一種載波跟蹤電路和載波跟蹤方法與流程

本發(fā)明涉及一種載波跟蹤電路和載波跟蹤方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：在當(dāng)今社會(huì)，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)已經(jīng)變?yōu)榘绹?guó)GPS(全球定位系統(tǒng))，俄羅斯GLONASS(俄語(yǔ)“全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLOBALNAVIGATIONSATELLITESYSTEM”的縮寫)，歐洲Galileo(伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))和中國(guó)BDS(北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))的多系統(tǒng)多頻點(diǎn)環(huán)境。對(duì)于這些系統(tǒng)，其跟蹤環(huán)路中載波的跟蹤環(huán)路至關(guān)重要，同時(shí)，鑒相器的性能決定著整個(gè)跟蹤環(huán)路的跟蹤誤差，反正切鑒相器由于其較低的鑒相誤差而被廣泛使用，例如，即時(shí)路二象限反正切鑒相器，利用即時(shí)路P的正交路和同向路數(shù)據(jù)I/Q，進(jìn)行二象限反正切鑒相，對(duì)于鑒相誤差進(jìn)行環(huán)路濾波后調(diào)整數(shù)字VCO(壓控振蕩器)，改變本地載波的相位與速率，使得本地載波復(fù)制實(shí)際信號(hào)的載波信息。但是該鑒相器的建模和理論推導(dǎo)都是在忽略噪聲影響的前提下進(jìn)行，實(shí)際使用時(shí)，由于噪聲的介入，使得該鑒相器的鑒相性能較低，這不僅對(duì)載波測(cè)量的精度造成了影響，也增大了碼相位的測(cè)量誤差，特別是在采用載波跟蹤輔助碼跟蹤的環(huán)路結(jié)構(gòu)中。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于對(duì)載波相位鑒別過程中采用超前、滯后路數(shù)據(jù)對(duì)載波鑒相進(jìn)行修正，提高載波環(huán)路跟蹤精度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明公開了一種載波跟蹤電路，所述載波跟蹤電路包括：接收機(jī)，用于接收中頻信號(hào)；載波鑒相環(huán)路，由載波NCO連接正弦LUT和余弦LUT，正弦LUT和余弦LUT分別連接第一相關(guān)器和第二相關(guān)器，第一相關(guān)器和第二相關(guān)器連接EPL載波鑒相器，EPL載波鑒相器連接載波NCO構(gòu)成；其中，載波NCO用于產(chǎn)生本地載波信號(hào)；碼鑒相環(huán)路，由碼NCO連接碼發(fā)生器，碼發(fā)生器連接移位寄存器，移位寄存器分別連接第一相關(guān)器和第二相關(guān)器，第一相關(guān)器和第二相關(guān)器連接碼鑒相器，碼鑒相器連接碼NCO構(gòu)成；其中，碼NCO用于控制本地偽碼信號(hào)；其中，正弦LUT和余弦LUT接收本地載波信號(hào)產(chǎn)生數(shù)字正弦信號(hào)和數(shù)字余弦信號(hào)，所述數(shù)字正弦信號(hào)和數(shù)字余弦信號(hào)分別與接收到的中頻信號(hào)相乘得到同向路信號(hào)和正交路信號(hào)，所述正交路信號(hào)輸入第一相關(guān)器，所述同向路信號(hào)輸入第二相關(guān)器；其中，移位寄存器產(chǎn)生提前、即時(shí)、滯后碼分別輸入第一相關(guān)器和第二相關(guān)器；其中，第一相關(guān)器和第二相關(guān)器輸出信號(hào)至EPL載波鑒相器和碼鑒相器，用于進(jìn)行噪底消除并產(chǎn)生載波相位誤差和碼相位誤差，利用載波相位誤差和碼相位誤差輸入到載波NCO和碼NCO來(lái)調(diào)整載波NCO的本地載波和碼NCO的本地偽碼，通過載波鑒相環(huán)路和碼鑒相環(huán)路循環(huán)調(diào)整，直至載波相位誤差和碼相位誤差為零，完成跟蹤。所述的一種載波跟蹤電路，其中載波相位誤差和碼相位誤差為零時(shí)，本地載波相位和本地偽碼相位是載波跟蹤電路接收到的中頻信號(hào)的載波相位和碼相位。所述的一種載波跟蹤電路，其中第一相關(guān)器和第二相關(guān)器分別包括三個(gè)乘法器和一個(gè)積分清零單元，用于正交路信號(hào)、同相路信號(hào)與移位寄存器產(chǎn)生的提前、即時(shí)、滯后碼相乘，相乘結(jié)果經(jīng)過積分清零單元輸出6路信號(hào)。所述的一種載波跟蹤電路，其中6路信號(hào)是IP、QP、IE、QE、IL、QL，E為超前路，P為即時(shí)路，L為滯后路，I/Q分別為同向信號(hào)與正交信號(hào)。本發(fā)明還公開了一種載波跟蹤方法，包括：將接收到的中頻信號(hào)與本地載波相乘形成同向路和正交路信號(hào)；同向路和正交路信號(hào)與移位寄存器形成的超前路，即時(shí)路和滯后路相乘得到6路信號(hào)，對(duì)6路信號(hào)積分和清零；輸入積分和清零后的6路信號(hào)到EPL載波鑒相器進(jìn)行噪底消除并得到載波相位誤差，載波相位誤差輸入載波NCO調(diào)整本地載波輸出；輸入積分和清零后的6路信號(hào)到碼鑒相器進(jìn)行噪底消除并得到碼相位誤差，碼相位誤差輸入碼NCO調(diào)整本地偽碼；輸出碼NCO產(chǎn)生的本地偽碼到碼發(fā)生器產(chǎn)生本地?cái)U(kuò)頻碼，輸入本地?cái)U(kuò)頻碼到移位寄存器形成超前，即時(shí)和滯后路；根據(jù)載波相位誤差和碼相位誤差不斷調(diào)整本地載波和本地偽碼，直至載波相位誤差和碼相位誤差等于零，跟蹤完成。所述的一種載波跟蹤方法，其中輸入的6路信號(hào)是IP、QP、IE、QE、IL、QL，E為超前路，P為即時(shí)路，L為滯后路，I/Q分別為同向信號(hào)與正交信號(hào)。所述的一種載波跟蹤方法，其中進(jìn)行載波噪底消除滿足下列公式：2IP-(IE+IL)＝2ARD(n)sinc(feTcoh)cos(θe)，2QP-(QE+QL)＝2ARD(n)sinc(feTcoh)sin(θe)。所述的一種載波跟蹤方法，其中使用二象限反正切法獲得載波相位誤差。由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明實(shí)施例通過利用超前路與滯后路的數(shù)據(jù)，消除了輸入信號(hào)鎖相環(huán)底噪，在保證鎖相環(huán)固定增益的同時(shí)，提高載波和偽碼的跟蹤精度。當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品或方法必不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明實(shí)施例中載波跟蹤電路的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例中-155dBm功率下E-P-L與P-ONLY鑒相器性能比較圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例中-145dBm功率下E-P-L與P-ONLY鑒相器性能比較圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例中-135dBm功率下E-P-L與P-ONLY鑒相器性能比較圖。具體實(shí)施方式根據(jù)圖1對(duì)本發(fā)明的進(jìn)行說明，載波跟蹤電路主要包括：接收機(jī)(圖中未示出)，用于接收中頻信號(hào)；載波NCO(數(shù)控振蕩器)：用于產(chǎn)生本地載波信號(hào)；正弦LUT(顯示查找表)模塊：利用查找表法發(fā)生數(shù)字正弦信號(hào)；余弦LUT模塊：利用查找表法發(fā)生數(shù)字余弦信號(hào)；載波鑒相環(huán)路：由載波NCO連接正弦LUT模塊和余弦LUT模塊，正弦LUT模塊和余弦LUT模塊分別連接第一相關(guān)器和第二相關(guān)器，第一相關(guān)器和第二相關(guān)器連接EPL載波鑒相器，EPL載波鑒相器連接載波NCO構(gòu)成。