[发明专利]一种超高灵敏度的GNSS信号的载波跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及全球定位技术领域，尤其涉及一种高灵敏度接收机中GNSS信号的载波跟踪方法。

背景技术

全球卫星定位与导航系统，例如全球定位系统(GPS)，包括一组发送GPS信号的一个卫星星座(又被称为Navstar卫星)，该GPS信号能被接收机用来确定该接收机的位置。卫星轨道被安排在多个平面内，以便在地球上任何位置都能从至少四颗卫星接收该种信号。更典型的情况是，在地球上绝大多数地方都能从六颗以上卫星接收该种信号。

每一颗GPS卫星所发送的GPS信号都是直接序列扩频信号。商业上使用的信号与标准定位服务(SPS)有关，而且被称之为粗码(C/A码)的直接序列二相扩频信号，在1575.42MHz的载波下，具有每秒1.023兆码片的速率。伪随机噪声(PN)序列长度是1023个码片，对应于1毫秒的时间周期。每一颗卫星发射不同的PN码(Gold码)，使得信号能够从几颗卫星同时发送，并由一接收机同时接收，相互间几乎无干扰。术语“卫星星号”和这个PN码相关，可以用以标示不同的GPS卫星。

GPS的调制信号是导航电文(又被称为D码)和PN码的组合码。导航电文的速率为每秒50比特。D码的基本单位是一个1500比特的主帧，主帧又分为5个300比特的子帧。其中子帧一包含了标识码，星种数据龄期，卫星时钟修正参数信息。子帧二和子帧三包含了实时的GPS卫星星历(ephemeris)，星历是当前导航定位信息的最主要内容。利用子帧一至子帧三的信息即可以实现定位，完成定位的基本任务。子帧四和子帧五包含了1至32颗卫星的健康状况，UTC校准信息和电离层修正参数及1至32颗卫星的历书(almanac)。历书是卫星星历参数的简化子集，用于预测相对于接收机的可见卫星及其多普勒频偏。历书每12.5分钟广播一次，有效期为几个月。

对某颗卫星的信号实现跟踪是全球定位系统接收机进行伪距测量进而实现定位解算的前提。跟踪灵敏度是度量全球定位系统接收机跟踪能力乃至全球定位系统接收机整体性能的重要指标。GPS系统设计保证了在空旷天空的情况下，GPS接收机接收到的卫星信号大于-130dBm。但是城市峡谷、密林、高架乃至室内等卫星信号遮挡严重情况下，卫星信号的强度往往低于-155dBm甚至-160dBm。跟踪灵敏度的高低直接决定了全球定位系统接收机在上述情况下定位的性能甚至是否可用。早期的商用GPS接收机的跟踪灵敏度大概在-150dBm左右。而现代接收机的最高水平一般在-157dBm～-160dBm，且达到这样的指标往往是以百万计的相关器的硬件规模为代价的。如何提高跟踪灵敏度同时保证硬件规模在可以接受的范围内是全球定位系统接收机的一个核心技术。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种超高灵敏度的GNSS信号的载波跟踪方法，使得跟踪环路能在极弱信号下能够保证高灵敏度跟踪。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种超高灵敏度的GNSS信号的载波跟踪方法，该方法是在捕获载波频率和码相位后，对相关器的输出值进行缓冲及处理，然后利用处理结果进行载波频率的跟踪；对处理后的I、Q两路数据进行FFT运算，通过计算门限，如果FFT运算结果的峰值超过门限，则进行频率更新，否则不进行频率更新。

上述方案中，所述对相关器的输出值进行缓冲及处理是通过对当前输出值及距当前输出时刻最近的多个输出值的缓冲存储并累加实现的。

上述方案中，所述处理后的I、Q两路数据是将接收信号经过解扩、本地载波剥离和数据剥离之后20ms累加得到的I(t)和Q(t)两路信号。

上述方案中，所述对处理后的I、Q两路数据进行FFT运算，具体包括：