高靈敏度接收機跟蹤環(huán)路設計

摘要：基于GPS/BD兼容高靈敏度導航產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項目，對經(jīng)典載波跟蹤環(huán)進(jìn)行修改，設計實(shí)現了高靈敏度跟蹤環(huán)路。將傳統的單點(diǎn)積分數據，轉化成一列數據，對該數據進(jìn)行FFT變換后，可提高載波頻率的估計精度，從而提高系統的跟蹤靈敏度。并對高靈敏度跟蹤環(huán)路進(jìn)行仿真分析，證明高靈敏跟蹤環(huán)路對弱信號的跟蹤能力。

　　0 引言

　　全球衛星導航系統GNSS（Global Navigation Satel-lite System）在政治、經(jīng)濟以及軍事等多個(gè)領(lǐng)域都具有重要意義。從飛機、汽車(chē)到個(gè)人手持通信終端，都能看到GNSS定位技術(shù)，GNSS系統在民用領(lǐng)域應用十分廣泛，對國民經(jīng)濟建設也起到了重要作用。目前全球已經(jīng)使用和公開(kāi)研制的GNSS 系統一共有以下四個(gè)，美國的GPS 導航系統、俄羅斯的GLONASS 導航系統、歐盟的GALILEO導航系統和中國的北斗導航系統。

　　隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步、應用需求的增加，衛星導航以全天候、自動(dòng)化、高效率、高精度等顯著(zhù)特點(diǎn)及其所獨具的定位導航、精密測量、授時(shí)校頻等多方面的強大功能，已涉足眾多的應用領(lǐng)域，使衛星導航成為了繼蜂窩移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)之后的全球第三個(gè)IT經(jīng)濟新增長(cháng)點(diǎn)。隨著(zhù)我國自主衛星導航系統北斗系統建設的全面展開(kāi)，北斗的應用將迅速推廣，結合衛星導航與通信、多媒體等的多方面需求。面向大眾及行業(yè)的導航應用，研制高性能多模高靈敏度導航基帶芯片及多模導航基帶IP 核，將對提高我國核心導航產(chǎn)品技術(shù)水平和市場(chǎng)占有率，為重大專(zhuān)項典型示范項目提供自主核心芯片和解決方案。

　　天線(xiàn)接收到的GPS 信號功率一般為-130 dBm，但在室內、森林、城市等復雜環(huán)境下，GPS信號驗證衰減可達20~30 dB，此時(shí)普通GPS 接收機不能實(shí)現正確的捕獲和跟蹤。本文基于了高靈敏度數字基帶芯片的研究背景，對經(jīng)典載波跟蹤環(huán)進(jìn)行修改，設計實(shí)現了高靈敏度跟蹤環(huán)路設計，高靈敏跟蹤環(huán)路接收機實(shí)現了正確的捕獲和跟蹤。

　　1 自主跟蹤環(huán)路設計

　　1.1 自主跟蹤環(huán)路設計

　　衛星信號由3部分組成：導航電文、偽隨機擴頻（C/A）碼和載波?；鶐盘柼幚砥魍竭^(guò)程包括捕獲和跟蹤。捕獲是一個(gè)對衛星和接收機相對運動(dòng)引起的載波多普勒頻偏和C/A 碼相位偏移進(jìn)行粗略估計的二維搜索過(guò)程，捕獲完成后這兩個(gè)參數用來(lái)初始化跟蹤環(huán)路。

　　跟蹤環(huán)路進(jìn)行了精確地相位同步和跟蹤，從而實(shí)現了載波的剝離和C/A碼的剝離，最終得到了導航電文用于導航解算。

　　自主捕獲通道所得結果中的衛星號、擴頻碼相位這些信息輸入至衛星擴頻碼產(chǎn)生器，啟動(dòng)了擴頻碼序列的產(chǎn)生，包括超前0.5 碼片、即時(shí)碼片和滯后0.5 碼片共3 路序列，然后與本地偽碼信號進(jìn)行相關(guān)處理，通過(guò)擴頻碼跟蹤環(huán)路與載波跟蹤環(huán)路的有關(guān)運算，使載波環(huán)路和碼環(huán)路保持了鎖定狀態(tài)。程序結構如圖1所示。

　　跟蹤環(huán)路包括了載波跟蹤環(huán)和碼跟蹤環(huán)，兩個(gè)環(huán)路相互影響，只有兩個(gè)環(huán)路同時(shí)鎖定時(shí)，才能解調出導航電文。載波跟蹤環(huán)路對環(huán)境噪聲、晶振的相位噪聲和動(dòng)態(tài)應力等更加敏感，比碼跟蹤環(huán)路更容易失鎖，因此成為接收機的關(guān)鍵和設計難點(diǎn)。

　　1.2 碼跟蹤環(huán)路

　　由于碼跟蹤環(huán)DDLL算法可用軟件實(shí)現，并能保證偽碼延時(shí)精確到1%個(gè)碼片內。因此，自主碼跟蹤環(huán)采用了此方法進(jìn)行偽碼相位跟蹤的，即利用本地碼發(fā)生器產(chǎn)生了相位超前、滯后信號并與輸入的信號相關(guān)，比較兩支路結果以獲取碼相位誤差信號來(lái)控制碼DCO并產(chǎn)生與輸入碼相位一致的本地碼信號。

　　碼環(huán)鑒相器的輸入為同相/正交支路碼相位超前/滯后的相關(guān)信號。碼相關(guān)發(fā)生時(shí)