Ts的積分清零器對接收信號進(jìn)行長度為Ts的積分操作，完成一次積分后積分器清零并開始下一次積分運(yùn)算，每完成一次積分輸出一個(gè)積分值；
[0035]2)時(shí)長Ts的積分清零器的輸出作為N點(diǎn)存儲(chǔ)器的輸入，N點(diǎn)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)完N點(diǎn)積分值后并行輸入L點(diǎn)FFT運(yùn)算模塊，L的值大于等于N且為2的冪次；
[0036]3) L點(diǎn)FFT計(jì)算N點(diǎn)積分值的傅里葉變換，當(dāng)N小于L時(shí)，在N點(diǎn)積分值后面補(bǔ)L-N個(gè)零，以使得FFT的輸入為L點(diǎn)；
[0037]4)完成FFT運(yùn)算后，由搜索包絡(luò)最大值模塊對FFT結(jié)果取包絡(luò)并搜索包絡(luò)的最大值及其位置；
[0038]5)根據(jù)包絡(luò)最大值的位置計(jì)算多普勒頻率f2。
[0039]相關(guān)積分的長度Ts根據(jù)接收機(jī)捕獲指標(biāo)確定(動(dòng)態(tài)指標(biāo)要求越高，Ts值越小)，兩次FFT使用的輸入數(shù)據(jù)的起始時(shí)間間隔為Tl (Tl的值需要在加速度估計(jì)精度和加速度估計(jì)范圍之間折中，Tl越小加速度估計(jì)范圍越大，加速度估計(jì)精度越差)，每次FFT的輸入點(diǎn)數(shù)為N(N的值需要在加速度估計(jì)精度和加速度估計(jì)范圍之間折中，N越小加速度估計(jì)范圍越大，加速度估計(jì)精度越差)，輸出點(diǎn)數(shù)為L，L大于等于N且為2的冪次，L大于N時(shí)需要在輸入的N點(diǎn)數(shù)據(jù)后面補(bǔ)零，使輸入點(diǎn)數(shù)為L。兩次FFT估計(jì)出的兩個(gè)多普勒頻率分別記為fl和f2，多普勒頻率變化率的計(jì)算表達(dá)式為(f2-fl)/Tl。開環(huán)加速度估計(jì)器得到的多普勒頻率變化率賦值給圖1中載波環(huán)的加速度估計(jì)積分器，得到的多普勒頻率f2賦值給圖1中載波環(huán)的速度估計(jì)積分器。
[0040]引導(dǎo)階段結(jié)束后，環(huán)路進(jìn)入跟蹤階段，載波環(huán)在這個(gè)階段開始工作，與傳統(tǒng)環(huán)路相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)的跟蹤環(huán)路增加了一個(gè)開環(huán)加速度估計(jì)器，其原理如圖3所示(載波環(huán)各個(gè)模塊的功能與圖1相同；圖3與圖1的不同之處在于:圖1為引導(dǎo)階段，主要任務(wù)是初始化載波跟蹤環(huán)，因此圖1中只啟動(dòng)開環(huán)加速度估計(jì)器，載波跟蹤環(huán)不工作；圖3為跟蹤階段，載波跟蹤環(huán)和開環(huán)加速度估計(jì)器分別獨(dú)立工作)，載波環(huán)和開環(huán)加速度估計(jì)器分別獨(dú)立工作，每經(jīng)過時(shí)間間隔T2后，分別提取開環(huán)加速度估計(jì)器得到的頻率變化率a和載波環(huán)加速度估計(jì)積分器估計(jì)的頻率變化率al，并對兩者做差，若差值大于門限Th，則說明當(dāng)前的接收信號動(dòng)態(tài)超過了載波跟蹤環(huán)的動(dòng)態(tài)容忍能力，需要用開環(huán)加速度估計(jì)器輸出的a和f2分別初始化載波環(huán)的加速度估計(jì)積分器和速度估計(jì)積分器；若差值小于等于門限，則說明當(dāng)前的接收信號動(dòng)態(tài)在載波跟蹤環(huán)動(dòng)態(tài)容忍能力范圍內(nèi)，載波跟蹤環(huán)繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)行。門限Th的值根據(jù)環(huán)路能夠容忍的加速度誤差確定(如接收信號在短時(shí)間內(nèi)加速度發(fā)生突變，導(dǎo)致接收信號的實(shí)際加速度與載波環(huán)估計(jì)的加速度相差2g (g為重力加速度)時(shí)，環(huán)路能夠自行收斂，當(dāng)加速度誤差大于2g時(shí)，環(huán)路容易失鎖，則門限Th可設(shè)置為2g加速度對應(yīng)的多普勒頻率變化率)。T2的值由接收機(jī)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)確定，T2的值越小，載波環(huán)適應(yīng)復(fù)雜信號動(dòng)態(tài)的能力越強(qiáng)，但開環(huán)加速度估計(jì)器估計(jì)的精度也越低。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)載波環(huán)跟蹤裝置，其特征在于，包括載波跟蹤環(huán)和開環(huán)加速度估計(jì)器； 所述載波環(huán)包括: 鑒別器:用于生成剝離偽碼后的接收信號與本地復(fù)現(xiàn)載波信號的相位差或頻率差，并將所述相位或頻率差送入環(huán)路濾波器； 環(huán)路濾波器:根據(jù)所述鑒別器的輸出生成對接收信號速度和加速度的估計(jì)值； 數(shù)控振蕩器:根據(jù)所述環(huán)路濾波器的輸出得到本地復(fù)現(xiàn)載波信號的頻率，并生成本地復(fù)現(xiàn)載波信號輸入鑒別器； 開環(huán)加速度估計(jì)器:用于估計(jì)接收信號延時(shí)Tl后的多普勒頻率和接收信號的多普勒頻率變化率，并將所述多普勒頻率和多普勒頻率變化率賦值給載波環(huán)的環(huán)路濾波器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)載波環(huán)跟蹤裝置，其特征在于，所述環(huán)路濾波器包括加速度估計(jì)積分器、速度估計(jì)積分器和比例支路；所述鑒別器的輸出乘以系數(shù)K3，作為加速度估計(jì)積分器的輸入；所述鑒別器的輸出乘以系數(shù)Kl后作為比例支路的輸入；鑒別器輸出值乘以系數(shù)K2，然后與加速度估計(jì)積分器的輸出相加，得到的和值作為速度估計(jì)積分器的輸入；速度估計(jì)積分器的輸出和比例支路的輸出相加后的和值，作為數(shù)控振蕩器的輸入；數(shù)控振蕩器的輸出送入所述鑒別器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)載波環(huán)跟蹤裝置，其特征在于，所述開環(huán)加速度估計(jì)器包括上側(cè)支路和下側(cè)支路；所述上側(cè)支路和下側(cè)支路結(jié)構(gòu)相同；所述上側(cè)支路計(jì)算當(dāng)前接收信號的多普勒頻率f2，下側(cè)支路計(jì)算tl-Tl時(shí)刻接收信號的多普勒頻率fI。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)載波環(huán)跟蹤裝置，其特征在于，所述上側(cè)支路具體計(jì)算流程包括: 1)時(shí)長Ts的積分清零器對接收信號進(jìn)行長度為Ts的積分操作，完成一次積分后積分器清零并開始下一次積分運(yùn)算，每完成一次積分輸出一個(gè)積分值； 2)時(shí)長Ts的積分清零器的輸出作為N點(diǎn)存儲(chǔ)器的輸入，N點(diǎn)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)完N點(diǎn)積分值后，將所述N點(diǎn)積分值并行輸入L點(diǎn)FFT運(yùn)算模塊，L的值大于或等于N，且L的值為2的冪次； 3)L點(diǎn)FFT運(yùn)算模塊對N點(diǎn)積分值進(jìn)行傅里葉變換，當(dāng)N小于L時(shí)，在N點(diǎn)積分值后面補(bǔ)L-N個(gè)零，以使得L點(diǎn)FFT運(yùn)算模塊的輸入為L點(diǎn)； 4)完成傅里葉變換后，對傅里葉變換結(jié)果取包絡(luò)并搜索包絡(luò)的最大值及該最大值的位置； 5)根據(jù)包絡(luò)最大值的位置計(jì)算多普勒頻率f2。