CN102116866A - 整周载波的gps p和/或y码信号的跟踪方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种整周载波的GPS P和/或Y码信号的跟踪方法和装置；方法包括：通过L1卫星信号的C/A码引导，产生本地P码；L1、L2卫星信号分别与所述本地P码相关，对相关结果做1个W bit长度的一次累加后，交叉互乘后，分别进行二次累加，得到L1、L2卫星信号的二次累加结果；根据所述L1、L2卫星信号的二次累加结果进行L1和L2卫星信号的码环、载波环的跟踪。本发明可以在L2上得到载波全波长的恢复，具有更高信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及导航领域，尤其涉及一种整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪方法和装置。
背景技术
GPS卫星同时发射L1、L2两路扩频信号，载波分别是1575.42MHz、1227.6MHz，L1信号将导航电文分别用C/A码和P码进行扩频，L2载波仅使用P码对导航电文进行扩频。美国军方出于安全性考虑，制定了AS(反电子欺骗)政策，即利用严格保密的W码和P码模二加形成Y码再对导航电文进行扩频调制，这样就不允许普通用户直接使用双频工作方式。而双频载波相位测量对于测绘应用是非常重要的；对于导航应用中电离层延迟的精确补偿也需要双频伪距。
Ashjaee等人提出自乘或平方的方法(见专利U.S.Pat.No.4928106)，把L2信号与自身平方，去除了Y码调制，输出连续波，用于载波相位测量。这种方法的缺点是：平方后输出频率2倍于原始载波频率，波长减半，增加半周模糊度，给快速解模糊度带来困难；平方还导致更多的噪声进入接收机，环路信噪比的下降。载噪比40dB/Hz转换到10M带宽后信噪比(40-70)＝-30dB，平方后为-60dB，信噪比下降30dB(与伪码相关累加相比)。
另一种为交叉相乘的方法。电离层的影响导致L1和L2信号的延时不同，而在L2上的延时要大于L1。L1、L2上调制Y码为同步的，将L1信号经延时后乘到L2信号，以去除L2上Y码调制。与方法一相比可得到L2上全波长信号的恢复，因为L1路信号与L2相比有3dB增益，所以两路相乘之后相对于L2自身平方，同样有3dB的增益。这种方法的缺点是：为了使L1和L2上的P(Y)码对齐，L2延迟要可变；因为本方法依然是在扩频带宽下处理的，信噪比较低。
Keegan提出P码辅助L2平方的方法(见专利U.S.Pat.No.4972431)，此方法不对输入信号直接平方，而是C/A码引导P码跟踪后，剥离P码，然后减少带宽到W信号带宽。即产生本地P码，去除L2信号Y码中的P码，保留未知W码。带宽从正负10MHz减小到正负500kHz。同样40dB/Hz的载噪比，转换到500kHz带宽后信噪比(40-57)＝-17dB。这样在L2信号平方时，相比之前的没有P码辅助，有13dB的增益。缺点是同样存在半波长模糊度问题；与已知W码比特边沿，在比特期间积分相比，带通滤波器不是最优的。
Lorenz等人提出P码辅助交叉相乘的方法(见专利U.S.Pat.No.5134407)，结合了P码辅助L2平方和交叉相乘方法的优点，减小带宽，减少信噪比的损失。此种方法改善了信噪比，实现全波长载波跟踪。然而，W比特相对于P码相位的定时关系必须依赖高增益天线取得，在实际应用中不现实。
Litton，Russell和Woo等人提出一种Z-跟踪方法(见专利U.S.Pat.No.5576715)。考虑W码与P码之间的关系。未知W码极性对其进行估计。用本地产生P码分别解调L1，L2两路信号，信号带宽从20MHz减小到1MHz。通过W码与P码之间的周期关系，在W码码片区间内做累加处理。对一路信号的输出值做符号判断作为对W码的估计值。将估计值乘到另一路信号上以去除W码。相对于P码辅助平方，此方法信噪比高3dB。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种整周载波的GPS信号P和/或Y码信号的跟踪方法和装置，可以在L2上得到载波全波长的恢复，进行GPS信号的P和/或Y码跟踪，具有更高信噪比。
为了解决上述问题，本发明提供了一种整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪方法，包括：
A、通过L1卫星信号的C/A码引导，产生本地P码；
B、L1、L2卫星信号分别与所述本地P码相关，对相关结果做1个Wbit长度的一次累加后，交叉互乘后，分别进行二次累加，得到L1、L2卫星信号的二次累加结果；
C、根据所述L1、L2卫星信号的二次累加结果进行L1和L2卫星信号的码环、载波环的跟踪。
进一步地，所述步骤C具体包括：
对二次累加的结果进行FFT、非相干累加、输出L1、L2卫星信号的码、载波相位鉴别误差；
分别将L1、L2卫星信号的I、Q路的码、载波相位鉴别误差加权相加后作为L1、L2卫星信号整体的码、载波相位鉴别误差进行环路滤波，完成L1和L2卫星信号的码环、载波环跟踪。
进一步地，所述步骤B中：
