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。
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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。
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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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。
利用 二阶锁相环的系统函数H（s）可得，噪声 带宽为：
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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
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。
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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。
b. Δu路Cω锁(t)i定较较大小→→经ud频(t)率通牵过引LF过有程较时大间衰长减→→环 c. Δ→VωCi很O大不→受控ud→(t)环不路能失通锁过LF产生uC(t)
捕捉带(Δωp )—— 环路由失锁进入锁定所 允许信号频率偏离ω 的最大值。
r
捕捉时间(τP )——环路由失锁状态进入锁定 状态所需的时间
一般分为相位阶跃、频率阶跃、频率斜升等。
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相位锁定环路的稳态相应
相位阶跃 频率阶跃 频率斜升
误差传递函数的Z变换表示：
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相位锁定环路的稳态相应
相位阶跃
频率阶跃
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相位锁定环路的稳态相应
频率斜升激励
一个N阶锁相环不但可以准确无误的跟踪相位按时间 （N-1）阶次方或更低次方的变化信号，而且可以跟踪相位 按时间N次方变化的信号，只不过会产生一个值恒定的跟踪 误差，但不可跟踪（N+1）阶。
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

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do (t)
dt

Kou
f
(t)
o
(t)

t
0
do (t)dt
dt

Ko
t
0
u
f
(t)dt
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相位锁定环路拉氏变换
为方便对其运行性能进行分析，对上式进行拉 氏变换，可得压控振荡器的传递函数为：
当输入、输出相位一致时，称为锁定状态；未 一致但趋于一致称为迁入状态；不收敛或者干扰过于 激烈未能进入锁定状态时称为锁相环暂时失锁。
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相位锁定环路

ui (t)
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捕捉过程—环路由失锁进入锁定的过程
a. Δωi 较小→ud(t) 能顺利通过LF得到
uC(t) →控制VCO→环路锁定
跟踪环路介绍
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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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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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。
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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：
b3n


a3n2
s

3 n
s2

H(s)
b3n s 2

a3n2 s

3 n
s3

b3n s 2

a3n2 s

3 n
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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：
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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。
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。
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相位锁定环路
相位锁定环路（PLL）简称锁相环，是以锁定输 入载波信号的相位为目标的一种载波环实现形式。
锁相环是一个产生、输出周期信号的电子控制 环路，通过不断调整其输出信号的相位，使输出信号 与输入信号之间的相位时刻保持一致。