卫星接收机跟踪环路介绍
GPS接收机载波跟踪环路解决方案
图1 GPS 接收机载波跟踪环方框图
2 频率鉴别器
FLL 通过复现卫星近似的频率来完成载波剥离过程，信号I 和Q 的采样时间不应跨越数据比特的跳变,在初始信号捕获期间，接收机并不知道数据跳变的边界在哪里。在完成比特同步的同时，与相位锁定相比,一般说来更易与卫星信号保持频率锁定。常用的频率鉴别器为四象限反正切鉴别器，其表达式为：
载波预检测积分时间、载波环鉴别器和载波环滤波器决定了载波跟踪环的特性。为了容忍动态应力，预检测积分时间应当短，鉴别器应为一个FLL，载波环滤波器的带宽应当宽，但是为了使载波测量精确，预检测积分时间应当长，鉴别器应为一个PLL，且载波环滤波器带宽应当窄。为了解决这个矛盾，本文采用了一种二阶FLL 辅助三阶锁相PLL 的方法，使环路从FLL有效过渡到PLL，既保证了接收机的动态性能，又提高了载波测量的精度。
根据接收机的使用环境，确定环路滤波器的噪声带宽 Bnf 和B np ，就可以由表2 确定滤波器系数。注意,FLL 向滤波器的系数插入点与PLL 相比要提前一个积分器，这是因为FLL 误差的单位是Hz，而PLL 误差的单位是相单位。
图2 二阶FLL 辅助三阶PLL 滤波器
5 仿真结果及分析
图5 跟踪到的频率变化曲线
6 结 语
采用了二阶锁频环辅助三阶锁相环的载波跟踪环路。通过仿真可以看出，选用的鉴别器鉴别范围大，精度高，且对数据跳变不敏感。由鉴别器、环路滤波器和数控振荡器形成闭环回路，在高动态环境下，环路锁定时间短，载波测量精度高，具有一定的实用价值。
图4 PLL 鉴相特性
5. 3 载波跟踪环仿真及分析
根据5. 1 和5. 2 节的仿真结果，FLL 选择二象限反正切鉴别器，PLL 也选择二象限反正切鉴别器。将鉴别器结果送入图2 所示的环路滤波器，滤波结果送给数控振荡器，形成图1 所示的闭环模式。接收机捕获时采用时域和频域二维搜索算法，根据FLL 鉴别器的频率鉴别范围，设定频率搜索步长为500 Hz。接收机速度为500 m/ s，加速度为10g 时的仿真结果。由图5 可以看出，载波跟踪环路可以快速、准确地跟踪频率的变化，在3~ 4 s 即可达到锁定状态。
GPS接收机载波跟踪环设计与分析
载波跟踪 环的主要误差 源包括 热噪声 、 振相 位噪声 、 晶
电 离 层 闪 烁 引 起 的相 位 噪 声 和 动 态 应 力 误 差 ［ ４ １ 。载 波 锁 相 环 的 跟 踪 门 限 的 经 验 取 值 为 测 量 误 差 均 方 根 的 ３＂ 不 超 ｏ值
过 ４ 。 ５：
Ｆ ｇ Ｆｏ ｃ ｒ ｏ ｉ ．１ ｌｗ ｈａｔ ｆｐｈ ｓ ｏ ｋ ｌｏ ａ ｅｌ ｃ ｏ ｐ
作者简介 ： 柴俊 栓 （ ９ １ ） 男 ， 南浚 县 人 ， 士 ， １ ８一 ， 河 硕 工程 师 。研 究方 向 ： 星 定 位接 收机 技 术 。 卫 １１ ８—
一
柴俊 栓 。等
ａｓ ｔ － ｄｒｒｑ ｅｃ ｃ ｏ ａｄ ｉｔ ０Ｈｚ ｔｅＧ Ｓｒｃｉ ｒ ａ ａｋｄ ｎｍ ｃ ｉｎｌ ｎ ｅ ０ ｎ ０ ｓ ｓｉｅ ３ｏ ｅ ｅｕｎ ｙ ｏｋ ｏｐ ｎ ｗｄ ｔ １ ，ｈ Ｐ ｅ ｅ ｎｔ ｃ ｙａ ｉ ｓ ａ ｕ ｄｒ ａｄ１０ｇ ． ｓｄ － ｒ ｆ ｌ ｌ ｂ ｈｏ ｅ ｖ ｃ ｒ ｇ １ｇ ，
Ｄｅｉ ｎ ａ ｄ ａ ａ ｙ ｉ ｇｏ ａ ｒｅ ｒ ｃ ｉ ｇｌ ｏ ｏ ｓｇ ｎ ｎ ｌ ｚｎ ｆｃ ｒ ｉｒｔａ ｋ ｎ ｏ ｐ ｆ ｒＧＰＳ ｒ ｃ ｉｅ ｅ ｅｖ ｒ
ＣＨＡＩＪ ｎｓ ｕ ｎ，Ｚ ｕ －ｈ ａ ＨＡＮＧ Ｘｉｏｈ ｉ ａ ｕ
（ ｈｎ ｒｏｎ ｓｉ ｃｄ ｍ ， ｕｙｎ ７ ０ ９ Ｃ ｉ ） Ｃ ｉａ ｂｒｅＭｉ ｌ Ａ ａｅ ｙ Ｌ ｏａ ｇ４ １０ ， ｈｎ Ａｉ ｓｅ ａ
设 Ｋ＝ 。 锁 相 环 的传 递 函 数 Ｈ（） 义 为 ： ｋ ｋ， ｓ定
＝ ＫＦ（） 丽 ｓ Ｏ（ 、 ｓ （ ） ｓ） 义 为 ： ｅｓ定
导航接收机跟踪环路及时间同步的设计与实现
工学硕士学位论文导航接收机跟踪环路及时间同步的设计与实现李劲松哈尔滨工业大学2008年12月国内图书分类号：TN96国际图书分类号：621.39工学硕士学位论文导航接收机跟踪环路及时间同步的设计与实现硕士研究生：李劲松导师：张乃通教授申请学位：工学硕士学科、专业：通信与信息系统所在单位：深圳研究生院答辩日期：2008年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TN96U.D.C: 621.39Dissertation for the Master Degree of EngineeringDESIGNING AND IMPLEMENTATION OF TRACKING