进行多路相关，各路采用不同的伪码延迟，得到不同的相关结果；将相关结果中相关峰最大的一路作为L2卫星信号和本地P码相关后的相关结果。
进一步地，所述步骤B中：
对一次累加得到的结果进行归一化处理得到W位估计值，用得到的W位估计值进行交叉互乘。
进一步地，所述步骤B中，产生W码时钟信号的步骤包括：
将当前速率值设为A或B；
对P码码片进行计数，达到当前速率值时在边沿时刻产生W码时钟信号；
对W码时钟信号进行计数，当前速率值为A时，当W码时钟信号达到M个时将当前速率值设为B；当前速率值为B时，当W码时钟信号达到N个时将当前速率值设为B；
A、B、M、N均为正整数。
进一步地，步骤B具体包括：
将L1卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个Wbit长度的一次累加后得到第一I路W位估计值和第一Q路W位估计值，移位并二次累加得到L1卫星信号的I路、Q路二次累加结果；
将L2卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个Wbit长度的一次累加后得到第二I路W位估计值和第二Q路W位估计值；
将第一I路W位估计值分别和第二I路、Q路W位估计值相乘；
将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果。
进一步地，步骤B具体包括：
将L1卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个Wbit长度的一次累加后得到第一I路W位估计值和第一Q路W位估计值；
将L2卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个Wbit长度的一次累加后得到第二I路W位估计值和第二Q路W位估计值，移位并二次累加得到L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果；
将第二I路W位估计值分别和第一I路、Q路W位估计值相乘；
将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到L1卫星信号的I路、Q路二次累加结果。
进一步地，步骤B具体包括：
将L1卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个Wbit长度的一次累加后得到第一I路W位估计值和第一Q路W位估计值；
将L2卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个Wbit长度的一次累加后得到第二I路W位估计值和第二Q路W位估计值；
将第一I路W位估计值分别和第二I路、Q路W位估计值相乘；
将第二I路W位估计值分别和第一I路、Q路W位估计值相乘；
将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到L1卫星信号的I路、Q路二次累加结果和L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果。
进一步地，所述步骤A具体包括：
A1、首先对L1卫星信号的伪码相位和多普勒频率进行二维搜索，捕获到卫星信号后闭合L1的C/A码环和载波环路，实现伪码和载波相位的同步，锁定L1的C/A码环和载波环；
A2、解调L1卫星信号，解析导航电文，得到当前时刻的Zcount以及相关相位信息；
A3、根据所述相关相位信息产生本地P码；
A4、由L1卫星信号的码环、载波环状态初始化L2卫星信号的码环、载波环状态。
本发明还提供了一种整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪装置，包括：
P码产生模块，用于通过L1卫星信号的C/A码引导，产生本地P码；
第一、第二相关器，分别用于将L1、L2卫星信号与所述本地P码的相关，得到第一、第二相关结果；
W码辅助模块，用于分别对所述第一、第二相关结果做1个Wbit长度的一次累加后交叉互乘，再分别进行二次累加，得到L1、L2卫星信号的二次累加结果；
环路跟踪模块，用于根据所述L1、L2卫星信号的二次累加结果进行L1和L2卫星信号的码环、载波环的跟踪。
进一步地，所述环路跟踪模块具体包括：
分别用于对L1、L2卫星信号的二次累加结果进行傅里叶变换的第一、第二FFT单元；
分别用于对第一、第二FFT单元输出的结果进行非相干累加的第一、第二累加单元；
分别用于输出L1、L2卫星信号的码、载波相位鉴别误差的第一、第二鉴别器；
分别用于将L1、L2卫星信号的I、Q路的码、载波相位鉴别误差加权相加，得到L1、L2卫星信号整体的码、载波相位鉴别误差的第一、第二融合器；
分别用于对L1、L2卫星信号的加权相加后的结果进行环路滤波，完成L1和L2卫星信号的码环和载波环跟踪的第一、第二环路滤波器。
进一步地，所述第二相关器包括：
多个相关电路，分别用于按照不同的伪码延迟对L2卫星信号与所述本地P码进行相关；
选择单元，将输出最大相关峰的相关结果的相关电路作为当前的相关电路；将该当前的相关电路输出的相关结果作为L2卫星信号和本地P码相关后的相关结果输出。
