北斗卫星导航接收机跟踪环技术设计与实现(4)

除天线和射频单元外，数字处理平台主要包括快速捕获、环路跟踪以及定位解算三大功能模块。其中快速捕获、环路跟踪的相关处理由ＦＰＧＡ完成，环路跟踪的滤波计算和定位解算由ＤＳＰ完成。接收机的电气原理如图６所示。图 ６ 北斗卫星导航接收机原理框图Ｆｉｇ．６ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＢｅｄｉＤｏｕｒｅｃｅｉｖｅｒ４．２ 跟踪模块设计北斗接收机要实现位置、速度和时间（ ＰＶＴ）解算值就必须同时接收和跟踪４颗以上的卫星信号，地球表面可接收的北斗卫星为４～１１颗，为减少资源和后续多系统扩展，本设计采用 １２ 个相互独立的跟踪通道，每个通道的原理结构如图 ３ 所示，其中ＤＳＰ完成载波环滤波器、码环滤波器的滤波算法，其余均在 ＦＰＧＡ 中完成。接收机的采样时钟为６２ＭＨｚ ，扩频码频率为２．０４６ＭＨｚ ，预检测积分时间为１ｍｓ ，锁频环噪声带宽２５Ｈｚ ，锁相环噪声带宽１５Ｈｚ ，根据ＰＬＬ 、 ＦＬＬ鉴别器分别产生相位误差估计和频率误差估计，载波跟踪环通过ＦＬＬ和宽带的载波环滤波器闭合起来，实现稳定的环路跟踪。跟踪通道模块主要由载波 ＮＣＯ 、码 ＮＣＯ 、码发生器、积分清零器、码滑动控制、载波周期计数、码相位计数器、历元计数器等组成 ［１ ］ 。

由图３可看出，输入信号分两路分别与载波环产生的载波信号的同相、正交分量相乘，得到 Ｉ 、 Ｑ 两路信号。然后， Ｉ 、 Ｑ两路信号分别与码发生器产生的 Ｅ 、 Ｐ 和 Ｌ 同时进行相关运算，得到六路积分累加值。这些积分累加值是解扩、解调出导航电文数据的原始数据。同时该模块还产生载波 ＮＣＯ相位、载波周数、码相位、历元计数等测量数据，通过对这些测量数据进行处理，可以得到伪距测量值和载波相位测量值。４．３ 系统测试结果载波环滤波器和码环滤波器分别输出本地载波与输入载波、本地码和输入码之间的相位差，当两者的值越接近于零，且在零附近波动就表明信号已跟踪上，同时也表明跟踪环路达到稳定状态。将设计完成的算法下载到 ＦＰＧＡ 和 ＤＳＰ 中，从图 ７ 、图８可以看出经过４００ｍｓ后，码跟踪环的输出趋近于零，并且其在零附近的波动也非常小，说明码环进入稳定状态，与载波环同时达到环路稳定状态，本地信号已复现输入的卫星信号，信号的整个能量基本上都集中在同向支路上，且为矩形方波信号，可以进行导航电文解析。图７载波环路滤波输出值Ｆｉｇ．７Ｏｕｔｐｕｔｏｆｃａｒｒｉｅｒｌｏｏｐ ｆｉｌｔｅｒ图８码环路滤波输出值Ｆｉｇ．８ＯｕｔｐｕｔｏｆＤＬＬ１ ６光 学 与 光 电 技 术 第１４卷当载波、码环路跟踪稳定后输出的导航电文数据如图９所示。

