[發明專利]一種超高靈敏度的GNSS信號的載波跟蹤方法

無效

• 申請號: 200910244527.8
• 申請日: 2009-12-30
• 公開（公告）號: CN102116865A
• 公開（公告）日: 2011-07-06
• 發明（設計）人: 巴曉輝;劉彬;陳杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01S19/29
• 分類號: G01S19/29
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及全球定位技術領域，尤其涉及一種高靈敏度接收機中GNSS信號的載波跟蹤方法。

背景技術

全球衛星定位與導航系統，例如全球定位系統(GPS)，包括一組發送GPS信號的一個衛星星座(又被稱為Navstar衛星)，該GPS信號能被接收機用來確定該接收機的位置。衛星軌道被安排在多個平面內，以便在地球上任何位置都能從至少四顆衛星接收該種信號。更典型的情況是，在地球上絕大多數地方都能從六顆以上衛星接收該種信號。

每一顆GPS衛星所發送的GPS信號都是直接序列擴頻信號。商業上使用的信號與標準定位服務(SPS)有關，而且被稱之為粗碼(C/A碼)的直接序列二相擴頻信號，在1575.42MHz的載波下，具有每秒1.023兆碼片的速率。偽隨機噪聲(PN)序列長度是1023個碼片，對應于1毫秒的時間周期。每一顆衛星發射不同的PN碼(Gold碼)，使得信號能夠從幾顆衛星同時發送，并由一接收機同時接收，相互間幾乎無干擾。術語“衛星星號”和這個PN碼相關，可以用以標示不同的GPS衛星。

GPS的調制信號是導航電文(又被稱為D碼)和PN碼的組合碼。導航電文的速率為每秒50比特。D碼的基本單位是一個1500比特的主幀，主幀又分為5個300比特的子幀。其中子幀一包含了標識碼，星種數據齡期，衛星時鐘修正參數信息。子幀二和子幀三包含了實時的GPS衛星星歷(ephemeris)，星歷是當前導航定位信息的最主要內容。利用子幀一至子幀三的信息即可以實現定位，完成定位的基本任務。子幀四和子幀五包含了1至32顆衛星的健康狀況，UTC校準信息和電離層修正參數及1至32顆衛星的歷書(almanac)。歷書是衛星星歷參數的簡化子集，用于預測相對于接收機的可見衛星及其多普勒頻偏。歷書每12.5分鐘廣播一次，有效期為幾個月。

對某顆衛星的信號實現跟蹤是全球定位系統接收機進行偽距測量進而實現定位解算的前提。跟蹤靈敏度是度量全球定位系統接收機跟蹤能力乃至全球定位系統接收機整體性能的重要指標。GPS系統設計保證了在空曠天空的情況下，GPS接收機接收到的衛星信號大于-130dBm。但是城市峽谷、密林、高架乃至室內等衛星信號遮擋嚴重情況下，衛星信號的強度往往低于-155dBm甚至-160dBm。跟蹤靈敏度的高低直接決定了全球定位系統接收機在上述情況下定位的性能甚至是否可用。早期的商用GPS接收機的跟蹤靈敏度大概在-150dBm左右。而現代接收機的最高水平一般在-157dBm～-160dBm，且達到這樣的指標往往是以百萬計的相關器的硬件規模為代價的。如何提高跟蹤靈敏度同時保證硬件規模在可以接受的范圍內是全球定位系統接收機的一個核心技術。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種超高靈敏度的GNSS信號的載波跟蹤方法，使得跟蹤環路能在極弱信號下能夠保證高靈敏度跟蹤。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種超高靈敏度的GNSS信號的載波跟蹤方法，該方法是在捕獲載波頻率和碼相位后，對相關器的輸出值進行緩沖及處理，然后利用處理結果進行載波頻率的跟蹤；對處理后的I、Q兩路數據進行FFT運算，通過計算門限，如果FFT運算結果的峰值超過門限，則進行頻率更新，否則不進行頻率更新。

上述方案中，所述對相關器的輸出值進行緩沖及處理是通過對當前輸出值及距當前輸出時刻最近的多個輸出值的緩沖存儲并累加實現的。

上述方案中，所述處理后的I、Q兩路數據是將接收信號經過解擴、本地載波剝離和數據剝離之后20ms累加得到的I(t)和Q(t)兩路信號。

上述方案中，所述對處理后的I、Q兩路數據進行FFT運算，具體包括：