GPS接收机伪码跟踪算法研究

文章编号:1003-1251(2008)06-0044-04

GPS 接收机伪码跟踪算法研究

刘元涛1

,冯永新1

,潘成胜

2,3

(1.沈阳理工大学通信与网络工程中心,辽宁沈阳110168;

2.南京理工大学自动化系,江苏南京210094;

3.大连大学,辽宁大连116622)

摘　要:在对锁相环基本原理分析的基础上,对GPS 卫星信号的伪码跟踪方法进行了深入研究.针对DLL 跟踪BOC 调制信号时的不足之处,对一种新的伪码跟踪环路--NE LP,进行了分析,并在Matlab 环境下对两种跟踪方法进行了仿真.仿真结果表明,在

对BOC 调制信号进行跟踪时,NE LP 跟踪环比DLL 跟踪环具有更精确的跟踪效果.关键词:跟踪;DLL;NELP;BOC 中图分类号:T N971.1 文献标识码:A

The Research of GPS Rece i ver Pseudo 2code 2track A lgor ith m

L IU Yuan 2Tao 1

,FENG Yong 2Xin 1

,P AN Cheng 2Sheng

2,3

(1.Shenyang L igong University,Shenyang 110168,China;2.Aut omati on Depart m ent of Nanjing University of Science Te 2

chol ogy,Nanjing 210094,China;3.Dalian University,Dalian 116622,China )

Abstract:On the analysis of basic p rinci p le of DLL,the p seudo 2code 2track method of the GPS satellite signals is studied thor oughly .For the deficiencies of DLL ’s tracking the BOC modulati on signals,a ne w p seudo 2code 2track l oop,NE LP is analysed and t w o methods of tracking are si m ulated in the Matlab envir on ment .The si m ulati on results show that in the BOC modulati on signals at the track,NELP tracking l oop has a more accurate tracking re 2sults than that of the DLL tracking l oop.Key words:track;DLL;NELP;BOC

收稿日期:2008-10-08

基金项目:辽宁省创新团队计划支持

作者简介:刘元涛(1982—),男,硕士研究生;通讯作者:冯永新

(1974—),女,教授,博士.研究方向:分布式仿真、扩频

通信技术及应用、GPS 应用技术.潘成胜(1962—),男,教授,博士,博士生导师.研究方向:GPS 应用技术、计算机仿真,网络管理.

GPS 卫星发射的信号包含有三种成分,即数据码、测距码和载波.这三种信号分量都是在同一基本频率f 0=10.23MHz 的控制下产生的.GPS 卫星发射信号和噪声的混合信号进入天线后,转换为中频数字信号进行后续处理.通过相关运算对

GPS 卫星信号完成二维搜索,即通过码相关完成

对卫星信号的解扩和通过载波相关完成对卫星信

号载波Dopp ler 频移的搜索,从而实现对信号的二

维捕获[1]

.

捕获到卫星信号后,即可利用跟踪环对信号进行跟踪处理.当伪码采用C /A 码和P 码时,DLL 跟踪环能够满足跟踪要求,但是当采用BOC 调制信号,即M 码信号时,DLL 跟踪环已经不能够精确

跟踪[2]

.针对一种新的伪码跟踪环-NELP,进行深入分析,实现M 码信号的跟踪处理.

2008年12月

沈阳理工大学学报 Vol.

27No .6第27卷第6期　

TRANS ACTI O NS OF

SHENY ANG L I G ONG UN I V ERSI TY

Dec .

2

8

1　DLL 环路

传统的GPS 环路,伪码跟踪一般采用DLL 跟

踪环,即非相干延迟锁定环,其原理如图1所示,

伪码跟踪环的主要作用是从扩频码中提取伪距观测量,同时对卫星信号进行解扩,以获得仅由导航电文调制的载波信号

.

图1　锁相环原理图

鉴相器是一个误差检测元件,它比较输出相

位和输入相位后输出误差信号.鉴相器是锁相环最灵活的部分,鉴相特性可以多种多样,如正弦形特性、三角形特性、锯齿形特性等.不同锁相环的区别主要在于鉴相器的不同.环路滤波器具有低通特性,它滤除误差信号的高频分量,输出一个控制信号控制压控振荡器的频率,环路滤波器的阶数决定锁相环的阶数,对于n 阶锁相环,其环路滤波器为(n -1)阶.环路滤波器还将决定锁相环路的跟踪性能.压控振荡器是一个有线性控制特性的调频振荡器,其振荡频率在工作区间内随控制信号做线性变化,由环路滤波输出的控制信号将修改压控振荡器的输出频率,使之和输入频率一致.锁相环的工作过程可以描述为:通过鉴相器比较输入相位和输出相位,得到误差信号.该误差信号一般混和了高频分量和宽带噪声,经环路滤波之后得到控制信号,并加到压控振荡器上使之产生频率偏移,从而使得输出相位能够跟踪输入相位的变化.由此可知,锁相环实际上是通过频率的调整来达到相位跟踪的目的.

当环路锁定之后,输出频率和输入频率相同,而输出相位和输入相位之间可以维持一定的稳态误差,通过锁相环可以得到十分精确的频率控制[3,4].

2　NEL P 环路

GPS 中M 码信号采用二进制偏移载波调制方式,用BOC (10.23,5.115)表示,缩写为BOC (10,5),即满足BOC (f s ,f c ),中亚载波f s =10.23MHz,扩频码速率f c =5.115MHz [5]

.

如果输入信号是C /A 码信号和P 码信号,DLL 跟踪环能够实现很好的跟踪,精确解调出数据.但是如果输入信号是M 码信号,由于M 码自身的多相关峰特性,DLL 跟踪环已无法实现精确跟踪.因此,需要采用一种新的跟踪处理方式,即NELP -非相干远超前远滞后伪码跟踪环.NE LP

的等效环路模型如图2所示

[6]

.

图2　NELP 环路模型

环路输入伪随机码为S (t -τs ),环路输入X (t )应为信号与噪声n (t )之和,则有

　X (t )=V i S (t -τs )+n (t )　(已去掉载波)

(1)式中V i 为输入信号振幅.本地码发生器输出时延

超前与滞后一个码元数字周期T 的两路伪随机码信号加到相关器上,与环路输入分别在两个相乘器进行相关运算,然后将两相乘器的输出电压相

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54・第6期 刘元涛等:GPS 接收机伪码跟踪算法研究