[发明专利]一种GNSS跟踪环路软件相关器设计及自适应智能跟踪方法

说明书

本发明公布了一种GNSS跟踪环路软件相关器设计及自适应智能跟踪方法，针对软件接收机在不同时段不同环境接收到不同强度GNSS卫星信号的情况，进行智能卫星导航工作模式切换、不同种类的跟踪环路软件相关器自适应智能匹配和智能导航定位。本发明无论在正常环境、高动态环境还是微弱卫星信号环境下，都能充分利用不同量化规则下跟踪环路软件相关器的特点，在跟踪准确度、计算复杂度和量化损失之间取得平衡，可有效实现城市交通、林荫路、隧道等多种环境下的无缝定位。

技术领域

本发明涉及一种跟踪环路相关器，具体来说，是一种GNSS软件接收机的跟踪环路相关器，本发明还公开了其自适应的跟踪方法。

背景技术

近几年来，随着GNSS软件接收机的广泛使用以及数字信号处理技术的高速发展，处理GNSS卫星信号的方法越来越趋于利用软件的方法来实现。这种方法是将“软件无线电”的概念引入到GNSS接收机中，在接收机中使ADC模块在尽量靠近天线的地方把信号数字化，接下来再利用软件对数字信号进行处理以实现定位，如图1所示。以前用一系列ASIC芯片进行射频接收、基带信号处理、导航解算等工作的传统GNSS接收机，除了射频前端部分没有发生变化之外，后续基于硬件的所有信号处理模块都在PC机上被“软件化”了。在软件接收机中，通过软件进行信号处理有很多优势，如开发周期短，便于测试和评估的新算法，并且可以灵活的扩展到新信号系统中去，如GPS L1、L2、L5和其他GNSS系统，如伽利略、北斗等。因此，在GNSS系统研究中，软件接收机算法的改进设计和效率提高十分重要。

然而，GNSS接收机的信号处理过程需要进行大量的相关运算，这种计算能力是普通PC机难以达到的。以GPS L1频点的一个跟踪通道为例，假设采用5MHz的采样率，1ms的相干积分时间，那么每1ms会有5000个信号采样点，每个采样点都需要与一个本地载波、三路伪码进行相关积累，而且本地载波与伪码的值都需要根据当前的参数实时产生。粗略的估算可知，对于具备12个并行通道的接收机而言，每1ms需要进行20多万次乘加运算。因此，大量文献都在关注如何降低软件接收机信号相关处理的计算量，使得软件接收机可以流畅的运行在PC机上。

当前的软件接收机算法已经可以在普通PC机上完成GPS L1信号的实时处理，但是还需要进一步改进：一方面，随着新GNSS系统的出现以及GNSS现代化发展，信号带宽可能比GPS L1信号高2到10倍(比如中国北斗卫星导航系统的B1频点是GPS L1频点信号带宽的2倍)，这对软件接收机的计算能力提出了新的要求；另一方面，上述的一部分方法是通过损失信号质量来换取计算效率，一部分方法只适用于特定的量化位数。本发明试图给出一种新的软件接收机相关器实现方法，能够进一步权衡计算量过大和损失信号质量之间的矛盾。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种GNSS跟踪环路软件相关器设计及自适应智能跟踪方法，该方法克服了传统接收机中对信号载噪比大小、计算复杂度和跟踪准确度之间矛盾的限制，采取智能卫星导航工作模式切换、不同量化规则的跟踪环路软件相关器自适应智能匹配和智能导航定位，无论在正常环境、高动态环境还是微弱卫星信号环境下，都能有效实现无缝定位。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种GNSS跟踪环路软件相关器，包括以下模块：

GNSS信号接收与载噪比估计模块、相关器选择模块、信号相关器模块、载波数控振荡器模块、C/A码发生器模块、移位寄存器、SumTable模块、积分器、码环鉴相器、环路滤波器模块；

GNSS卫星信号送入GNSS信号载噪比估计模块以获得当前的信号强度,而后由相关器选择模块选择适合的量化规则以及相关器,经过选择的量化规则和相关器在SumTable模块内对由载波数控振荡器模块产生的载波复制信号和由C/A码发生器模块产生并且经过移位寄存器移位运算得到的复制C/A码信号以及输入的数字中频信号进行运算,而后将运算结果送入积分器、码环鉴相器、环路滤波器中。