用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)跟蹤的系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]信號(hào)跟蹤是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收機(jī)執(zhí)行的要求最高的功能之一。為了跟蹤進(jìn)入的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，接收機(jī)需要多個(gè)相關(guān)器，且在接收機(jī)內(nèi)使用的相關(guān)器的數(shù)量對(duì)接收機(jī)消耗的功率和實(shí)現(xiàn)接收機(jī)所需要的處理資源具有直接影響。隨著新GNSS信號(hào)頻率和除了全球定位系統(tǒng)(GPS)以外的新GNSS星座(例如，伽利略和北斗)的即將引進(jìn)，GNSS接收機(jī)可能需要跟蹤的可用GNSS信號(hào)的數(shù)量越來(lái)越多，意味著被設(shè)計(jì)為兼容多于一個(gè)GNSS星座的GNSS接收機(jī)將變得越來(lái)越復(fù)雜。因此，可用信號(hào)數(shù)量的增加將導(dǎo)致GNSS接收機(jī)設(shè)計(jì)要求更多的處理功率，這導(dǎo)致更高的功率消耗和越來(lái)越高的成本，特別是對(duì)于同時(shí)處理接收機(jī)視野范圍內(nèi)所有衛(wèi)星的導(dǎo)航信號(hào)的接收機(jī)而言。
[0002]由于上述原因和下面所述的本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解本發(fā)明之后而顯然的原因，本領(lǐng)域需要用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)跟蹤的改進(jìn)系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的實(shí)施例提供用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)跟蹤的方法和系統(tǒng)，且通過(guò)閱讀和學(xué)習(xí)下面的說(shuō)明來(lái)理解。
[0004]在一個(gè)實(shí)施例中，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)包括:載波解調(diào)器，被配置為接收GNSS導(dǎo)航信號(hào)，其包括導(dǎo)頻信號(hào)分量和數(shù)據(jù)信號(hào)分量;相關(guān)器塊，與所述載波解調(diào)器親合，其中相關(guān)器塊實(shí)現(xiàn)前期相關(guān)器(early correlator)，即時(shí)相關(guān)器(promptcorrelator)和后期相關(guān)器(late correlator)，其中相關(guān)器塊通過(guò)使用即時(shí)相關(guān)器處理導(dǎo)頻信號(hào)分量生成即時(shí)值，和通過(guò)使用前期相關(guān)器和后期相關(guān)器處理數(shù)據(jù)信號(hào)分量生成前期和后期值;載波跟蹤環(huán)，與載波解調(diào)器和相關(guān)器塊耦合，其中載波跟蹤環(huán)使用從導(dǎo)頻信號(hào)分量生成的即時(shí)值生成本地載波參考信號(hào)，和其中載波跟蹤環(huán)輸出本地載波參考信號(hào)至載波解調(diào)器;碼跟蹤環(huán)，與前期相關(guān)器和后期相關(guān)器耦合，其中碼跟蹤環(huán)輸出導(dǎo)頻信號(hào)本地復(fù)制偽碼序列至即時(shí)相關(guān)器，和數(shù)據(jù)信號(hào)本地復(fù)制偽碼序列至前期相關(guān)器和后期相關(guān)器，其中用于導(dǎo)頻信號(hào)本地復(fù)制偽碼序列和數(shù)據(jù)信號(hào)本地復(fù)制偽碼序列的碼片率作為由數(shù)據(jù)信號(hào)生成的前期和后期值的函數(shù)由碼跟蹤環(huán)來(lái)調(diào)整；和符號(hào)解調(diào)器，與前期相關(guān)器和后期相關(guān)器耦合，其中符號(hào)解調(diào)器使用前期和后期值從數(shù)據(jù)信號(hào)分量提取導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