进一步地，所述跟踪装置还包括第一、第二C/A码产生模块，用于产生C/A码；
所述第一/第二相关器各包括：
第一、第二、第三、第四、第五、第六乘法器；
载波数控振荡器，用于产生sin、cos信号，分别输入给第一、第二乘法器；
码数控振荡器，用于输出控制信号给所述P码产生模块；
第一、第二乘法器分别用于将输入的卫星信号和所述sin、cos信号相乘，得到I、Q路信号；
第三、第四乘法器分别用于将所述I路、Q路信号和本地P码相乘，得到I、Q路相关结果，输出给W码辅助模块；
第五、第六乘法器分别用于将所述I路、Q路信号和C/A码相乘，结果输出给累加器。
进一步地，P码产生模块具体包括：
C/A码跟踪和捕获单元，用于对L1卫星信号的伪码相位和多普勒频率进行二维搜索，捕获到L1卫星信号后锁定C/A码环和载波环路；
解调单元，用于解调L1卫星信号，解析导航电文，得到当前时刻的Zcount以及相关相位信息；
第一、第二P码产生单元，分别用于产生L1、L2路的本地P码；
初始化单元，用于根据所述相关相位信息初始化第一、第二P码产生单元；由L1卫星信号的码环、载波环状态初始化L1、L2卫星信号的码数控振荡器、载波数控振荡器。
进一步地，所述W码辅助模块具体包括：第一、第二二次累加单元；
第一W位估计单元，用于对所述第一相关器输出的I、Q路相关结果做1个Wbit长度的一次累加，得到第一I路W位估计值和第一Q路W位估计值；
第二W位估计单元，用于对所述第二相关器输出的I、Q路相关结果做1个Wbit长度的一次累加，得到第二I路W位估计值和第二Q路W位估计值；
W码时钟生成器，用于输出W码时钟信号给所述第一、第二W位估计单元；
所述第一二次累加单元用于将所述第二I路W位估计值分别和第一I、Q路W位估计值互乘后进行二次累加，得到L1卫星信号的二次累加结果输入给所述环路跟踪模块；
所述第二二次累加单元用于将所述第一I路W位估计值分别和第二I、Q路W位估计值互乘后进行二次累加，得到L2卫星信号的二次累加结果输入给所述环路跟踪模块。
进一步地，所述第一W位估计单元对所述第一I路、Q路一次累加得到的结果进行归一化处理得到第一I路、Q路W位估计值；所述第二W位估计单元对所述第二I路、Q路一次累加得到的结果进行归一化处理得到第二I路、Q路W位估计值；
进一步地，所述W码时钟生成器具体包括：
速率选择器，设置A或B为当前速率值；每次收到使能信号后，将速率值设置为当前速率值以外的另一个值，所述速率值为A或B；比如当前速率值为A时，收到使能信号后将速率值改为B；
第一计数器，用于对P码时钟信号进行计数，也就是对P码码片进行计数；当计数值达到所述速率选择器设置的速率值时输出W码时钟信号，并重新开始计数；
第二计数器，用于对输出的W码时钟信号进行计数，当前速率值为A时，计数值到达M时发送使能信号，当前速率值为B时，计数值到达N时发送使能信号；发送使能信号后重新开始计数；
当收到X1A历元复位信号后，第一、第二计数器重新开始计数；速率选择器设置当前速率值为A或B。
进一步地，所述第一、第二二次累加单元各具体包括：
I路、Q路乘法器，I路、Q路移位寄存器，及I路、Q路累加器；
所述第一二次累加单元中：
所述I路/Q路乘法器用于将第一I路/Q路W位估计值和第二I路W位估计值相乘；
所述I路/Q路移位寄存器用于将I路/Q路相乘结果进行移位；
所述I路/Q路累加器用于将I路/Q路移位后的数据累加，得到L1卫星信号的I路/Q路二次累加结果；
所述第二二次累加单元中：
所述I路/Q路乘法器用于将第二I路/Q路W位估计值和第一I路W位估计值相乘；
所述I路/Q路移位寄存器用于将I路/Q路相乘结果进行移位；
所述I路/Q路累加器用于将I路/Q路移位后的数据累加，得到L2卫星信号的I路/Q路二次累加结果。
本发明的各实施例具有以下优点：
(1)由于未采用L2卫星信号平方或自乘，因此可以在L2卫星信号上得到载波全波长的恢复，不存在半波长模糊度；
(2)可采用通用的电路结构，通过更改辅助值，比如寄存器设定，以支持P码、Y码跟踪；
(3)采用二次相干累加的方案，使环路具有更高信噪比；
(4)采用Wbit估计值的软判决，可实现整数特性码的实数估计；
(5)对L1/L2卫星信号上C/A码或L2卫星信号上C码的跟踪结果与P(Y)码的跟踪结果融合，以实现联合跟踪，可提高测量精度；
(6)采用多路相关的方案，能够在L2卫星信号上更迅速完成相关能量的搜索，消除L1，L2卫星信号由于电离层产生的不同延时的影响。
(7)采用单向辅助或双向对称的设计，L1，L2卫星信号可交叉辅助，也可L1卫星信号单辅助L2卫星信号，或者L2卫星信号单辅助L1卫星信号，实现Y码辅助。
附图说明
图1是实施例一中整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪方法具体例子的流程图；
图2是实施例二中整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪装置的结构框图；
图3是实施例二中相关器的结构框图；
图4是实施例二中整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪装置具体例子的结构框图；