LOOP AND TIMESYNCHRONIZATION OFNAVIGATION RECEIVERCandidate: Li JinsongSupervisor:Prof. Zhang Naitong Academic Degree Applied for:Master of Engineering Specialty: Communication andInformation System Affiliation: Shenzhen Graduate School Date of Defence:December, 2008Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要卫星导航定位系统是近几十年来发展起来的无线电导航系统，为全球用户提供准确的定位和授时服务，其应用范围越来越广泛。
因此，卫星导航接收机具有广阔的市场应用前景。
本文研究的卫星导航接收机系统，它能兼容接收GPS信号和我国的卫星导航信号。
作为接收机中的一个重要组成部分，码跟踪环路和载波跟踪环路的研究和开发显得尤为重要。
此外，本地接收机与源信号之间的时间同步也为接收机的应用打下良好的基础。
抗旋转BD接收机跟踪环路设计
传 统 环 路 基 础 上 加 入 辅 助 通 道 ，实现 载 体 旋 转 转 速 的 实时 估 计 以辅 助 环 路 跟 踪 。 经过 仿 真 验 证 ．改 进 之 后
的 环 路 能 够 有 效 降 低 载 体 旋 转 造 成 的 不 良影 响 ，达 到 正 常 信 号 的 跟踪 效 果
关 键 词 ：载 体 旋 转 ；导 航 卫 星 信 号 ；跟 踪 环 路 ；多普 勒 频 移
中 图分 类 号 ：ＴＮ９６７．１；Ｖ２４９
文 献标 志码 ：Ａ
文章 编 号 ：１６７４—５５９０（２０１６）０２—００１５—０４
Ｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｏｏｐ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎｔｉ－ｒｏｔａｔｉｏｎ ＢＤ ｒｅｃｅｉｖｅｒ
ＨＵ Ｔｉｅｑｉａｏ，ＬＩＵ Ｒｕｉｊｉｅ，ＬＩ Ｒｕｉｑｉｎ
（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｉｇｎａｌ ａｎｄＩｍａｇｅ ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＫｅｙ ｎ６ ｏｆＴｉａｎｊｉｎ，ＣＡＵＣ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３００，Ｃｈｉｎａ、
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｃａｒｒｉｅｒ ｒｏｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｓｉｇｎａｌ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｂｙ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｗｉｌｌ ｈａｖｅ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｌａｇｅｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｈｉｆｔ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ａ ｄｅｃｌｉｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｐｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｅｖｅｎ ｆａｉｌｕｒｅ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ，ａ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｈｅｌｐ ｔｈｅ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｔｒａｃｋ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｎｏｒ ｍ ａｌｌｙ ｗｉｔｈ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｃａｒｒｉｅｒ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｌｏｏｐ，ｔｈｅ ａｄｄｉｎｇ ｏｆ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｃｈａｎｎｅｌ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｔｏ ａｓｓｉｓｔ ｌｏｏｐ ｔｒａｃｋｉｎｇ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｌｏｏｐ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ａｄｖｅｒｓｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｃａｒｒｉｅｒ ｒｏｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｃｈｉｅｖｅ ｎｏｒｍ ａｌ ｓｉｇｎａｌ ｔｒａｃｋｉｎｇ．
跟踪接收机原理
跟踪接收机原理
跟踪接收机是一种用于精确测量信号源的设备，其原理基于频域和时域分析技术。
它由接收天线、低噪声放大器、解调器和信号处理单元等结构组成。
以下是跟踪接收机的工作原理：
1. 初始搜索阶段：接收机扫描一定频率范围内的信号，找到目标信号的大致位置。
2. 跟踪阶段：接收机不断调整自身频率和相位，以保持与目标信号的同步。
3. 锁定阶段：接收机成功跟踪目标信号，可以进行信号的解调、处理和显示。
此外，跟踪接收机还利用多普勒频移原理，捕捉信号源发出的信号，并将其解调出基频信号。
当信号源与接收机之间存在相对运动时，会产生多普勒频移，通过测量频偏可计算出信号源的位置和速度信息。
跟踪接收机具有高灵敏度、低噪声、抗干扰能力强等优势，应用场景广泛，包括卫星通信、雷达监测、导弹制导等军事领域，以及无人机控制、交通管制等民用领域。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询专业人士。
卫星接收机跟踪环路介绍 PPT
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相位锁定环路的I/Q解调
由于卫星信号的BPSK调制和强度微弱等特点， 接收机锁相环通常采用I/Q解调来帮助完成载波剥离、 鉴相和数据解调任务。
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相位锁定环路的I/Q解调
令：
则：
经过低通滤波后的同相信号I与Q合在一起可写为：
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相位锁定环路的I/Q解调
相位可由右式得出：
多普勒效应引起载波频率发生动态偏移； 伪随机码的起始时间会随着卫星与接收机间 距离的变化而变化。
2020/3/4
5
跟踪环路原理
信号通道处理信号的四个阶段：
2020/3/4
6
载波环
载波环的目前是尽力使其复制的载波信号与 接收费的卫星载波倍号保持一致，从而通过混频机 制彻底的剥离卫星信号中的载波。
锁相环的系统函数为：
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锁相环环路的阶数
一阶环路的环路滤波器的传递函数
F (s)
1 K
n
系统函数为
H (s) n s n
二阶环路的环路滤波器的传递函数
系统函数为
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15
15
锁相环环路的阶数
三阶环路的环路滤波器的传递函数
系统函数为
F(s)
1 K
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相位锁定环路的暂态相应
暂态相应描述了一个系统在外界激励作用下收 敛到稳态过程中的系统状态变化大小和快慢等情况 。
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相位锁定环路的暂态相应
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相位锁定环路的暂态相应
噪声的带宽称为环路带宽，控制着进入环路噪声 的多少。噪声带宽越窄，进入环路的噪声频率越少， 环路滤波效果越好；反之亦然。
一种减少多径干扰的卫星信号跟踪环路设计
山西科技SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY ２０15年第30卷第6期全球卫星导航系统（ＧＮＳＳ，ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）泛指所有全球卫星导航系统以及区域和增强系统，为全球或区域用户提供精密定位导航和授时服务，在各国的国防、军事和经济发展中发挥越来越大的作用。
