北斗卫星导航接收机跟踪环技术设计与实现(2)

在典型的卫星导航接收机中，对载波和伪码的跟踪分别由载波环和码环来实现，其中载波环又可以分为锁相环（ ＰｈａｓｅＬｏｃｋ第４期 查环 等：北斗卫星导航接收机跟踪环技术设计与实现Ｌｏｏｐ ， ＰＬＬ ）和 锁 频 环 （Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＬｏｃｋＬｏｏｐ ，ＦＬＬ ）两种环路。２．２ 锁相环原理ＰＬＬ结构如图１所示，包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三部分，其功能是保持输入信号的相位与输出信号的相位相一致 ［６ ］ 。北斗接收机跟踪原理图１锁相环的基本构成Ｆｉｇ．１ＣｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆＰＬＬ鉴相器的作用是比较输入、输出两个信号相位的差异，通过相乘得到两者的误差信号。其输出ｕ ｄ （ ｔ）为ｕ ｄ （ ｔ ） ＝ ｕ ｉ （ ｔ ） × ｕ ｏ （ ｔ ）环路滤波器主要用来滤除信号中的高频分量和宽带噪声，并将滤波后的结果作为压控振荡器的输入。通过计算得到输出 ｕｆ （ ｔ）为ｕ ｆ （ ｔ ） ＝ ｋ ０ ｋ ｆ ｓｉｎ ［ θ ｅ （ ｔ ）］ ＝ ｋ ０ ｋ ｆ ｓｉｎ ［ θ ｉ － θ ｏ ］其中，ｋ ｆ 为环路滤波器的增益， θ ｅ （ ｔ ）为输入信号与输出信号之间的相位差异。

至于信号过了滤波器出现的相位变化，那是没办法的事情，通过这个函数就会变成这个样子，如果仅是为了测测某个频率的幅值的话那相位就不用管，如果要干别的事情比如说过拿这信号做反馈控制的话那相频图就很重要了，比如来个fir滤波幅频上高频衰减得很好看但相位上低频段已经±180°翻了好几个来回，那这滤波器加上去真是百害无一利。并且，将相位比较电路33的比较输出提供给环路滤波器35，从该比较 输出提取dc电压，该dc电压的电平根据在可变分频电路32的输出信号和信 号形成电路34的输出信号之间的相位差而改变。相位跟踪法是在干涉仪的一个臂上引入相位调制器，干涉仪输出信号经过相位补偿电路后对其进行反馈控制>产生相位补偿，使得干涉仪的两臂的相位差为n /，即干涉仪工作在正交状态下，此时传感器波长的变化量与探测器输出的电压变化成正比相位跟踪法的结构较简单，解调速度快，其缺点是检测大信号时失真严重，解调结果与光强相关，且在组网复用中，由于每 一 路传感器的干涉信号初始相位漂移不同，因此每-路传感器需要单独的干涉仪和补偿电路，组网结构比较复杂。

二阶锁相环对于调频信号的稳态误差为零，因此，本文设计的接收 机 中 也采 用 二 阶锁相环，其滤波传递函数Ｆ （ ｓ ） ＝ｓτ２ ＋１ｓτ１。得到系统函数为Ｈ （ ｓ ） ＝２ξ ω ｎ ｓ ＋ ω２ｎｓ２ ＋２ξ ω ｎ ｓ ＋ ω２ｎ其中，ω ｎ 为固有频率，表示为 ω ｎ ＝ｋτ 槡 １，ξ 为阻尼系数，ξ ＝ ωｎ τ ２２，参数 ξ 和 ω ｎ 决定了二阶锁相环的性能。令 ａ ２ ＝２ξ 则得到二阶锁相环系统函数：Ｈ （ ｓ ） ＝ａ ２ ω ｎ ｓ ＋ ω２ｎｓ２ ＋ａ ２ ω ｎ ｓ ＋ ω２ｎ同理可得三阶锁相环的系统函数：Ｈ （ ｓ ） ＝ｂ ３ ω ｎ ｓ２ ＋ａ ３ ω２ｎ ｓ ＋ ω３ｎｓ３ ＋ｂ ３ ω ｎ ｓ２ ＋ａ ３ ω２ｎ ｓ ＋ ω３ｎ３ 跟踪算法设计３．１ 跟踪环路总体设计载波环和码环组成了接收机的跟踪环路，载波环实现信号的解调，而码环实现信号的解扩，二者精确配合组成完整的卫星信号跟踪环路，才能得到信号的解扩和解调，获取正确的导航数据信息。

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