图5是实施例二中W码时钟生成器的结构框图；
图6是实施例二中W码辅助模块的二次累加单元的结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。
本发明中各实施例的设计思想如下：
同一颗卫星的L1，L2信号分别运行于不同的通道，经数字下变频后的基带信号在两个通道里分别做P码的本地相关，相互做W位估计的辅助后分别相干累加，结果进入码环载波环进行环路跟踪。
对处理通道进行模块化设计，及各功能部分设计为独立模块，有输入输出接口。
既可以实现单向辅助也可以实现双向辅助，实现Y码跟踪，即：L1，L2可交叉辅助，也可L1单辅助L2或者L2单辅助L1。
接收机在不做任何结构修改的情况下，可以支持P码、Y码跟踪。
实施例一，一种整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪方法，包括：
A、通过L1卫星信号的C/A码引导，产生本地P码；
B、L1、L2卫星信号分别与所述本地P码相关，对相关结果做1个Wbit长度的一次累加后，交叉互乘后，再分别进行二次累加，得到L1、L2卫星信号的二次累加结果；
C、根据所述L1、L2卫星信号的二次累加结果进行L1和L2卫星信号的码环、载波环的跟踪，也就是进行码相位、载波相位的跟踪。
实现L2卫星信号的跟踪就实现了Y码或者说P码的跟踪。
本实施例中，所述步骤B中，是对L1、L2卫星信号下变频后的I、Q两路信号分别与本地的C/A码和P码进行相关运算；累加时分别采用不同的积分区间，其中P码的积分区间为1个Wbit长度，即，做1个Wbit长度一次累加。
本实施例中，步骤C可以具体包括：
对二次累加的结果进行FFT、非相干累加、输出L1、L2的码、载波相位鉴别误差，进行环路滤波，完成L1和L2卫星信号的码环、载波环的跟踪。
对L1、L2卫星信号上C/A码或L2卫星信号上C码的跟踪结果与P(Y)码的跟踪结果融合，进行联合跟踪。融合具体是指：分别将L1、L2卫星信号的C/A码(I路)和P或Y码(Q路)信号的码、载波相位鉴别误差加权相加后作为L1、L2卫星信号整体的码、载波相位鉴别误差进行环路滤波；所述加权系数可根据实验或仿真结果确定。根据这两个支路信号噪声水平，确定加权系数，
本实施例中，步骤C后还可以进一步包括：进行伪距和载波相位测量。
本实施例中，步骤C中利用L1/L2卫星信号对L1和L2卫星信号的Y码相位进行跟踪，同时对L1和L2卫星信号的载波相位进行跟踪，最终实现L1和L2的观测值的测量，完成高精度测量功能。
本实施例中，所述步骤A具体包括：
A1、完成L1上C/A码的稳定跟踪。首先对L1上C/A伪码相位和多普勒频率进行二维搜索，捕获到卫星信号后闭合L1的C/A码环和载波环，实现L1上C/A伪码和载波相位的同步，锁定L1的C/A码环和载波环；实现稳定跟踪。
A2、解调L1卫星信号。跟踪上卫星信号后，就可以解析导航电文，导航电文中包含Zcount及相关相位信息；解析后得到当前时刻的Zcount以及相关相位信息；
A3、根据所述相关相位信息产生本地P码；
A4、由L1卫星信号的码环、载波环状态初始化L2卫星信号的码环、载波环状态；由于L1和L2跟踪的是同一颗卫星信号，L1频率上的多普勒频率可以折算到(推算出)L2上的多普勒频率，L1上的伪码和L2上的伪码在时间上是对齐的，这样就可以对L2的载波环和码环进行设定。
本实施例中，所述步骤B中，L2卫星信号与所述本地P码相关的具体步骤包括：
进行多路相关，各路采用不同的伪码延迟，得到不同的相关结果；将相关结果中相关峰最大的一路作为L2卫星信号和本地P码相关后的当前相关结果。这样的设计可以使L2上的Y码支路更迅速地在搜索范围内找到即时码对应的相关器。
此时可以闭合L2的跟踪环路，锁定L2的码和载波跟踪环路。跟踪环路锁定后L2的Wbit估计为最优，L2的Wbit估计辅助L1可以完成L1上Q支路的跟踪，以达到I，Q联合跟踪。
本实施例中采用Wbit实数估计值。本实施例对一次累加结果进行归一化处理得到的W位估计值，也就是对一次累加结果做实数估计，所谓实数估计是指不对计算的结果做单一门限的0或1判决，而是将结果进行归一化处理后输出，直接参与后续处理，也就是用得到的W位估计值进行交叉互乘。
本实施例中，W码有2种可选速率A，B(A，B为P码码片数，或P码时钟信号数)；2种码速率每次分别持续M，N个Wbit长度。
本实施例的步骤B中产生W码时钟信号的具体方式是：
将当前速率值设为A或B；
对P码码片进行计数，达到当前速率值时在边沿时刻产生W码时钟信号；
对W码时钟信号进行计数，当前速率值为A时，当W码时钟信号达到M个时将当前速率值设为B；当前速率值为B时，当W码时钟信号达到N个时将当前速率值设为B；
A、B、M、N均为正整数。
可见，这样产生的W码的周期为P码周期的整数倍，且W码的边沿一定与P码边沿对齐。
本实施例中，步骤B具体包括：
将L1卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个Wbit长度的一次累加后得到第一I路W位估计值和第一Q路W位估计值；
将L2卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个Wbit长度的一次累加后得到第二I路W位估计值和第二Q路W位估计值；
