用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號跟蹤的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]信號跟蹤是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收機執(zhí)行的要求最高的功能之一。為了跟蹤進入的衛(wèi)星導航信號，接收機需要多個相關(guān)器，且在接收機內(nèi)使用的相關(guān)器的數(shù)量對接收機消耗的功率和實現(xiàn)接收機所需要的處理資源具有直接影響。隨著新GNSS信號頻率和除了全球定位系統(tǒng)(GPS)以外的新GNSS星座(例如，伽利略和北斗)的即將引進，GNSS接收機可能需要跟蹤的可用GNSS信號的數(shù)量越來越多，意味著被設(shè)計為兼容多于一個GNSS星座的GNSS接收機將變得越來越復雜。因此，可用信號數(shù)量的增加將導致GNSS接收機設(shè)計要求更多的處理功率，這導致更高的功率消耗和越來越高的成本，特別是對于同時處理接收機視野范圍內(nèi)所有衛(wèi)星的導航信號的接收機而言。
[0002]由于上述原因和下面所述的本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解本發(fā)明之后而顯然的原因，本領(lǐng)域需要用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號跟蹤的改進系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的實施例提供用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號跟蹤的方法和系統(tǒng)，且通過閱讀和學習下面的說明來理解。
[0004]在一個實施例中，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收機跟蹤系統(tǒng)包括:載波解調(diào)器，被配置為接收GNSS導航信號，其包括導頻信號分量和數(shù)據(jù)信號分量;相關(guān)器塊，與所述載波解調(diào)器親合，其中相關(guān)器塊實現(xiàn)前期相關(guān)器(early correlator)，即時相關(guān)器(promptcorrelator)和后期相關(guān)器(late correlator)，其中相關(guān)器塊通過使用即時相關(guān)器處理導頻信號分量生成即時值，和通過使用前期相關(guān)器和后期相關(guān)器處理數(shù)據(jù)信號分量生成前期和后期值;載波跟蹤環(huán)，與載波解調(diào)器和相關(guān)器塊耦合，其中載波跟蹤環(huán)使用從導頻信號分量生成的即時值生成本地載波參考信號，和其中載波跟蹤環(huán)輸出本地載波參考信號至載波解調(diào)器;碼跟蹤環(huán)，與前期相關(guān)器和后期相關(guān)器耦合，其中碼跟蹤環(huán)輸出導頻信號本地復制偽碼序列至即時相關(guān)器，和數(shù)據(jù)信號本地復制偽碼序列至前期相關(guān)器和后期相關(guān)器，其中用于導頻信號本地復制偽碼序列和數(shù)據(jù)信號本地復制偽碼序列的碼片率作為由數(shù)據(jù)信號生成的前期和后期值的函數(shù)由碼跟蹤環(huán)來調(diào)整；和符號解調(diào)器，與前期相關(guān)器和后期相關(guān)器耦合，其中符號解調(diào)器使用前期和后期值從數(shù)據(jù)信號分量提取導航數(shù)據(jù)。
[0005]在另一實施例中，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收機跟蹤系統(tǒng)包括:載波解調(diào)器，被配置為接收GNSS導航信號，其包括至少數(shù)據(jù)信號分量;耦合至載波解調(diào)器的相關(guān)器塊，其實現(xiàn)了前期相關(guān)器和后期相關(guān)器，其中所述相關(guān)器塊通過使用前期相關(guān)器和后期相關(guān)器處理數(shù)據(jù)信號分量生成前期和后期值;耦合至載波解調(diào)器和相關(guān)器塊的載波跟蹤環(huán)，其中所述載波跟蹤環(huán)基于從數(shù)據(jù)信號分量生成的前期和后期值生成本地載波參考信號，和其中載波跟蹤環(huán)輸出本地載波參考信號至載波解調(diào)器；與前期相關(guān)器和后期相關(guān)器耦合的碼跟蹤環(huán)，其中碼跟蹤環(huán)輸出數(shù)據(jù)信號本地復制偽碼序列至前期相關(guān)器和后期相關(guān)器，其中用于數(shù)據(jù)信號本地復制偽碼序列的碼片率作為從數(shù)據(jù)信號生成的前期和后期值的函數(shù)通過碼跟蹤環(huán)來調(diào)整；與前期相關(guān)器和后期相關(guān)器耦合的符號解調(diào)器，其中符號解調(diào)器使用前期和后期值從數(shù)據(jù)信號分量提取導航數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0006]當鑒于優(yōu)選實施例的描述和下述附圖考慮時，本發(fā)明的實施例可以更容易理解和它的進一步的優(yōu)點和使用將更明顯，其中
[0007]圖1和IA是圖示本發(fā)明的一個實施例的GNSS接收機跟蹤系統(tǒng)的圖；