近年来，全球卫星定位导航技术飞速的发展，引来各大领域广泛使用ＧＮＳＳ，在航空、通信、测绘、授时、车辆监控管理等应用场景中都发挥着极其重要的作用，因此人们对ＧＮＳＳ展开了广泛深入的研究，其中最为热门的是抗干扰技术的相关研究［１］。
本文在研究典型ＧＰＳ接收机的基础上，深入研究了多径环境中接收机接收到的卫星信号模型，对比分析了常见多径抑制算法的复杂性和抑制效果，通过深入研究信号跟踪捕获的基本原理，明确了跟踪环受到多径干扰对其的影响，在分析多径效应的基础上，设计了一种可以减少多径干扰的信号跟踪环路，该跟踪环路通过提高抗多径干扰性能从而保障接收机在复杂的自然环境中能正常工作，增强了接收机的鲁棒性，具有非常广泛的实用价值，并且能够推动人们对全球卫星定位导航技术的研究，意义重大。
１ＧＰＳ中频信号模型１.１卫星信号模型的建立当ＧＰＳ卫星发射出的信号在穿过大气层在空间传输时，通过大气层被处于地球表面的ＧＰＳ接收机上的天线接收下来，因此接收到的信号中已受到了多种误差的影响。
本文研究的是民用的ＧＰＳ信号，因此选用的是载波频率为１５７５.４２ＭＨｚ的Ｌ１频点，所以ＧＰＳ接收机接收到的第ｉ颗卫星的ＧＰＳ卫星信号模型如式（１）所示：ＲＬ１ｉ＝２Ｐｒ姨Ｄｉ（ｔ－Ｔｐ－驻ｔｉｏｎｏ－驻ｔｔｒｏｐo ＋驻ｔＳＶ）×Ｃｉ（ｔ－Ｔｐ－驻ｔｉｏｎｏ－驻ｔｔｒｏｐo＋驻ｔＳＶ）×ｃｏｓ［棕Ｌ（ｔ－ＴP －驻ｔｉｏｎｏ－驻ｔｔｒｏｐo ＋驻ｔＳＶ）＋渍０］（１）式中:ＲＬ１ｉ是第ｉ颗卫星Ｌ１频段信号；Ｐｒ是信号功率；ｔ是成功接收所用的时间；ＴP 是信号从卫星传输到接收机上所需的时间；驻ｔｉｏｎｏ，驻ｔｔｒｏｐo 分别为电离层和对流层误差；驻ｔＳＶ是系统的时钟偏差［２］。
GNSS接收机跟踪环路关键技术研究
GNSS接收机跟踪环路关键技术研究随着新一代全球卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）的快速建设，针对卫星导航相关技术的研究与发展备受关注。
卫星信号接收机是卫星导航系统实现导航、定位和授时功能的必备终端，也是卫星导航系统重要的组成环节之一。
信号跟踪环路是卫星信号接收机内部关键的功能模块，关系到接收机的全部功能及性能指标的实现。
由于跟踪环路技术的广普性，又经过多年发展，因此一般都认为跟踪环路的设计方法都相对比较成熟。
然而在复杂电磁环境或者接收信号信噪比实时起伏的情况下，普通的环路设计并不能使得跟踪环路持续工作在最佳状态，这时就需要对环路进行更细致的分析和设计。
另外，二进制偏置载波调制（BinaryOffsetCarrier，BOC）具有多峰特性，关于BOC的研究热点大多集中在如何抑制其副相关峰上。
但是在高信噪比条件下，如果能够针对BOC信号的多个相关峰同时进行跟踪锁定，则可以获得更高的相关增益，从而进一步提高BOC环路的跟踪效果。
针对上述复杂电磁环境或者接收信号信噪比实时起伏情况下如何设计最佳跟踪环路，以及如何在高信噪比条件下利用BOC信号的多个相关峰实现更高测距精度的问题，本论文分别从载波跟踪环路和码跟踪环路对其进行深入的分析和研究。
接收机跟踪环路由载波跟踪环路和码跟踪环路相互嵌套而成，其中载波跟踪环路设计又包括锁频环（FrequencyLockLoop，FLL）和锁相环（FhaseLockLoop，PLL）设计。
因此，本论文的跟踪环路研究工作基于码跟踪环路、FLL和PLL这三个方面展开。
在码跟踪环路方面，本论文提出针对BOC信号的多峰联合跟踪环路设计方法。
首先，本论文对BOC信号自相关和BOC与未调制子载波的扩频码（Pseudo-RandomNoise，PRN）之间互相关性进行研究，提出能够同时锁定多个相关峰的多峰联合跟踪方法，并给出新的多峰联合鉴相器。
06-3.3 跟踪基本原理
卫星导航信号接收处理跟踪基本原理目录O N T E N T SC0102030405接收信号的变化信号跟踪的主要目的码跟踪基本原理-信号解扩码跟踪与载波跟踪的融合载波跟踪基本原理-信号解调06跟踪环路闭合的前提条件➢接收机结构信号接收通道...通道2通道1低噪声放大器下变频滤波放大A/D 变换器AGC导航解算用户接口射频前端模拟中频数字中频天线参考晶振频率合成器跟踪捕获电文同步校验基带处理应用处理➢接收信号的变化—多普勒移卫星信号接收频率随信号发射源与接收机之间的相对运动而发生变化的现象称为多普勒效应，频率的变化称为多普勒频移。