其中，正弦LUT模塊和余弦LUT模塊分別發(fā)生數(shù)字正弦信號(hào)和數(shù)字余弦信號(hào)，所述數(shù)字正弦信號(hào)和數(shù)字余弦信號(hào)分別與載波跟蹤電路接收到的中頻信號(hào)相乘得到同向路信號(hào)和正交路信號(hào)，正交路信號(hào)輸入第一相關(guān)器，同向路信號(hào)輸入第二相關(guān)器。碼鑒相器：由碼NCO連接碼發(fā)生器，碼發(fā)生器連接移位寄存器，移位寄存器分別連接第一相關(guān)器和第二相關(guān)器，第一相關(guān)器和第二相關(guān)器連接碼鑒相器，碼鑒相器連接碼NCO構(gòu)成，對(duì)經(jīng)過BPSK調(diào)制的信號(hào)，利用提前路和滯后路進(jìn)行碼相位鑒別。碼發(fā)生器：產(chǎn)生本地?cái)U(kuò)頻碼，經(jīng)過移位寄存器產(chǎn)生提前，即時(shí)和滯后碼。第一相關(guān)器和第二相關(guān)器：分別包括三個(gè)乘法器和一個(gè)積分清零單元，用于正交路信號(hào)、同相路信號(hào)與移位寄存器產(chǎn)生的提前、即時(shí)、滯后碼相乘，相乘結(jié)果經(jīng)過積分清零單元生成6路需要的信號(hào)。E為超前路，P為即時(shí)路，L為滯后路，I/Q分別為同向信號(hào)與正交信號(hào)。碼NCO：碼數(shù)控振蕩器，用于控制本地偽碼信號(hào)。相異于傳統(tǒng)P_ONLY載波鑒相環(huán)路，EPL鑒相器的輸入信號(hào)由E-P-L的I/Q組成的共6路信號(hào)，利用這六路信號(hào)進(jìn)行信號(hào)的載波噪底消除和環(huán)路鑒別，使用二象限反正切進(jìn)行鑒相。根據(jù)前述的載波跟蹤電路進(jìn)行基于噪底消除的載波跟蹤方法包括以下步驟，首先將接收到的中頻信號(hào)與本地載波正弦、余弦數(shù)字信號(hào)相乘形成同向路I(t)和正交路Q(t)信號(hào)：I(t)＝cos((ω0+ω′d)t+θ′0)Q(t)＝sin((ω0+ω′d)t+θ′0)同相路I(t)和正交路Q(t)信號(hào)分別與移位寄存器形成的超前路E，即時(shí)路P和滯后路L相乘，相乘之后進(jìn)行積分清零(相關(guān)器)。對(duì)于超前路與滯后路，其經(jīng)過相關(guān)器積分清零后的同向、正交輸出為：IE＝AR(1-d+Δτ)D(n)sinc(feTcoh)cos(θe)+NQE＝AR(1-d+Δτ)D(n)sinc(feTcoh)sin(θe)+NIL＝AR(1-d-Δτ)D(n)sinc(feTcoh)cos(θe)+NQL＝AR(1-d-Δτ)D(n)sinc(feTcoh)sin(θe)+N式中d為偽碼的E-P-L三路信號(hào)的相關(guān)器碼片間隔，而對(duì)于超前路與滯后路，按照AWGN模型，其含有相同的基底噪聲N，AR為相干積分的幅度系數(shù)，同時(shí)，其Δτ為輸入信號(hào)與本地偽碼的碼相位誤差，對(duì)于以上的四路信號(hào)，令超前、滯后路的同向路I，正交路Q分別相加：IE+IL＝2AR(1-d)D(n)sinc(feTcoh)cos(θe)+2NQE+QL＝2AR(1-d)D(n)sinc(feTcoh)sin(θe)+2N同樣，對(duì)于即時(shí)路P，基底噪聲與同向、正交路也具有相同的關(guān)系：IP＝ARD(n)sinc(feTcoh)cos(θe)+NQP＝ARD(n)sinc(feTcoh)sin(θe)+N至此，在EPL鑒相器中可以通過下面所示的運(yùn)算消去通道中包含的基底噪聲N：2IP-(IE+IL)＝2ARD(n)sinc(feTcoh)cos(θe)2QP-(QE+QL)＝2ARD(n)sinc(feTcoh)sin(θe)這樣，通過將即時(shí)路經(jīng)過相關(guān)器積分清零的同向、正交輸出分別乘以2，將經(jīng)過相關(guān)器積分清零輸出的超前、滯后路的同向路和正交路分別相加，通過上面給出的相減運(yùn)算，消除了基底噪聲N，包含在通道中的基底噪聲就不能夠?qū)χ蟮妮d波鑒相結(jié)果進(jìn)行影響。