将第一I路W位估计值分别和第二I路、Q路W位估计值相乘；
将第二I路W位估计值分别和第一I路、Q路W位估计值相乘；
将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到L1卫星信号的I路、Q路二次累加结果和L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果。
这样的做法是L1，L2交叉辅助，实际应用时，也可L1单辅助L2：仅将第一I路W位估计值分别和第二I路、Q路W位估计值相乘，将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果；将第一I路、Q路W位估计值移位并二次累加得到L1卫星信号的I路、Q路二次累加结果。
还可以L2单辅助L1：仅将第二I路W位估计值分别和第一I路、Q路W位估计值相乘，将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到L1卫星信号的I路、Q路二次累加结果；将第二I路、Q路W位估计值移位并二次累加得到L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果。
本实施例的一个具体的例子的流程如图1所示，包括：
101、对L1的C/A码环和载波环进行跟踪，并解调导航信号；
102、进行初始化，使产生的本地P码与L1 C/A码对准；产生本地P码；
103、根据L1码环、载波环初始化L2码环、载波环；
104、L1、L2和本地P码进行相关；在L2的多路相关结果中找到相关峰最大的一路；
105、闭合L2码和载波的跟踪环路；
106、判断L2载波跟踪环路是否锁定，如果是则进行步骤107；否则继续本步骤；
107、L1联合跟踪C/A码和P码；
108、进行伪距和载波相位测量。
实施例二，一种整周载波的GPSP和/或Y码信号的跟踪装置，如图2所示，包括：
P码产生模块，用于通过L1卫星信号的C/A码引导，产生本地P码；
第一、第二相关器，分别用于将L1、L2卫星信号与所述本地P码的相关，得到第一、第二相关结果；
W码辅助模块，用于分别对所述第一、第二相关结果做1个Wbit长度的一次累加后交叉互乘，再分别进行二次累加，得到L1、L2卫星信号的二次累加结果；
环路跟踪模块，用于根据所述L1、L2卫星信号的二次累加结果进行L1和L2卫星信号的码环和载波环的跟踪。
实现L2卫星信号的跟踪就是实现了Y码或者说P码的跟踪。
本实施例中，所述环路跟踪模块可以具体包括：
分别用于对L1、L2卫星信号的二次累加结果进行傅里叶变换的第一、第二FFT单元；
分别用于对第一、第二FFT单元输出的结果进行非相干累加的第一、第二累加单元；
分别用于输出L1、L2卫星信号的码、载波相位鉴别误差的第一、第二鉴别器；
分别用于将L1、L2卫星信号的I、Q路的码、载波相位鉴别误差加权相加，得到L1、L2卫星信号整体的码、载波相位鉴别误差的第一、第二融合器；
分别用于对L1、L2卫星信号的加权相加后的结果进行环路滤波，完成L1和L2卫星信号的码环和载波环跟踪的第一、第二环路滤波器。
本实施例中，所述跟踪装置还包括第一、第二C/A码产生模块，用于产生C/A码；
本实施例中，所述第一/第二相关器如图3所示，可以各包括：
第一、第二、第三、第四、第五、第六乘法器；
载波数控振荡器，用于产生sin、cos信号，分别输入给第一、第二乘法器；
码数控振荡器，用于输出控制信号给所述第一、第二C/A码产生模块和P码产生模块；
第一、第二乘法器分别用于将输入的卫星信号(对于第一相关器，是L1卫星信号，对于第二相关器，是L2卫星信号)和所述sin、cos信号相乘，得到I、Q路信号；
第三、第四乘法器分别用于将所述I路、Q路信号和本地P码相乘，得到I、Q路相关结果，输出给W码辅助模块进行一次累加，即输出给图3中的一次累加器；
第五、第六乘法器分别用于将所述I路、Q路信号和C/A码相乘，结果输出给累加器。
本实施例中，所述W码辅助模块具体可以包括：
第一、第二二次累加单元；
第一W位估计单元，用于对所述第一相关器输出的I、Q路相关结果做1个Wbit长度的一次累加，得到第一I路W位估计值和第一Q路W位估计值；
第二W位估计单元，用于对所述第二相关器输出的I、Q路相关结果做1个Wbit长度的一次累加，得到第二I路W位估计值和第二Q路W位估计值；
W码时钟生成器，用于输出W码时钟信号给所述第一、第二W位估计单元；
所述第一二次累加单元用于将所述第二I路W位估计值分别和第一I、Q路W位估计值互乘后进行二次累加，得到L1卫星信号的二次累加结果输入给所述环路跟踪模块；
所述第二二次累加单元用于将所述第一I路W位估计值分别和第二I、Q路W位估计值互乘后进行二次累加，得到L2卫星信号的二次累加结果输入给所述环路跟踪模块。
本实施例中，所述第一/第二W位估计单元采用Wbit估计值的软判决，对所述第一/第二I、Q路一次累加得到的结果进行归一化处理(做实数估计)得到第一/第二I、Q路W位估计值，而不仅仅是单一门限，0，1的判决。
