北斗卫星导航接收机跟踪环技术设计与实现

第１４卷 第４期 ２０１６年８月光 学 与 光 电 技 术ＯＰＴＩＣＳ＆ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．１４ ， Ｎｏ．４Ａｕｇｕｓｔ ， ２０１６收稿日期 ２０１５ － １０ － １３ ； 收到修改稿日期 ２０１５ － １２ － ２６作者简介 查环（ １９７５－ ），男，硕士，高级工程师，主要研究方向为导航及操纵控制、电力系统及其自动化。Ｅ － ｍａｉｌ ： ｚｈａｈｕａｎ ＿ ７５＠１６３．ｃｏｍ文章编号：１６７２ － ３３９２ （ ２０１６ ） ０４ － ００５８ － ０５北斗卫星导航接收机跟踪环技术设计与实现查 环 １ 李 超 ２（ １海军装备部装备采购中心，北京１０００７０ ； ２华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室，湖北 武汉４３０２２３ ）摘要 跟踪环路设计是实现北斗卫星导航接收机的关键环节，为实现接收机的环路跟踪，设计了一种基于 ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ的数字ＢＤＳ接收机实时高精度跟踪环路，并阐述了环路跟踪的原理和方法。采用二阶锁频环辅助三阶锁相环完成北斗载波信号的高精度稳定闭环跟踪，同时使用载波来实时地辅助码环跟踪，从而完成北斗卫星信号的实时高精度跟踪。

试验结果表明，该跟踪环路能实现对北斗卫星信号的跟踪，并且环路在０．４ｓ就进入稳态，同时具有良好的动态性能。关键词 北斗卫星导航系统；环路跟踪；锁频环；锁相环；码环跟踪中图分类号 ＴＮ９６５．５ 文献标识码 Ａ１ 引 言北斗卫星导航接收机作为整个北斗卫星导航系统的重要组成部分，是连接用户与北斗卫星导航系统之间的唯一设备，是用户利用北斗卫星进行导航、定位应用的重要前提，因此研制和生产北斗卫星导航接收机具有重要意义。典型的卫星导航接收机是由射频前端、捕获、跟踪和导航解算四个模块组成的。跟踪模块的主要作用是产生本地载波和伪码，并且保持本地产生的载波与伪码分别和接收到的卫星信号的载波与伪码 同 步，进一步 实现 对卫 星 信号的 解 调 和解扩 ［１ ］ 。然而，要达到对载波和伪码持续、稳定的跟踪并非易事。由于一些不可避免的因素，如卫星与接收机之间的相对运动、时钟频率漂移等，导致接收信号的载波频率、伪码相位随时间的推移而产生不可预测的变化 ［２ ］ 。目前对载波环跟踪技术的研究主要集中在三个方面 ［３ ］ ：１ ）锁频环辅助锁相环的形式； ２ ）使用外部辅助系统； ３ ）利用参数估计的方法。

锁频环辅助锁相环比较简单，无需 ［５ ］ ，该方法需要添加一个惯性器件，结构相当复杂，而且会增大整个系统的体积和重量，并且这种组合方式要求惯性传感器的测量值足够精确，而精确的惯性传感器其价格通常非常昂贵，因此，该种方式还会导致接收机成本的大幅度上涨；利用参数估计的方法基于统计学原理，该方法理论上能够实现低信噪比条件下的多普勒估计，然而其实现依赖于大量试验样本的获取，而且运算比较复杂，实时性较差，多用于数据后处理，还有待于进一步完善。本文研究了一种基于 ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ 的数字北斗接收机实时高精度跟踪环路，可以完成北斗卫星信号的实时高精度跟踪。２ 理论分析２．１ 跟踪原理跟踪环路对信号的跟踪过程可以简单描述如下：接收机跟踪环路产生载波和伪码信号，并且保持所产生两种信号的频率和相位分别与接收到的载波和伪码信号的相一致，在此基础上，通过混频（相乘）操作实现载波的剥离，使信号下变频到基带，通过相关运算，实现伪码剥离和信号的解扩，得到的信号便只是数据码。

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