[0008]圖2和2A是圖示本發(fā)明的一個實施例的GNSS接收機跟蹤系統(tǒng)的圖；且
[0009]圖3是圖示本發(fā)明的一個實施例的GNSS接收機跟蹤的過程的流程圖；
[0010]根據(jù)慣例，各種描述的特征未按比例畫出而是為了強調(diào)與本發(fā)明相關(guān)的特征來畫出。貫穿附圖和文字，參考字符表示類似的元件。
【具體實施方式】
[0011]在下面的詳細描述中，對形成其一部分的附圖進行參考，且其中通過其中可以實現(xiàn)本發(fā)明的特定示意性實施例來示出。這些實施例以充分細節(jié)的方式進行描述以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明，且可以理解的是可使用其他實施例和可以進行邏輯、機械和電子改變而不脫離本發(fā)明的范圍。因此，下面的詳細描述沒有在限制性的意義上被進行。
[0012]進入信號與其本地復制在時間(碼)和頻率/相位(載波)域的緊密對準是用于良好的GNSS接收機性能的關(guān)鍵先決條件之一。本公開的實施例提供了系統(tǒng)和方法，其使用較少的相關(guān)器來實現(xiàn)碼和載波的跟蹤對準。
[0013]如通常在行業(yè)中使用的術(shù)語，用于跟蹤特定衛(wèi)星信號的“前期”、“即時”和“后期”相關(guān)器分別使用前期、即時和后期信號復制，其具有相同的載波和碼片率，且僅在碼偏移上不同?！凹磿r”復制是與進入信號對準的一個“即時”復制，而“前期”和“后期”復制則在碼域上分別向前和向后移動碼片的一小部分。為了跟蹤目的的相關(guān)可以包括把所有三個復制應(yīng)用于進入衛(wèi)星信號，和使用對應(yīng)相關(guān)器輸出來保持本地復制與進入信號對準。如下面更詳細的描述，本公開提供GNSS接收機跟蹤系統(tǒng)，其可以使用如兩個或三個之少的相關(guān)器執(zhí)行碼和載波信號跟蹤。
[0014]由GNSS衛(wèi)星發(fā)射的大部分現(xiàn)代GNSS導航信號把發(fā)射的導航信號功率拆分成兩個信號分量。那些兩個分量本文中被稱為數(shù)據(jù)信號和導頻信號。例如，描述GNSS接收機跟蹤實施例，其中前期和后期相關(guān)器被實現(xiàn)用于從GNSS導航信號的數(shù)據(jù)信號分量來執(zhí)行碼跟蹤和導航位解碼二者。對于一些實施例，在導頻信號中實現(xiàn)即時相關(guān)器來提供載波跟蹤。當導頻信號存在時，跟蹤導頻信號的載波可增加GNSS接收機的靈敏性和由此在嚴峻環(huán)境下保持跟蹤信號的能力。對于一些實現(xiàn)，可實現(xiàn)增加的靈敏性，例如，通過延長相干積分時間，由此增加信噪比，由于位轉(zhuǎn)移(bit transit1n)的缺乏(最大相干積分時間不再被數(shù)據(jù)位持續(xù)時間限制，以及取而代之它將被PLL濾波器帶寬限制)和通過實現(xiàn)更穩(wěn)健的純鎖相環(huán)(PLL)來代替科斯塔斯環(huán)(Costas-loop)，跟蹤靈敏性增加了6dB。在其他實施例中，使用前期和后期相關(guān)器的組合而不需要即時相關(guān)器來執(zhí)行所有的碼跟蹤，位解碼和載波跟蹤。最簡單的組合是僅將由前期和后期相關(guān)器生成的前期和后期復合值相加。通過執(zhí)行這個組合引發(fā)的性能損失對于通常在機載(airbome)GNSS接收機中觀測到的載波對噪聲密度(CNO)值來說幾乎可以忽略。即使在最不期望的CNO值下，與位解碼和載波跟蹤有關(guān)的要求，如誤碼率(BER)和循環(huán)滑動率(Cycle Slip Rate)，在使用這個提出的方法時應(yīng)該是很容易地被滿足。
[0015]圖1是圖示本公開的一個實施例的GNSS接收機跟蹤系統(tǒng)100的框圖。GNSS接收機跟蹤系統(tǒng)100包括碼跟蹤環(huán)120，載波跟蹤環(huán)130，相關(guān)器塊140和符號解調(diào)器150。
[0016]在圖1中所示的實施例中，導航信號102(更具體地，包括導頻信號分量和數(shù)據(jù)信號分量二者的GNSS導航信號)在GNSS接收機跟蹤系統(tǒng)100中被接收。在一個實施例中，導航信號102是中頻(IF)信號，其從GNSS星座衛(wèi)星發(fā)射的GNSS導航信號中導出。通過載波解調(diào)器110將導航信號102與本地載波參考信號137相乘來把載波從信號中移除，導致包括兩個偽隨機噪聲(PRN)碼序列的基帶信號-一個具有導頻信號偽碼和一個具有數(shù)據(jù)信號偽碼。該基帶信號提供輸入至相關(guān)器塊140。
[0017]這兩個偽碼分量每個都包括碼片序列。用于導頻和數(shù)據(jù)碼的序列是彼此不同的，以及獨特于任何其他GNSS衛(wèi)星使用的碼。導頻和數(shù)據(jù)碼序列的每個從GNSS衛(wèi)星以標稱的碼片率發(fā)射并且這兩個碼序列的傳輸是彼此同步的。然而，由于多普勒漂移和接收機時鐘的不準確，GNSS接收機處的接收碼片率可能偏離標稱碼片率。GNSS接收機跟蹤系統(tǒng)100的任務(wù)是監(jiān)控和補償這些偏離，使得可以從進入的導航信號102中導出不失真的導航數(shù)據(jù)。
[0018]對于圖1中所示的實施例，使用前期和后期相關(guān)，針對數(shù)據(jù)信號偽碼的本地復制相關(guān)數(shù)據(jù)信號。作為結(jié)果的相關(guān)的前期和后期值被用于碼跟蹤和用于符號解調(diào)。數(shù)據(jù)信號是導航信號102的分量，其攜帶了來自GNSS衛(wèi)星的導航數(shù)據(jù)。更具體地，數(shù)據(jù)信號