本实施例的一个具体的例子的结构如图4所示，包括分别对L1、L2卫星信号进行处理的两个通道，各通道结构类似，下面将描述对L1卫星信号进行处理的通道，对L2卫星信号进行处理的通道可以类推，不再赘述。
同上述对相关器的描述，载波数控振荡器产生的sin、cos信号和卫星信号相乘得到I、Q路信号；I、Q路信号分别和由码数控振荡器控制的本地P码、C/A码相乘；本图中，PN(I)即本地P码，PN(Q)即C/A码。
与C/A码相乘的结果进累加器；与P码相乘的结果进W位估计单元，即图中的W码积分清零；得到的L1W位估计进本通道和对L2处理通道的二次累加单元，即图中的二级累加器；
二级累加器出来的结果进环路跟踪模块，即图中的L1跟踪环路；
其中，W码积分清零受L1W码时钟信号控制；L1W码时钟信号根据L1P码时钟信号和L1X1A历元复位信号产生；码数控振荡器受L1P码时钟信号控制。
本实施例中，所述P码产生模块具体可以包括：
C/A码捕获和跟踪单元，用于对L1卫星信号的伪码相位和多普勒频率进行二维搜索，捕获到L1卫星信号后锁定C/A码和载波，实现伪码和载波相位的同步；
解调单元，用于解调L1卫星信号，解析导航电文，得到当前时刻的Zcount以及相关相位信息；
第一、第二P码产生单元，分别用于产生L1、L2路的本地P码；
初始化单元，用于根据所述相关相位信息初始化第一、第二P码产生单元；由L1卫星信号的码环、载波环状态初始化L1、L2卫星信号的码数控振荡器、载波数控振荡器。
本实施例中，所述第二相关器可以包括：
多个相关电路，分别用于按照不同的伪码延迟对L2卫星信号与所述本地P码进行相关；
选择单元，将输出最大相关峰的相关结果的相关电路作为当前的相关电路；将该当前的相关电路输出的相关结果作为L2卫星信号和本地P码相关后的相关结果输出。
本实施例中，所述W码辅助模块把Y码支路相关器的输出累加结果作为输入，每个相关器的I、Q值分别与另外通道的Wbit辅助信号相乘，相乘结果移位后分别做二次累加。累加区间受I支路的清零指示控制。剥离P码、W码及导航电文后，只包含载波相位差的信号，因此可做长时间相干累加，显著提高环路信噪比。
本实施例中，所述W码时钟生成器用于控制累加时P码的积分区间，如图5所示，具体可以包括：
速率选择器，上电后先设置A或B为当前速率值；每次收到使能信号后，将速率值设置为当前速率值以外的另一个值，所述速率值为A或B；比如当前速率值为A时，收到使能信号后将速率值改为B；
第一计数器，用于对P码时钟信号进行计数，也就是对P码码片进行计数；当计数值达到所述速率选择器设置的速率值时输出W码时钟信号，并重新开始计数；
第二计数器，用于对输出的W码时钟信号进行计数，当前速率值为A时，计数值到达M时发送使能信号，当前速率值为B时，计数值到达N时发送使能信号；发送使能信号后重新开始计数；
当收到X1A历元复位信号后，第一、第二计数器重新开始计数；速率选择器设置当前速率值为A或B。
本实施例中，所述第一、第二二次累加单元如图6所示，可以各包括：
I路、Q路乘法器，I路、Q路移位寄存器，及I路、Q路累加器；
所述第一二次累加单元中：
所述I路/Q路乘法器用于将第一I路/Q路W位估计值和第二I路W位估计值相乘；实际应用中，也可以和1相乘，此时L2不辅助L1；可以但不限于用一寄存器存放第二I路W位估计值或1；
所述I路/Q路移位寄存器用于将I路/Q路相乘结果进行移位；
所述I路/Q路累加器用于将I路/Q路移位后的数据累加，得到L1卫星信号的I路/Q路二次累加结果；
所述第二二次累加单元中：
所述I路/Q路乘法器用于将第二I路/Q路W位估计值和第一I路W位估计值相乘；实际应用中，也可以和1相乘，此时L1不辅助L2；可以但不限于用一寄存器存放第一I路W位估计值或1；
所述I路/Q路移位寄存器用于将I路/Q路相乘结果进行移位；
所述I路/Q路累加器用于将I路/Q路移位后的数据累加，得到L2卫星信号的I路/Q路二次累加结果。经过二次累加，可以同步生成I/Q两路鉴别结果，进行加权组合，生成联合跟踪控制量，L1/L2上C/A或L2C与Y码可实现联合跟踪，提高测量精度。
上述两个实施例中，以P/Y码举例说明了卫星信号的跟踪方法，实际应用中，如果卫星导航***采用以低频率保密码调制已知的高频率测距码的信号结构，采取上述的方法和装置对其捕获和跟踪，以达到解调卫星信号，伪距以及载波相位等测量目的，均在本申请的保护范围之内。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (18)
1.一种整周载波的GPS P和/或Y码信号的跟踪方法，包括：
A、通过L1卫星信号的C/A码引导，产生本地P码；
B、L1、L2卫星信号分别与所述本地P码相关，对相关结果做1个W bit长度的一次累加后，交叉互乘后，分别进行二次累加，得到L1、L2卫星信号的二次累加结果；
C、根据所述L1、L2卫星信号的二次累加结果进行L1和L2卫星信号的码环、载波环的跟踪。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：
对二次累加的结果进行FFT、非相干累加、输出L1、L2卫星信号的码、载波相位鉴别误差；
