[發明專利]GPS衛星的載波頻率檢測方法和裝置及GPS接收機

有效

• 申請號: 201210433704.9
• 申請日: 2009-06-30
• 公開（公告）號: CN102981171A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 余曉光;俞波;何曉勇;鄒景華
• 申請（專利權）人: 邁實電子（上海）有限公司
• 主分類號: G01S19/29
• 分類號: G01S19/29;G01S19/28;G01S19/23
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 陳煒;李德山

本申請為2009年6月30日提交的申請號為200910158460.6、發明名稱為“GPS衛星的載波頻率檢測方法和裝置及GPS接收機”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明總體上涉及一種GPS（全球定位系統）技術，尤其是涉及用于檢測GPS衛星的載波頻率的技術。

背景技術

如圖1所示，一般的GPS接收機主要由天線10、前置放大器20、射頻－中頻（RF/IF）變換器30、模數（A/D）變換器40、數字基帶處理器50、導航處理器60和控制顯示單元70組成。GPS衛星發射的射頻信號（RF）通過天線10接收，并通過無源的帶通濾波器（圖中未示出）濾波，以減小帶外射頻干擾。然后，射頻信號被前置放大器20預放大，并被RF/IF變換器30下變頻為中頻（IF）信號，再用模數（A/D）變換器40對IF信號采樣和數字化，得到的數字中頻信號（也稱為數字基帶信號）送入數字基帶處理器（DBP）50進行處理。數字基帶處理器50主要完成以下功能：搜索衛星，牽引并跟蹤衛星；對導航電文數據信號實行解擴，解調出導航電文數據；進行偽距測量、載波相位測量及多普勒頻偏測量。為實現擴頻信號的解擴、解調，DBP中包含數字偽碼延遲鎖定環（DDLL）、數字載波鎖相環（DPLL）和數字載波鎖頻環（DFLL）。從中頻數據解調后得到的衛星信息被送至導航處理器60進行定位計算，確定用戶的位置、速度和時間（PVT）信息。從圖1中可以看到，導航處理器60包括：選星裝置610用于選擇相應的衛星信息進行處理，速度解算裝置620和位置及時鐘解算裝置630用于確定PVT信息，以及包括后處理裝置640。最后，通過控制顯示單元70在GPS接收機的屏幕上將PVT信息直觀顯示出來。

在GPS接收機的處理過程中，偽碼延遲鎖定環、數字載波鎖相環和數字載波鎖頻環對接收機的性能影響是至關重要的。偽碼延遲鎖定環用于測量偽碼的接收時間，該接收時間的值直接決定了偽距的測量精度。數字載波鎖相環用于載波相位測量，數字載波鎖頻環用于載波的多普勒頻偏測量，這兩個測量值用于基帶信號的載波相位及多普勒頻率的剝離。若載波鎖相環、載波鎖頻環和偽碼延遲鎖定環出現偏差，則會直接導致衛星的偽距測量不準，從而使得最終計算的用戶PVT信息出現偏差，該偏差在很多時候是不可接受的。

由于載波鎖相環、鎖頻環和偽碼延遲鎖定環對GPS接收機性能的決定性作用，這三者的設計也是至關重要的。由于載波鎖頻環的反應速度較偽碼延遲鎖定環快，所以一般設計時都會考慮將載波鎖頻環得到的多普勒頻率偏移值用于修正偽碼延遲鎖定環，如果載波鎖頻環的跟蹤頻率出現偏移，則會導致偽碼延遲鎖定環的偏移。圖2示出了正常情況下靜止接收機載波鎖相環跟蹤的載波多普勒頻率偏移隨時間的變化示意圖。從圖2可以看出，在正常情況下，DFLL跟蹤的載波多普勒頻偏變化規律是非常平滑的減小或增大。

當DFLL跟蹤的載波多普勒頻偏出現偏差時，情況與圖2所示不同。圖3示出了當鎖頻環跟蹤異常時，輸出的載波多普勒頻率。從圖3可以看出在500s、1000s和1500s位置均出現了跟蹤多普勒頻率出現偏移的問題，偏移量在200Hz-400Hz左右，這直接導致了定位結果與真實位置偏差100m以上。其原因主要是，在弱信號情況下，由于噪聲和多徑的影響很難保證鎖頻環跟蹤的長期穩定，當出現頻率偏差時，使用載波鎖定檢測也無法反映出跟蹤是否正常。

發明內容

本發明的一個目的是，提出一種方法和裝置，通過使用該方法和裝置能有效地檢測出衛星的載波出現異常頻偏。

本發明的另一個目的是，提出一種方法和裝置，通過使用該方法和裝置能夠基于對GPS衛星的載波的頻率偏移的檢測結果迅速重新激發對出現載波異常頻偏的衛星的捕獲。

本發明的另一個目的是，提出一種方法和裝置，通過使用該方法和裝置能夠基于對GPS衛星的載波的頻率偏移的檢測結果避免將被判定為載波出現異常頻偏的衛星選擇用于定位。

本發明的另一個目的是，提出一種方法和裝置，通過使用該方法和裝置能夠檢測未參與定位的GPS衛星的載波頻率檢測值是否正確。

本發明的再一個目的是，提出一種使用至少一種上述方法和/或裝置的GPS接收機。