图９同向支路的输出值Ｆｉｇ．９Ｏｕｔｐｕｔｓｏｆ Ｉ ｂｒａｎｃｈ５ 结 论本文结合基带信号处理的要求，采用了以 ＦＰ －ＧＡ＋ＤＳＰ 为核心的架构平台，完成了北斗卫星信号跟踪算法的设计，并对该算法进行了测试和试验验证，结果表明，该跟踪算法完全满足北斗卫星导航接收机的实时性要求。参 考 文 献［ １ ］ 谢钢 ．ＧＰＳ 原理与接收机设计［ Ｍ ］ ． 北京：电子工业出版社， ２００９．ＸＩＥＧａｎｇ．ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆＧＰＳａｎｄｒｅｃｅｉｖｅｒｄｅｓｉｇｎ［ Ｍ ］ ．Ｂｅｉｊｉｎｇ ： Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ ＨｏｕｓｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｅｓＩｎ －ｄｕｓｔｒｙ ， ２００９．［ ２ ］ 柯腾伦．北斗接收机关键技术研究［ Ｄ ］ ．西安：西安电子科技大学， ２０１３．ＫＥＴｅｎｇ － ｌｕｎ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆＢｅｉＤｏｕｒｅｃｅｉｖｅｒ ［ Ｄ ］ ．Ｘｉａｎ ： ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ， ２０１３．［ ３ ］ 张晶泊．ＧＮＳＳ软件接收机高动态载波跟踪环路关键技术研究［ Ｄ ］ ．大连：大连海事大学， ２０１２．ＺＨＡＮＧＪｉｎｇ － ｂｏ．Ｔｈｅｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｈｅｈｉｇｈ － ｄｙ －ｎａｍｉｃｃａｒｒｉｅｒｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｏｏｐ ｉｎＧＮＳＳｓｏｆｔｗａｒｅｒｅｃｅｉｖｅｒ［ Ｄ ］ ．Ｄａｌｉａｎ ： ＤａｌｉａｎＭａｒｉｔｉｍｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ， ２０１２．［ ４ ］ 杨雪梅，尹鑫，刘卫新，等．ＩＮＳ辅助的北斗二代用户机跟踪算法分析［ Ｊ ］ ．火力与指挥控制， ２０１４ ， ３９（ ４ ）： １７７ － １８０．ＹＡＮＧＸｕｅ － ｍｅｉ ， ＹＩＮＸｉｎ ， ＬＩＵＷｅｉｘｉｎ ， ｅｔ ａｌ ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｒａｃｋｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＢＤ２ｒｅｃｅｉｖｅｒａｉｄｅｄｂｙＩＮＳ ［ Ｊ ］ ．ＦｉｒｅＣｏｎｔｒｏｌ＆ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ ， ２０１４ ，３９ （ ４ ）： １７７ － １８０．［ ５ ］ ＡｌｂａｎＳ ， ＡｋｏｓＤ ， ＲｏｃｋＳ ， ｅｔ ａｌ ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙ －ｓｉｓａｎｄａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓｆｏｒＩＮＳ － ａｉｄｅｄＧＰＳｔｒａｃｋｉｎｇｌｏｏｐｓ ［ Ｃ ］ ．ＩＯＮＧＮＳＳ ，ＬｏｎｇＢｅａｃｈ ， ＣＡ ， ２００５ ： １３ －１６．［ ６ ］ 杜勇，尹业宏，陆家兵 ． 基于 ＦＰＧＡ 的空间滤波测速算法实现［ Ｊ ］ ． 光学与光电技术， ２０１５ ， １３ （４ ）： ４１ －４４．ＤＵＹｏｎｇ ， ＹＩＮＹｅ － ｈｏｎｇ ， ＬＵＪｉａ － ｂｉｎｇ．Ｓｐａｔｉａｌｆｉｌｔｅ－ｒｉｎｇ ｖｅｌｏｃｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ［ Ｊ ］ ．Ｏｐｔｉｃｓ＆ ＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ， ２０１５ ， １３（ ４ ）： ４１ － ４４．［ ７ ］ ＨｉｎｅｄｉＣ．ＡｎｅｘｅｎｄｅｄＫａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｂａｓｅｄａｕｔｏｍａｔｉｃｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐ ［Ｃ ］ ．ＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＤａｔａＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎＰｒｏｇｒｅｓｓＲｅｐｏｒｔ４２ － ９５ ， ＪｅｔＰｒｏｐｕｌ －ｓｉｏｎＬａｂｏｒａｔｏｒｙ ， ＣａｌｉｆｏｒｎｉａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ，Ｐａｓａｄｅｎａ ， ＣＡ ， １９８８ ： ２１９ － ２２８．ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＢｅｉＤｏｕＲｅｃｅｉｖｅｒＴｒａｃｋｉｎｇＬｏｏｐＺＨＡＨｕａｎ１ ＬＩＣｈａｏ ２（ １ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＰｒｏｃｕｒｅｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒｏｆｔｈｅＮａｖａｌＡｒｍａｍｅｎｔｓＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７０ ， Ｃｈｉｎａ ；２Ｈｕａｚｈｏｎｇ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏ － ｏｐｔｉｃｓ —ＷｕｈａｎＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ， Ｗｕｈａｎ４３０２２３ ， Ｃｈｉｎａ ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｏｏｐ ｉｓａｋｅｙ ｌｉｎｋｏｆｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｒｅｃｅｉｖｅｒｏｆＢＤＳ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｌｏｏｐｔｒａｃｋｉｎｇｉｎＢＤＳｒｅｃｅｉｖｅｒ ， ａｐｒｅｃｉｓｅａｎｄｒｅａｌ － ｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｌｏｏｐ ｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎＤＳＰ＋ＦＰＧＡｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｌｏｏｐ ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｒｅｓｅｔｆｏｒｔｈ．Ｔｈｅ２ｎｄ － ＦＬＬｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒａｉｄｉｎｇｃａｒｒｉｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓ３ｎｄ － ＰＬＬａｔｔｈｅｓｔａｒｔｏｆｔｒａｃｋｉｎｇ．Ａｆｔｅｒｓｔｅａｄｉｌｙ ｔｒａｃｋｉｎｇ ，ｔｈｅｒｅｗｉｌｌｂｅ３ｎｄ － ｃｏｓｔａｓ － ＰＬＬｗｏｒｋｉｎｇ ｓｏｌｅｌｙ ｆｏｒｈｉｇｈｅｒｐｒｅｃｉｓｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．ＡｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｔｈｅｃａｒｒｉｅｒＤｏｐｐｌｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓｕｓｅｄｔｏｈｅｌｐ ｃｏｄｅｐｈａｓｅｌｏｃｋｌｏｏｐｆｏｒｇｅｔｔｉｎｇ ｍｏｒｅｐｒｅｃｉｓｅｐｈａｓｅ．Ｔｈｅｍｏｒｅｐｒｅｃｉｓｅｓｉｇｎａｌｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＢＤＳｓｉｇｎａｌｉｓｔｒａｃｋｅｄｒｅａｌ － ｔｉｍｅ．Ｔｈｅｌｏｏｋｔｒａｃｋｉｎｇ ｉｓｓｔａｂｌｅｗｉｔｈｉｎ０．４ｓ ，ａｎｄｉｔｈａｓｇｏｏｄｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＢｅｉＤｏｕｓａｔｅｌｌｉｔｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ ；ｌｏｏｐ ｔｒａｃｋｉｎｇ； ＦＬＬ ； ＰＬＬ ； ｃｏｄｅｌｏｏｐ ｔｒａｃｋｉｎｇ２ ６

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/shumachanpin/article-95096-4.html