分别将L1、L2卫星信号的I、Q路的码、载波相位鉴别误差加权相加后作为L1、L2卫星信号整体的码、载波相位鉴别误差进行环路滤波，完成L1和L2卫星信号的码环、载波环跟踪。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中：
进行多路相关，各路采用不同的伪码延迟，得到不同的相关结果；将相关结果中相关峰最大的一路作为L2卫星信号和本地P码相关后的相关结果。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中：
对一次累加得到的结果进行归一化处理得到W位估计值，用得到的W位估计值进行交叉互乘。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，产生W码时钟信号的步骤包括：
将当前速率值设为A或B；
对P码码片进行计数，达到当前速率值时在边沿时刻产生W码时钟信号；
对W码时钟信号进行计数，当前速率值为A时，当W码时钟信号达到M个时将当前速率值设为B；当前速率值为B时，当W码时钟信号达到N个时将当前速率值设为B；
A、B、M、N均为正整数。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B具体包括：
将L1卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个W bit长度的一次累加后得到第一I路W位估计值和第一Q路W位估计值，移位并二次累加得到L1卫星信号的I路、Q路二次累加结果；
将L2卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个W bit长度的一次累加后得到第二I路W位估计值和第二Q路W位估计值；
将第一I路W位估计值分别和第二I路、Q路W位估计值相乘；
将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B具体包括：
将L1卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个W bit长度的一次累加后得到第一I路W位估计值和第一Q路W位估计值；
将L2卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个W bit长度的一次累加后得到第二I路W位估计值和第二Q路W位估计值，移位并二次累加得到L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果；
将第二I路W位估计值分别和第一I路、Q路W位估计值相乘；
将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到L1卫星信号的I路、Q路二次累加结果。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B具体包括：
将L1卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个W bit长度的一次累加后得到第一I路W位估计值和第一Q路W位估计值；
将L2卫星信号分成I、Q两路与所述本地P码相关，得到I、Q两路相关结果，做1个W bit长度的一次累加后得到第二I路W位估计值和第二Q路W位估计值；
将第一I路W位估计值分别和第二I路、Q路W位估计值相乘；
将第二I路W位估计值分别和第一I路、Q路W位估计值相乘；
将相乘结果分别进行移位，并二次累加，得到L1卫星信号的I路、Q路二次累加结果和L2卫星信号的I路、Q路二次累加结果。
9.如权利要求1到8中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：
A1、首先对L1卫星信号的伪码相位和多普勒频率进行二维搜索，捕获到卫星信号后闭合L1的C/A码环和载波环路，实现伪码和载波相位的同步，锁定L1的C/A码环和载波环；
A2、解调L1卫星信号，解析导航电文，得到当前时刻的Zcount以及相关相位信息；
A3、根据所述相关相位信息产生本地P码；
A4、由L1卫星信号的码环、载波环状态初始化L2卫星信号的码环、载波环状态。
10.一种整周载波的GPS P和/或Y码信号的跟踪装置，其特征在于，包括：
P码产生模块，用于通过L1卫星信号的C/A码引导，产生本地P码；
第一、第二相关器，分别用于将L1、L2卫星信号与所述本地P码的相关，得到第一、第二相关结果；
W码辅助模块，用于分别对所述第一、第二相关结果做1个W bit长度的一次累加后交叉互乘，再分别进行二次累加，得到L1、L2卫星信号的二次累加结果；
环路跟踪模块，用于根据所述L1、L2卫星信号的二次累加结果进行L1和L2卫星信号的码环、载波环的跟踪。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述环路跟踪模块具体包括：
分别用于对L1、L2卫星信号的二次累加结果进行傅里叶变换的第一、第二FFT单元；
分别用于对第一、第二FFT单元输出的结果进行非相干累加的第一、第二累加单元；
分别用于输出L1、L2卫星信号的码、载波相位鉴别误差的第一、第二鉴别器；