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)載波環(huán)跟蹤裝置，其特征在于，所述下側(cè)支路具體計(jì)算流程包括: 1)將接收信號延時(shí)Tl，時(shí)長Ts的積分清零器對延時(shí)Tl后的接收信號進(jìn)行長度為Ts的積分操作，完成一次積分后積分器清零并開始下一次積分運(yùn)算，每完成一次積分輸出一個(gè)積分值； 2)時(shí)長Ts的積分清零器的輸出作為N點(diǎn)存儲(chǔ)器的輸入，N點(diǎn)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)完N點(diǎn)積分值后，將所述N點(diǎn)積分值并行輸入L點(diǎn)FFT運(yùn)算模塊，L的值大于或等于N，且L的值為2的冪次； 3)L點(diǎn)FFT運(yùn)算模塊對N點(diǎn)積分值進(jìn)行傅里葉變換，當(dāng)N小于L時(shí)，在N點(diǎn)積分值后面補(bǔ)L-N個(gè)零，以使得L點(diǎn)FFT運(yùn)算模塊的輸入為L點(diǎn)； 4)完成傅里葉變換后，對傅里葉變換結(jié)果取包絡(luò)并搜索包絡(luò)的最大值及該最大值的位置； 5)根據(jù)包絡(luò)最大值的位置計(jì)算多普勒頻率fI。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)載波環(huán)跟蹤裝置，其特征在于，接收信號的多普勒頻率變化率a計(jì)算公式為:a = (f2-fl)/Tl。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)載波環(huán)跟蹤裝置，其特征在于，所述多普勒頻率變化率a賦值給所述加速度估計(jì)積分器，所述多普勒頻率f2賦值給所述速度估計(jì)積分器。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)載波環(huán)跟蹤裝置，其特征在于，在引導(dǎo)階段，所述載波環(huán)不工作，開環(huán)加速度估計(jì)器獨(dú)立工作；在跟蹤階段，所述載波環(huán)和開環(huán)加速度估計(jì)器分別獨(dú)立工作，每經(jīng)過時(shí)間間隔T2后，分別提取開環(huán)加速度估計(jì)器得到的多普勒頻率變化率a和載波環(huán)加速度估計(jì)積分器估計(jì)的頻率變化率al，并對兩者做差，若差值大于門限Th，則用多普勒頻率變化率a和多普勒頻率f2分別初始化載波環(huán)的加速度估計(jì)積分器和速度估計(jì)積分器；若差值小于等于門限，則載波環(huán)繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)行。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高動(dòng)態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)載波環(huán)跟蹤裝置，包括鑒別器：用于生成剝離偽碼后的接收信號與本地復(fù)現(xiàn)載波信號的相位差或頻率差，并將所述相位或頻率差送入環(huán)路濾波器；環(huán)路濾波器：根據(jù)所述鑒別器的輸出生成對接收信號速度和加速度的估計(jì)值；數(shù)控振蕩器：根據(jù)所述環(huán)路濾波器的輸出得到本地復(fù)現(xiàn)載波信號的頻率，并生成本地復(fù)現(xiàn)載波信號輸入鑒別器；開環(huán)加速度估計(jì)器：用于估計(jì)接收信號的多普勒頻率變化率，并將所述多普勒頻率變化率賦值給環(huán)路濾波器。本發(fā)明環(huán)路跟蹤高動(dòng)態(tài)信號的能力強(qiáng)，能有效提高環(huán)路性能，且當(dāng)接收信號存在幾十g、甚至上百g的加速度，或接收信號動(dòng)態(tài)變化很大時(shí)，也能跟蹤接收信號。
【IPC分類】G01S19/29
【公開號】CN105223592
【申請?zhí)枴緾N201510634326
【發(fā)明人】向?yàn)? 鄭彬, 易文鑫, 張華 , 彭果, 王帥, 朱增賢, 楊麗莎
【申請人】湖南北云科技有限公司
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年9月30日