θθυθυυsin 2cos cos 22s e see s e s d r r r r r ASr −+==v d ：速度分量引起多普勒效应地球O r e =6731kmβ21528kmBθαAv s =3874m/s卫星圆形轨道r s =27899kmS➢接收信号的变化—多普勒移投影速度最大值：m38746731935m/s 27899s ed s r r υυ⨯==≈最大载波多普勒频移：81561.098935 4.9kHz 310r dm dr f f c υ⨯==≈⨯最大码多普勒频移：682.04610935 6.4Hz 310r h dc f f c υ⨯⨯==≈⨯假设接收机在地球表面处于静止状态➢接收信号的变化—测距码相位未知一个周期的测距码初始码相位是零一个周期的测距码初始码相位是零传播方向⚫接收机从任意时刻开始处理接收机处理1 ms➢接收信号的变化—测距码相位未知接收到的码接收机产生的码τ=？()()()B1I B1I B1IB1IB1I()cos 2πj j j r s t A Ct D t f t ϕ=+➢接收信号的变化c dr f f f +=天线接收到的信号频率：1561.098MHz c f 假设信号发射频率：=()()()()cos 2πr s t AC t D t f t ϕ=+省略下标B1I 和上标j射频前端IF df f +()()()IF ()cos 2π()d s t AC t D t f f t ϕ=++经过射频前端忽略噪声及其他因素的影响严格来说，应采用数字信号的写法，即用nT 代替左式中的t➢信号跟踪的主要目的①获取导航电文；②测量距离；③获取多普勒频移；④测量载波相位。
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码环设计
2017/5/22
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码环设计
相关器间距： 由于存在EPL三路，每路都含有I、Q支路，所以每 个通道上原则上共有6个数字相关器，超前码输入到超前 相关器，即时码输入到即时相关器，滞后码输入到滞后 相关器。这三者相关器是等间距的，此处的间距是指复 制得到的C/A码相位差异。若D表示超前与滞后相关器间 距，d表示超前与即时相关器间距，则存在下述关系：
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锁相环环路的阶数
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相位锁定环路的离散系统
二阶锁相环滤波传递函数：
N阶锁相环系统函数：（Ts表示信号采样周期）
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相位锁定环路的离散系统
二阶数字式锁相环方框图：
2017/5/22
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相位锁定环路的稳态相应
为什么要进行稳态相应分析： 假定一个N阶锁相环处于锁定状态，然后输入 信号的初相位突然加入干扰或者激励，那么锁相环 是否能最终回到锁定状态以及收敛后跟踪误差大小 是多少，就是稳态响应性能的分析。 一般分为相位阶跃、频率阶跃、频率斜升等。
2017/5/22
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相位锁定环路的相干积分
对i路进行时间为 Tcoh的相关计算可得
可得复数向量为
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相位锁定环路的相干积分
数字式锁相环中，忽略了高频部分的i路和q路表示为
这些结果送入积分器后，积分器进行如下计算：
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相位锁定环路的相干积分
Tcoh
2017/5/22
2017/5/22 3
跟踪环路原理
信号跟踪是一个与接收信号同步的二维信号 的复制过程。利用复制的载波与接收信号进行混频 可以实现载波剥离及将信号下变到基带。复制伪码 与接收机信号相乘可以实现伪码剥离和信号解扩， 这时接收信号就只剩下数据码。 GPS卫星信号是动态变化的，变化包括： 多普勒效应引起载波频率发生动态偏移； 伪随机码的起始时间会随着卫星与接收机间 距离的变化而变化。
2017/5/22
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相位锁定环路的I/Q解调
一种典型的载波环：
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相位锁定环路的I/Q解调