分别用于将L1、L2卫星信号的I、Q路的码、载波相位鉴别误差加权相加，得到L1、L2卫星信号整体的码、载波相位鉴别误差的第一、第二融合器；
分别用于对L1、L2卫星信号的加权相加后的结果进行环路滤波，完成L1和L2卫星信号的码环和载波环跟踪的第一、第二环路滤波器。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二相关器包括：
多个相关电路，分别用于按照不同的伪码延迟对L2卫星信号与所述本地P码进行相关；
选择单元，将输出最大相关峰的相关结果的相关电路作为当前的相关电路；将该当前的相关电路输出的相关结果作为L2卫星信号和本地P码相关后的相关结果输出。
13.如权利要求10到12中任一项所述的装置，其特征在于，还包括：
第一、第二C/A码产生模块，用于产生C/A码；
所述第一/第二相关器各包括：
第一、第二、第三、第四、第五、第六乘法器；
载波数控振荡器，用于产生sin、cos信号，分别输入给第一、第二乘法器；
码数控振荡器，用于输出控制信号给所述P码产生模块；
第一、第二乘法器分别用于将输入的卫星信号和所述sin、cos信号相乘，得到I、Q路信号；
第三、第四乘法器分别用于将所述I路、Q路信号和本地P码相乘，得到I、Q路相关结果，输出给W码辅助模块；
第五、第六乘法器分别用于将所述I路、Q路信号和C/A码相乘，结果输出给累加器。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，P码产生模块具体包括：
C/A码跟踪和捕获单元，用于对L1卫星信号的伪码相位和多普勒频率进行二维搜索，捕获到L1卫星信号后锁定C/A码环和载波环路；
解调单元，用于解调L1卫星信号，解析导航电文，得到当前时刻的Zcount以及相关相位信息；
第一、第二P码产生单元，分别用于产生L1、L2路的本地P码；
初始化单元，用于根据所述相关相位信息初始化第一、第二P码产生单元；由L1卫星信号的码环、载波环状态初始化L1、L2卫星信号的码数控振荡器、载波数控振荡器。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述W码辅助模块具体包括：第一、第二二次累加单元；
第一W位估计单元，用于对所述第一相关器输出的I、Q路相关结果做1个W bit长度的一次累加，得到第一I路W位估计值和第一Q路W位估计值；
第二W位估计单元，用于对所述第二相关器输出的I、Q路相关结果做1个W bit长度的一次累加，得到第二I路W位估计值和第二Q路W位估计值；
W码时钟生成器，用于输出W码时钟信号给所述第一、第二W位估计单元；
所述第一二次累加单元用于将所述第二I路W位估计值分别和第一I、Q路W位估计值互乘后进行二次累加，得到L1卫星信号的二次累加结果输入给所述环路跟踪模块；
所述第二二次累加单元用于将所述第一I路W位估计值分别和第二I、Q路W位估计值互乘后进行二次累加，得到L2卫星信号的二次累加结果输入给所述环路跟踪模块。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于：
所述第一W位估计单元对所述第一I路、Q路一次累加得到的结果进行归一化处理得到第一I路、Q路W位估计值；所述第二W位估计单元对所述第二I路、Q路一次累加得到的结果进行归一化处理得到第二I路、Q路W位估计值。
17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述W码时钟生成器具体包括：
速率选择器，设置A或B为当前速率值；每次收到使能信号后，将速率值设置为当前速率值以外的另一个值，所述速率值为A或B；比如当前速率值为A时，收到使能信号后将速率值改为B；
第一计数器，用于对P码时钟信号进行计数，也就是对P码码片进行计数；当计数值达到所述速率选择器设置的速率值时输出W码时钟信号，并重新开始计数；
第二计数器，用于对输出的W码时钟信号进行计数，当前速率值为A时，计数值到达M时发送使能信号，当前速率值为B时，计数值到达N时发送使能信号；发送使能信号后重新开始计数；
当收到X1A历元复位信号后，第一、第二计数器重新开始计数；速率选择器设置当前速率值为A或B。
18.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述第一、第二二次累加单元各具体包括：
I路、Q路乘法器，I路、Q路移位寄存器，及I路、Q路累加器；
所述第一二次累加单元中：
所述I路/Q路乘法器用于将第一I路/Q路W位估计值和第二I路W位估计值相乘；
所述I路/Q路移位寄存器用于将I路/Q路相乘结果进行移位；
所述I路/Q路累加器用于将I路/Q路移位后的数据累加，得到L1卫星信号的I路/Q路二次累加结果；
所述第二二次累加单元中：
所述I路/Q路乘法器用于将第二I路/Q路W位估计值和第一I路W位估计值相乘；
所述I路/Q路移位寄存器用于将I路/Q路相乘结果进行移位；
所述I路/Q路累加器用于将I路/Q路移位后的数据累加，得到L2卫星信号的I路/Q路二次累加结果。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |