[發明專利]一種用于高動態的雙頻GPS載波輔助跟蹤方法

無效

• 申請號: 200910080474.0
• 申請日: 2009-03-19
• 公開（公告）號: CN101539619A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 張磊;曾濤;劉峰;龍騰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S1/02
• 分類號: G01S1/02;G01S5/02
• 代理公司: 北京理工大學專利中心
• 代理人: 張利萍

技術領域

本發明涉及一種雙頻GPS系統，尤其涉及一種用于高動態的雙頻GPS載波輔助跟蹤方法。

背景技術

GPS(全球定位系統)包含若干顆衛星，每顆衛星在被稱為L1和L2頻點的1575.42MHz和1227.60MHz兩個載波頻率上發送測距信號，并把星歷和歷書等電文信息通過二相調制的方法調制在測距信號上。一臺GPS接收機接收來自多顆衛星的信號，并利用本地復現的載波與偽碼測定并獲得(1)信號到達接收機的時延；(2)信號載波的多普勒頻率偏移；(3)調制在信號上的電文信息。然后接收機利用這些信息，以一種已知的方法測定其位置和速度。

L1頻點的信號由兩個偽隨機碼(外加導航電文數據)調制。這兩種碼分別是粗/截獲碼(C/A碼)和精密碼(P碼)。L2頻點的信號只被精密碼(P碼)所調制。由于目前美國政府對GPS衛星啟動了反欺騙(AS)工作模式，P碼被加密以構成所謂的Y碼，僅供美國政府特許的用戶使用。因此普通的單頻GPS接收機僅接收并處理L1頻點的C/A碼信號，完成定位和導航功能。

地球表面的電離層中的自由電子會影響電磁波的傳播，其中也包括GPS衛星信號。對于只在L1頻點工作的普通的接收機，會把這部分影響產生的誤差引入到計算中，妨礙其更準確的測定位置。而電離層的延遲和頻率有關，所以用雙頻接收機作測距測量實際上便能基本上將其消除掉。

利用偽碼測距計算出來的接收機位置，其精度范圍是米級的。如果想達到厘米級的定位精度，就需要利用載波相位的測量信息，確定出GPS衛星到接收機的距離，這需要解決一個“載波周期模糊度”的問題。對于單獨的L1頻點的信號，接收機必須借助碼的時序來確定其位置到一個載波周期之內，即19厘米以內。這需要冗長、費時的計算，并且需要對電離層折射的估測。然而，如果同時使用L1和L2兩個頻點的信號，組合它們的測量值，可以得到差波長為86厘米。利用差波長(寬巷)可使整周模糊度的搜索更為有效。這對于運動中的用戶和需要實時定位的應用場合來說，如果要達到厘米級的定位精度，載波整周模糊度的快速解算是非常希望和絕對必需的。

使用L2信號的問題是包含于其中的碼是被加密的，這就使得非授權用戶無法直接使用L2頻點的信息測量偽距和載波相位。而對雙頻測量信息的需求促進了獲取L2頻點偽距和載波相位測量值的技術的發展，這些技術被分為無碼和半無碼技術，這些技術不用全權訪問信號所需的密文信息。專利98122756.2和96191598.6提到了兩種不需要加密信息而跟蹤L2信號的半無碼跟蹤技術，來恢復L2頻點載波相位的測量值。文獻K.T.Woo，“Optimum?semicodelesscarrier-phase?tracking?of?L2，”Navigation，vol.47，pp.82-99，Summer2000.總結了各種跟蹤L2頻點信號的無碼半無碼的技術。

由于沒有關于Y碼信號全部知識，無碼和半無碼方案工作在非常低的信噪比上，這就要求跟蹤環路的帶寬非常窄，而這又反過來降低了無外部輔助條件下高動態環境的工作性能。在高動態環境下，L2本身的載波跟蹤往往是無法工作的。本專利提出了一種使用L1頻點載波環的跟蹤信息，結合接收機參考振蕩器頻率偏移，輔助L2頻點跟蹤的方法。該方法使得GPS雙頻半無碼接收機在高動態環境中，能夠獲得更好的性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于高動態的雙頻GPS載波輔助跟蹤方法，能夠在高動態條件下使用L1頻點和L2頻點接收的信號來確定其位置與速度。

本發明的用于高動態的雙頻GPS載波輔助跟蹤方法包括如下步驟：

第一步：執行載波鎖相跟蹤環路和偽碼延遲鎖定環路調節本地L1頻點的載波NCO和C/A碼NCO，產生L1載波相位和C/A碼延遲的估值；

第二步：基于本地產生的C/A碼控制一個L1-P碼產生器，產生本地復現的P碼，利用半無碼方法，使用一個偽碼延遲鎖定環路(DLL)對L1-P(Y)信號跟蹤；

第三步：基于L1-P碼發生器產生的P碼的相位，對L2-P碼發生器實現初始化；

第四步：根據L1環路載波相位的估計值、定位解算模塊解出的參考振蕩器頻率偏移量，以及L2載波鎖相跟蹤環路(PLL)的鑒相誤差，聯合估計L2頻點的載波相位值，調節一個載波NCO，復現本地的L2信號載波；

第五步：通過此載波相位估值輔助L2偽碼延遲鎖定環(DLL)調節本地L2-P碼NCO，復現本地的L2-P碼，利用半無碼方法對輸入L2信號的精確跟蹤。

本發明的有益效果：