作为压控振荡器的数字化形式，数控振荡器是用 来完成正弦载波和余弦载波的赋值工作，工作流程如 下： 1、载波数控振荡器输出一个阶梯型的周期型号 2、正弦和余弦函数查询表分别将阶梯信号转换成数字 式正弦和余弦载波复制信号。 数控振荡器是一个由加法器和寄存器组成的相位累加 器。
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相位锁定环路
ui (t )
2017/5/22
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捕捉过程—环路由失锁进入锁定的过程
a.
Δ ω i 较小→ud(t) 能顺利通过LF得到 uC(t) →控制VCO→环路锁定
b. Δ ω i较大→ ud(t) 通过LF有较大衰减→ uC(t) 较小→经频率牵引过程时间长→环 路锁定 c. Δ ω i很大→ ud(t) 不能通过LF产生uC(t) →VCO不受控→环路失锁
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锁相环与锁频环对比
锁频环下辅助的锁相环是常见的组合方案，锁相环与锁 频环同时工作。因锁频环滤波器所输出的频率差异需要 积分才可以变成锁相环滤波器的相位差异，所以使用N-1 阶锁频环辅助N阶锁相环。如图为二阶锁频环辅助三阶 锁相环
2017/5/22
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码环设计
码跟踪环简称码环，一般采用延迟锁定环（DLL） 。将通过复制一个与接收信号中的伪码（C/A码）相位 相一致的伪码，然后让接收信号与复制伪码相乘相关， 以剥离接收信号中的伪码，并从中获得GPS定位所必需 的伪距这一重要测量值。主要是利用了C/A码的自相关 性。 如果每一时刻只复制一份C/A码，那么由于缺乏可 比性，码环难以判断复制的C/A码与接收信号的相关结 果是否真的达到最大，所以码环一般复制三份（也可以 是两份或更多），用EPL表示，分别是超前（Early）、 即时（ Prompt）和滞后（Late） 2017/5/22 53
捕捉带(Δ ω p )—— 环路由失锁进入锁定所 允许信号频率偏离ω r的最大值。 捕捉时间(τ P )——环路由失锁状态进入锁定 状态所需的时间
相位锁定环路
ui (t )
ui (t )
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相位锁定环路
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相位锁定环路
do (t ) Kou f (t ) dt
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相位锁定环路的I/Q解调
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相位锁定环路的I/Q解调
Mf c
Mfc / 2 N
Mf c fo N 2
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相位锁定环路的相干积分
积分-清除器通过积分低通滤波器来消除信号中的 高频成分和噪声，提高载噪比。工作过程如下： 积分器对输入信号i和q经过一定时间的积分后，得到输 出积分结果I和Q，然后清除积分器中各个寄存单元，进 行下一时段积分，以此往复。 由于积分环节是IQ两路分开，所以称为相干积分， 相干积分的时间称为 Tcoh 。
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相位锁定环路的鉴相器
2017/5/22
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相位锁定环路的鉴相器
2017/5/22
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频率锁定环路的基本原理
锁频环与锁相环不同之处在于鉴别其，频率鉴别器 称之为鉴频器。 锁频环追求的是其复制载波与接受载波的频率一致 ，并不要求其相位一致。锁频环中向量 rp (n) 并不靠近I轴 的正向或负向，端点可在向量图中发生旋转或者在某一 任意相位差异角度上保持不动，锁频环可以推断出频率 差异的幅值和正负，这就是锁频环鉴频的基本原理。 角频率的误差是通过相邻两个历元的相位差异变化 率估算得到：其中，必须位于同一个数据的与工程学院
汇报目录
跟踪环路简介和原理 载波环设计
相位锁定环路 频率锁定环路 锁相环与锁频环对比
码环设计 基带数字信号处理 多路径效应与抑制
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跟踪环路目的
