相位,并生成用于载波剥离处理的正弦载波信号和余弦载波信号;
将所述第一锁频环输出的第二载波跟踪频率减去同一时刻所述锁相环输出的第四载波跟踪频率后取绝对值,获得第一运算结果;
根据所述第一运算结果确定载波跟踪方式。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述确定第一锁频环的第二载波剥离信号,包括:
根据所述第一载波跟踪相位和所述第二载波跟踪相位,对所述锁相环的所述第一载波剥离信号进行载波剥离处理,获得所述第一锁频环的所述第二载波剥离信号。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述确定所述第一锁频环的第一滤波结果,包括:
对所述第二载波剥离信号进行相干积分处理,获得相干积分结果;
对获取的所述相干积分结果进行频率鉴别,获得频率鉴别结果;
通过所述第一锁频环对获得的所述频率鉴别结果进行滤波,获得所述第一滤波结果。
5.根据权利要求2~4任一项所述的方法,其特征在于,所述根据所述第一运算结果确定载波跟踪方式,包括:
所述第一运算结果小于或等于预设的第三预设阈值时,采用所述锁相环进行载波跟踪;
所述第一运算结果大于所述第三预设阈值时,统计所述第一运算结果大于所述第三预设阈值的次数;
所述第一运算结果大于所述第三预设阈值的次数小于预设的计数阈值时,采用所述锁相环进行载波跟踪;
所述第一运算结果大于所述第三预设阈值的次数达到预设的计数阈值时,判定锁相环失锁,采用所述第二锁频环进行载波跟踪。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述第三预设阈值N1通过以下公式计算:
其中,所述相干积分时间为:对获得的所述第二载波剥离信号进行相干积分处理的时长。
7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述第一运算结果大于所述第三预设阈值的次数达到预设的计数阈值时,所述方法还包括存储所述第一锁频环的以下一项或任意组合的参数:
环路带宽、环路阶数、环路滤波器参数、环路滤波器累加值和频率控制字;
其中,所述参数用于采用所述第二锁频环进行载波跟踪时为所述第二锁频环进行参数赋值。
8.根据权利要求1~4任一项所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
根据所述锁相环的跟踪灵敏度确定所述第一预设阈值;
根据所述第二锁频环的跟踪灵敏度确定所述第二预设阈值。
9.一种计算机存储介质,所述计算机存储介质中存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1~8中任一项所述的实现载波跟踪的方法。
10.一种终端,包括:存储器和处理器,所述存储器中保存有计算机程序;其中,
处理器被配置为执行存储器中的计算机程序;
所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1~8中任一项所述的实现载波跟踪的方法。
11.一种实现载波跟踪的装置,包括:计算单元、第一判断处理单元、第二判断处理单元和第三判断处理单元;其中,
计算单元设置为:接收端根据接收到的卫星信号计算载噪比估算值;
第一判断处理单元设置为:载噪比估算值大于第一预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪;
第二判断处理单元设置为:载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,采用锁相环进行载波跟踪并根据锁相环和第一锁频环的输出确定载波跟踪方式;
第三判断处理单元设置为:载噪比估算值小于第二预设阈值时,采用第二锁频环进行载波跟踪;
其中,所述第一锁频环和所述第二锁频环包括:基于快速傅里叶变换FFT鉴频器的锁频环;所述载噪比估算值小于或等于第一预设阈值且大于或等于第二预设阈值时,所述锁相环的第一载波剥离信号为所述第一锁频环的输入;
所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值。
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