之后，采用二象限反正切函數(shù)就可以得到更加精度的載波相位誤差輸出值：θe=atan(2Qp-(QE+QL)2IP-(IE+IL))=atan(2ARdD(n)sinc(feTcoh)sin(θe)2ARdD(n)sinc(feTcoh)cos(θe))=atan(tan(θe))]]>通過將EPL載波鑒相器得到的載波相位誤差輸出值輸入到載波NCO調(diào)整本地載波輸出；由調(diào)整后的載波輸出產(chǎn)生新的正交路信號(hào)、同相路信號(hào)，與移位寄存器產(chǎn)生的新的提前、即時(shí)、滯后碼相乘，相乘結(jié)果經(jīng)過積分清零單元生成新的6路信號(hào)。此處，調(diào)整后的載波輸出產(chǎn)生的新的正交路信號(hào)、同相路信號(hào)與移位寄存器產(chǎn)生的新的提前、即時(shí)、滯后碼是同時(shí)發(fā)生的。EPL載波鑒相器和碼鑒相器同時(shí)輸入了新的6路信號(hào)，此時(shí)，碼鑒相器也得到新的碼相位差，新的碼相位差輸入碼NCO調(diào)整本地偽碼，碼NCO輸入調(diào)整后的本地偽碼到碼發(fā)生器產(chǎn)生新的本地?cái)U(kuò)頻碼，新的本地?cái)U(kuò)頻碼輸入到移位寄存器產(chǎn)生新的提前、即時(shí)、滯后碼；循環(huán)操作，直至EPL載波鑒相器輸出的載波相位誤差和碼鑒相器輸出的碼相位差等于零，此時(shí)，認(rèn)為跟蹤完成，本地載波的相位和本地偽碼相位即載波跟蹤電路接收到的中頻信號(hào)的載波相位和碼相位，從而得到中頻信號(hào)的到達(dá)時(shí)間和位置，環(huán)路閉合。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式可知，在EPL鑒相器中，通過超前、滯后路的加入，通過將即時(shí)路經(jīng)過相關(guān)器積分清零的同向、正交輸出分別乘以2，同時(shí)將經(jīng)過相關(guān)器積分清零輸出的超前、滯后路的同向路和正交路分別相加，二者進(jìn)行相減使得本發(fā)明提供的載波跟蹤電路不會(huì)被噪聲基底所影響，也不需要對(duì)噪聲基底進(jìn)行估計(jì)。下面對(duì)使用了E-P-L鑒相器的新的載波跟蹤環(huán)路和傳統(tǒng)P路鎖相環(huán)進(jìn)行了仿真與測(cè)試。比較了不同載噪比下兩種鑒相器的鑒相誤差輸出。圖2是輸入信號(hào)功率-155dBm下的E-P-L鑒相器與傳統(tǒng)P-ONLY鑒相器的性能比較，從圖中可以看出，由于通道噪聲的存在，傳統(tǒng)P-ONLY鑒相器的輸入與輸出的線性度較差，而E-P-L鑒相器的線性度明顯好于傳統(tǒng)方法。圖3是輸入信號(hào)功率-145dBm下的E-P-L鑒相器與傳統(tǒng)P-ONLY鑒相器的性能比較，從圖中可以看出，由于信號(hào)功率的提升，通道噪聲減少，使得其對(duì)鑒相器的影響較低，E-P-L鑒相器對(duì)通道噪聲的濾除可以提升鑒相器的性能，在該功率下的性能比較，E-P-L方法優(yōu)于傳統(tǒng)P-ONLY鑒相器。圖4是輸入信號(hào)功率-135dBm下的E-P-L鑒相器與傳統(tǒng)P-ONLY鑒相器的性能比較，從圖中可以看出，該功率下兩種方法的性能差別不大，這是因?yàn)樵诟吖β蕰r(shí)的信號(hào)通道噪聲已經(jīng)不是影響鑒相器性能的主要原因，在該功率下，兩種方法均有較好的線性度?？梢钥闯?，本發(fā)明提供的載波跟蹤電路和載波跟蹤方法，采用超前、滯后路數(shù)據(jù)對(duì)載波鑒相進(jìn)行修正，達(dá)到消除基底噪聲的目的。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3