[0005]在另一實(shí)施例中，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)包括:載波解調(diào)器，被配置為接收GNSS導(dǎo)航信號(hào)，其包括至少數(shù)據(jù)信號(hào)分量;耦合至載波解調(diào)器的相關(guān)器塊，其實(shí)現(xiàn)了前期相關(guān)器和后期相關(guān)器，其中所述相關(guān)器塊通過(guò)使用前期相關(guān)器和后期相關(guān)器處理數(shù)據(jù)信號(hào)分量生成前期和后期值;耦合至載波解調(diào)器和相關(guān)器塊的載波跟蹤環(huán)，其中所述載波跟蹤環(huán)基于從數(shù)據(jù)信號(hào)分量生成的前期和后期值生成本地載波參考信號(hào)，和其中載波跟蹤環(huán)輸出本地載波參考信號(hào)至載波解調(diào)器；與前期相關(guān)器和后期相關(guān)器耦合的碼跟蹤環(huán)，其中碼跟蹤環(huán)輸出數(shù)據(jù)信號(hào)本地復(fù)制偽碼序列至前期相關(guān)器和后期相關(guān)器，其中用于數(shù)據(jù)信號(hào)本地復(fù)制偽碼序列的碼片率作為從數(shù)據(jù)信號(hào)生成的前期和后期值的函數(shù)通過(guò)碼跟蹤環(huán)來(lái)調(diào)整；與前期相關(guān)器和后期相關(guān)器耦合的符號(hào)解調(diào)器，其中符號(hào)解調(diào)器使用前期和后期值從數(shù)據(jù)信號(hào)分量提取導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0006]當(dāng)鑒于優(yōu)選實(shí)施例的描述和下述附圖考慮時(shí)，本發(fā)明的實(shí)施例可以更容易理解和它的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)和使用將更明顯，其中
[0007]圖1和IA是圖示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的GNSS接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)的圖；
[0008]圖2和2A是圖示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的GNSS接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)的圖；且
[0009]圖3是圖示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的GNSS接收機(jī)跟蹤的過(guò)程的流程圖；
[0010]根據(jù)慣例，各種描述的特征未按比例畫(huà)出而是為了強(qiáng)調(diào)與本發(fā)明相關(guān)的特征來(lái)畫(huà)出。貫穿附圖和文字，參考字符表示類(lèi)似的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0011]在下面的詳細(xì)描述中，對(duì)形成其一部分的附圖進(jìn)行參考，且其中通過(guò)其中可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的特定示意性實(shí)施例來(lái)示出。這些實(shí)施例以充分細(xì)節(jié)的方式進(jìn)行描述以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明，且可以理解的是可使用其他實(shí)施例和可以進(jìn)行邏輯、機(jī)械和電子改變而不脫離本發(fā)明的范圍。因此，下面的詳細(xì)描述沒(méi)有在限制性的意義上被進(jìn)行。
[0012]進(jìn)入信號(hào)與其本地復(fù)制在時(shí)間(碼)和頻率/相位(載波)域的緊密對(duì)準(zhǔn)是用于良好的GNSS接收機(jī)性能的關(guān)鍵先決條件之一。本公開(kāi)的實(shí)施例提供了系統(tǒng)和方法，其使用較少的相關(guān)器來(lái)實(shí)現(xiàn)碼和載波的跟蹤對(duì)準(zhǔn)。
[0013]如通常在行業(yè)中使用的術(shù)語(yǔ)，用于跟蹤特定衛(wèi)星信號(hào)的“前期”、“即時(shí)”和“后期”相關(guān)器分別使用前期、即時(shí)和后期信號(hào)復(fù)制，其具有相同的載波和碼片率，且僅在碼偏移上不同。“即時(shí)”復(fù)制是與進(jìn)入信號(hào)對(duì)準(zhǔn)的一個(gè)“即時(shí)”復(fù)制，而“前期”和“后期”復(fù)制則在碼域上分別向前和向后移動(dòng)碼片的一小部分。為了跟蹤目的的相關(guān)可以包括把所有三個(gè)復(fù)制應(yīng)用于進(jìn)入衛(wèi)星信號(hào)，和使用對(duì)應(yīng)相關(guān)器輸出來(lái)保持本地復(fù)制與進(jìn)入信號(hào)對(duì)準(zhǔn)。如下面更詳細(xì)的描述，本公開(kāi)提供GNSS接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)，其可以使用如兩個(gè)或三個(gè)之少的相關(guān)器執(zhí)行碼和載波信號(hào)跟蹤。