得到更为精确的码初始相位和载波频率，然后 从跟踪到的卫星信号中解调出导航数据。主要目的 是提高所捕获到的C/A码的相位和载波频率的精度， 并在信号随着时间变化的时候保持接收机本地复制 信号与输入信号的准确同步，进而去除信号中的载 波和伪随机码得到导航数据信息。 跟踪主要包括码相位和载波相位的跟踪。信 号跟踪是连续运行的，如果被跟踪的哪一颗卫星出 现失锁，必须对这颗卫星重新捕获一次，使得接收 机能够恢复对这颗卫星的跟踪状态。
输出一误差电压，经环路滤波器变换后控制VCO
的频率，使其输出频率变化到接近 ωi ，且两信号 的相位误差为 φ（常数），这时环路锁定。
2、环路的迁入
从信号的加入到环路锁定以前，称环路的迁入过程。
3、环路的跟踪
• 环路锁定后，当输入基准信号的频率或相位发生某种变 化时，由于环路的反馈控制作用，压控振荡器的频率和 相位将随输入信号的变化而变化，使压控振荡器的频率 与输入信号频率相同且相位差固定为（φ）。 • 但变化范围是有限的。
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相位锁定环路的暂态相应
2017/5/22
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相位锁定环路的暂态相应
当接收机检测到变强的用户动态应力时，它就随 即放宽噪声宽带，以迎合用户的高动态需求，然后当 用户动态应力减弱至正常水平时，它又相应地缩小噪 声带宽。
2017/5/22
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相位锁定环路的I/Q解调
由于卫星信号的BPSK调制和强度微弱等特点， 接收机锁相环通常采用I/Q解调来帮助完成载波剥离、 鉴相和数据解调任务。
2017/5/22
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相位锁定环路的I/Q解调
令： 则：
经过低通滤波后的同相信号I与Q合在一起可写为：
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相位锁定环路的I/Q解调
相位可由右式得出：
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相位锁定环路的I/Q解调
当锁相环锁定信号后，相位差的值基本上在零值 附近晃动，根据公式可发现，同相信号包含的数据信 号和一些噪声，正交信号则基本上只是噪声。说明I/Q 解调法通过反馈调节机制使得I路输出信号功率最大， 同时使得Q路功率保持最小。 考虑到导航电文数据的比特0和1近乎随机，我 我们若将锁相环输出标记在图中，则大概一半的数据 集中于正向I轴，另一半集中在负向I轴。
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跟踪环路原理
信号通道处理信号的四个阶段：
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载波环
载波环的目前是尽力使其复制的载波信号与 接收费的卫星载波倍号保持一致，从而通过混频机 制彻底的剥离卫星信号中的载波。 下变频混频机制：接收信号与本机产生的信 号相乘，去除高频部分。 若复制裁波与接收载波不一致，接收信号不 能被下变频到真正的基带，并且码环C/A码的自相 关幅值会削弱。
coh
coh
1 Tcoh
coh
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频率锁定环路的基本原理
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环路的锁定、捕获和跟踪
1、环路的锁定
• 没有输入信号时，VCO以自由振荡频率ωo振荡。 • 有输入信号ui(t)时，
• 刚开始 ωi ≠ ωo。 • 当某时刻，ωi 和 ωo 接近到一定程度时，鉴相器
e (n)
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Tcoh
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频率锁定环路的基本原理
相干积分器的滤波带宽为 ，所以采用越长的Tcoh 的积分器具有越好的噪声滤波效果；当锁频环以相位差 1 1 异作为鉴频器时，它的频率迁入范围宽 T （从 2T 到 1 T 2T ），也就是说， coh 越长的锁频环具有越小的频率迁入 范围。因此，在锁频环中，仍需要 Tcoh 在环路的噪声性能 和动态性能之间做出平衡。