GNSS跟踪解调环路浅析

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1、GNSS跟踪解调环路浅析(2009-03-1114:35:49)转载标签：gnss跟踪解调环路滤波导航杂谈GNSS接收机中，对卫星信号的跟踪包括伪随机码跟踪和载波跟踪。码跟踪和载波跟综都是用相位锁定环(PLL)来实现的，由于非相干的延时锁定环可以在没有获得载波同步之前就开始工作，所以这里以非相干的延时锁锁定环作为伪码环，而载波环则是相干载波跟踪环。载波跟踪环路   用于载波跟踪的方法有很多，常用的有平方环、科思塔斯环等。对于平方环来说，输入的BPSK信号经过平方器后产生二倍频的载波，本地载波NCO产生的二倍频载波输入到鉴相

2、器，让环路跟踪二倍频的载波，被跟踪的二倍频载波经二分频并移90度后，再与输入信号相乘，解调出数据。   而在科思塔斯环里输入的BPSK信号分别与本地NCO产生的两路参考信号(同相分量和相移90度后的正交分量)相乘，两个相乘器的输出经低通滤波器后，再相乘，其结果经环路滤波器后推动载波NCO跟踪输入的载波，与此同时，同相支路的低通滤波器输出便是需要的数据信息.   相比于平方环，科思塔斯环实现起来更加简单.并且科思塔斯环的独特之处在于Costas鉴别器和在接收机预检测积分区中相对于接收机的自然时钟相位而言的相位调节能力。所以，

3、通常情况下在CPS接收机中普遍使用科思塔斯(Costas)载波跟踪环。伪码跟踪环路所谓相干码环足指环路中载波频率和相位是精确一致的、码环自身可工作在基带信号上。而非相干码环是建立在码环结构基于载波频率未知这一假定基础上的。在载波偏离额定指数的某个确定范围内，这种码环必须能够承受得住并起作用。在多数情况下载波的频率和相位并不是精确已知的先验言息、所以跟踪接收的PN码必须建立非相干码环。最常选用的是全时间超前一滞后结构形式的延迟锁定环(DDL)作为码跟踪环。这种跟踪环的相关运算采用了两个独立的相关器:超前码(早码)相关器和滞后

4、码(晚码)相关器。输入信号分成两路:一路同超前本地参考码(早码)相关;另一路同滞后本地参考码相关。相关结果再经过积分(或累加)、平方、加减运算完成鉴相。全时间跟踪环超前、滞后两通道存在必须精确平衡的问题，不过，这一问题在全数字环路中很容易解决。码跟踪环的作用是为了跟踪输入信号的伪码，以实现高精度定位。码跟踪环由码相关器、码环路滤波器、码NCO和码产生器部分组成。其中码相关器起鉴相的作用。输入的数字中频信号分为两路。分别和本地载波I,Q两路相乘后进入码相关器，分别和早、晚两路伪码进行相关，得到四路相关结果，作加减运算后得到相

5、位误差信号。而相位误差信号经环路滤波后用于修正码NCO的频率控制字，使码NCO的输出频率按输入频率的动态变化。环路滤波器的作用不仅仅是滤除噪声，而且要能跟踪信号的动态、环路滤波器决定了环路的动态性能。码NCO由增量寄存器、相位累加器构成。相位累加器按输入的工作频率(即采样频率)进行累加，每次的累加量为增量寄存器的内容。每次累加之后累加器中的内容为当前码相位值，它反映了精确的信号传播延迟，被提取用于伪距观侧量的计算，以实现定位。当累加器加满溢出时，推动码产生器产生下一个码元输出。显然，输出的码率即为输出的合成须率，它由增量寄

6、存器的内容即合成频率字决定。合成频率字包含两部分:参考频率字和误差频率字。参考频率字为寄存器内置的频率字，为基准值，通常对应于无多普勒时的码率;误差频率字为外置的频率字（即环路滤波器的输出）。  环路滤波器环路滤波器的输出即代表了多普勒信息、因此，将环路滤波器的输出信号引出环外进行处理即可提取载波多普勒频率。由于环路滤波器的输出端通常混合了较大的随机噪声，一般要将环路滤波器的输出信号经过环外滤波，才能得到比较纯净的载波多普勒频率，从而提高了测速精度。环外滤波也称为“后环滤波”，更确切地说，是一个跟踪滤波器。环外滤波器首先是

7、一个跟踪滤波器，这使得它不同于一般的滤波器,环外滤波器的输入信号是直接的多普勒频移，因此，要提取多普勒频移，环路滤波器必须能够跟踪多普勒频移的变化。不难理解，对于任何一个直接的变化的输入量来说，跟踪滤波器的形式都是一样的。或者说，对于任何一个跟踪环路，无论是锁相环还是锁频环，其数学模型的形式都是相同的，对于输入输出而言，跟踪环路等效为一个跟踪滤波器，即为环路的闲环传递函数。环外滤波器还是一个低通滤波器，这样，环外滤波器才能够抑制输入的随机噪声，提取纯净的多普勒频移。同样，不难理解，跟踪滤波器都具有低通特性。影响环路跟踪精度

8、的误差分析环路的跟踪误差即环路的输出相位对输入相位的误差估计，这一误差对于码环将影响伪距精度，对于载波环将影响测速精度和基带数据的解调质量。实时上，跟踪精度与跟踪误差是对统一问题的正反两方面的不同描述，对于环路的跟踪误差分析实质上就是分析环路的跟踪精度，要提高环路跟踪精度，就必须减少环路的误差。影响环路