[0014]由GNSS衛(wèi)星發(fā)射的大部分現(xiàn)代GNSS導(dǎo)航信號(hào)把發(fā)射的導(dǎo)航信號(hào)功率拆分成兩個(gè)信號(hào)分量。那些兩個(gè)分量本文中被稱(chēng)為數(shù)據(jù)信號(hào)和導(dǎo)頻信號(hào)。例如，描述GNSS接收機(jī)跟蹤實(shí)施例，其中前期和后期相關(guān)器被實(shí)現(xiàn)用于從GNSS導(dǎo)航信號(hào)的數(shù)據(jù)信號(hào)分量來(lái)執(zhí)行碼跟蹤和導(dǎo)航位解碼二者。對(duì)于一些實(shí)施例，在導(dǎo)頻信號(hào)中實(shí)現(xiàn)即時(shí)相關(guān)器來(lái)提供載波跟蹤。當(dāng)導(dǎo)頻信號(hào)存在時(shí)，跟蹤導(dǎo)頻信號(hào)的載波可增加GNSS接收機(jī)的靈敏性和由此在嚴(yán)峻環(huán)境下保持跟蹤信號(hào)的能力。對(duì)于一些實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)增加的靈敏性，例如，通過(guò)延長(zhǎng)相干積分時(shí)間，由此增加信噪比，由于位轉(zhuǎn)移(bit transit1n)的缺乏(最大相干積分時(shí)間不再被數(shù)據(jù)位持續(xù)時(shí)間限制，以及取而代之它將被PLL濾波器帶寬限制)和通過(guò)實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)健的純鎖相環(huán)(PLL)來(lái)代替科斯塔斯環(huán)(Costas-loop)，跟蹤靈敏性增加了6dB。在其他實(shí)施例中，使用前期和后期相關(guān)器的組合而不需要即時(shí)相關(guān)器來(lái)執(zhí)行所有的碼跟蹤，位解碼和載波跟蹤。最簡(jiǎn)單的組合是僅將由前期和后期相關(guān)器生成的前期和后期復(fù)合值相加。通過(guò)執(zhí)行這個(gè)組合引發(fā)的性能損失對(duì)于通常在機(jī)載(airbome)GNSS接收機(jī)中觀測(cè)到的載波對(duì)噪聲密度(CNO)值來(lái)說(shuō)幾乎可以忽略。即使在最不期望的CNO值下，與位解碼和載波跟蹤有關(guān)的要求，如誤碼率(BER)和循環(huán)滑動(dòng)率(Cycle Slip Rate)，在使用這個(gè)提出的方法時(shí)應(yīng)該是很容易地被滿(mǎn)足。
[0015]圖1是圖示本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的GNSS接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)100的框圖。GNSS接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)100包括碼跟蹤環(huán)120，載波跟蹤環(huán)130，相關(guān)器塊140和符號(hào)解調(diào)器150。
[0016]在圖1中所示的實(shí)施例中，導(dǎo)航信號(hào)102(更具體地，包括導(dǎo)頻信號(hào)分量和數(shù)據(jù)信號(hào)分量二者的GNSS導(dǎo)航信號(hào))在GNSS接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)100中被接收。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)航信號(hào)102是中頻(IF)信號(hào)，其從GNSS星座衛(wèi)星發(fā)射的GNSS導(dǎo)航信號(hào)中導(dǎo)出。通過(guò)載波解調(diào)器110將導(dǎo)航信號(hào)102與本地載波參考信號(hào)137相乘來(lái)把載波從信號(hào)中移除，導(dǎo)致包括兩個(gè)偽隨機(jī)噪聲(PRN)碼序列的基帶信號(hào)-一個(gè)具有導(dǎo)頻信號(hào)偽碼和一個(gè)具有數(shù)據(jù)信號(hào)偽碼。該基帶信號(hào)提供輸入至相關(guān)器塊140。
[0017]這兩個(gè)偽碼分量每個(gè)都包括碼片序列。用于導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)碼的序列是彼此不同的，以及獨(dú)特于任何其他GNSS衛(wèi)星使用的碼。導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)碼序列的每個(gè)從GNSS衛(wèi)星以標(biāo)稱(chēng)的碼片率發(fā)射并且這兩個(gè)碼序列的傳輸是彼此同步的。然而，由于多普勒漂移和接收機(jī)時(shí)鐘的不準(zhǔn)確，GNSS接收機(jī)處的接收碼片率可能偏離標(biāo)稱(chēng)碼片率。GNSS接收機(jī)跟蹤系統(tǒng)100的任務(wù)是監(jiān)控和補(bǔ)償這些偏離，使得可以從進(jìn)入的導(dǎo)航信號(hào)102中導(dǎo)出不失真的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
[0018]對(duì)于圖1中所示的實(shí)施例，使用前期和后期相關(guān)，針對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)偽碼的本地復(fù)制相關(guān)數(shù)據(jù)信號(hào)。作為結(jié)果的相關(guān)的前期和后期值被用于碼跟蹤和用于符號(hào)解調(diào)。數(shù)據(jù)信號(hào)是導(dǎo)航信號(hào)102的分量，其攜帶了來(lái)自GNSS衛(wèi)星的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。更具體地，數(shù)據(jù)信號(hào)