一种伽利略卫星E1 B伪码跟踪的方法及装置

摘要

本发明公开了一种伽利略卫星E1B伪码跟踪的方法及装置，包括：将接收的伽利略卫星信号射频下变频处理后分成两路，分别与本地载波的同相载波和正交载波相乘后，分别与本地BOC码的16路延迟码相乘，累加一个完整的本地码周期之后，结果分别保存在Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16、I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、I8、I9、I10、I11、I12、I13、I14、I15和I16中；根据Q1、Q3、Q5、Q7、Q9、Q11、Q13、Q15、I1、I3、I5、I7、I9、I11、I13和I15的数值，控制本地BOC码的产生，实现伪码的跟踪；根据当前支路Q8和I8的数值，控制本地载波的产生，实现载波的跟踪。本发明通过对伽利略卫星信号进行码跟踪和载波跟踪，避免了跟踪错误，大大提高了伽利略卫星信号的跟踪精度和准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星通讯领域，特别是涉及一种伽利略卫星E1B伪码跟踪的方法及装置。 

背景技术

伽利略卫星导航系统(Galileo，简称伽利略)是欧洲的全球导航系统，可以为民用领域提供高精度、有保证的全球定位服务。伽利略与当前正在运营的两大全球卫星导航系统GPS(Global Positioning System，全球定位系统)和GLONASS(GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE，格洛纳斯)一起被用户使用。将来用户可以用多个系统的组合来实现定位。全部部署完的伽利略系统包括30颗卫星，它们分别位于三个圆形的中地球轨道平面上，平面的平均轨道半长轴为29601.297公里，参考赤道平面轨道平面倾角为56度。 

伽利略在E1频点上采用BOC(Binary Offset Carrier，二进制偏置载波调制)调制方式。BOC调制方式使Galileo的信号与GPS的L1BPSK(Binary Phase Shift Keying，二相相移键控)信号避免了相互干扰，同时有着良好的抗多径特性。 

BOC信号的相关函数具有多个峰值，且只有中心最大峰与相关函数对应。边峰幅值与中心幅值较接近，导致信号捕获中的模糊性，并且跟踪环路可能锁住边峰进而产生跟踪错误。由于BOC信号的多边峰特性，其跟踪方案与传统扩频信号有所不同，因此，有必要设计一种新的伽利略卫星E1B伪码跟踪的方法及装置。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种伽利略卫星E1B伪码跟踪的方法及装置，用以解决现有技术中存在的上述问题。 

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种伽利略卫星E1B伪码跟踪的方法，所述方法包括以下步骤： 

步骤S101，经过天线接收伽利略卫星信号，然后对接收的伽利略卫星信号进行射频下变频处理，得到数字中频信号。 

步骤S102，将数字中频信号分成两路，一路和本地载波发生器生成的同相载波相乘后，分别与本地BOC码发生器产生的16路延迟码相乘，并且累加一个完整的本地码周期之后，结果分别保存在Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15和Q16中；另一路和本地载波发生器生成的正交载波相乘后，分别与本地BOC码发生器产生的16路延迟码相乘，并且累加一个完整的本地码周期之后，结果分别保存在I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、I8、I9、I10、I11、I12、I13、I14、I15和I16中； 

步骤S103，根据Q1、Q3、Q5、Q7、Q9、Q11、Q13、Q15、I1、I3、I5、I7、I9、I11、I13和I15的数值，计算码相位差；然后根据码相位差，得到本地伪码和卫星伪码之间的频差；将本地伪码和卫星伪码之间的频差和当前的伪码频率控制字相加后，反馈到本地BOC码发生器，控制本地BOC码的产生，实现伪码的跟踪；根据当前支路Q8和I8的数值，计算载波相差；然后根据载波相差，得到本地载波和卫星中频载波之间的频差；将本地载波和卫星中频载波之间的频差和当前的载波频率控制字相加后，反馈到本地载波发生器，控制本地载波的产生，实现载波的跟踪。 

进一步，本地载波发生器生成的同相载波和正交载波包括以下步骤： 

设置初始载波频率控制字，载波频率控制字锁存器锁存载波频率控制字； 

累加器在主时钟推动下进行累加，输出高三位作为本地载波的地址； 

根据本地载波的地址，在查找表中进行查找，生成同相载波和正交载波两 路信号。 

进一步，本地BOC码发生器产生16路延迟码，包括以下步骤： 

设置码频率控制字，码频率控制字锁存器锁存码频率控制字； 

在主时钟推动下进行累加，累加器溢出时产生半码片速率时钟； 

按半码片速率时钟读取伪码存储器中的伪码，与本地子载波合成BOC码； 

BOC码经过延时，形成16路延时码。 

进一步，根据Q1、Q3、Q5、Q7、Q9、Q11、Q13、Q15、I1、I3、I5、I7、I9、I11、I13和I15的数值，计算码相位差，具体如下： 

$\mathrm{ba}1=(\frac{I1}{2}\times \frac{I1}{2})+(\frac{Q1}{2}\times \frac{Q1}{2});$

$\mathrm{ba}2=(\frac{I3}{2}\times \frac{I3}{2})+(\frac{Q3}{2}\times \frac{Q3}{2});$

$\mathrm{ba}3=(\frac{I5}{2}\times \frac{I5}{2})+(\frac{Q5}{2}\times \frac{Q5}{2});$

$\mathrm{ba}4=(\frac{I7}{2}\times \frac{I7}{2})+(\frac{Q7}{2}\times \frac{Q7}{2});$

$\mathrm{ba}5=(\frac{I9}{2}\times \frac{I9}{2})+(\frac{Q9}{2}\times \frac{Q9}{2});$

$\mathrm{ba}6=(\frac{I11}{2}\times \frac{I11}{2})+(\frac{Q11}{2}\times \frac{Q11}{2});$

$\mathrm{ba}7=(\frac{I13}{2}\times \frac{I13}{2})+(\frac{Q13}{2}\times \frac{Q13}{2});$

$\mathrm{ba}8=(\frac{I15}{2}\times \frac{I15}{2})+(\frac{Q15}{2}\times \frac{Q15}{2});$

da＝a1×ba1+a2×ba2+a3×ba3+a4×ba4+a5×ba5+； 

a6×ba6+a7×ba7+a8×ba8 

ea＝a1×ba1+a2×ba2+a3×ba3+a4×ba4-a5×ba5-； 

a6×ba6-a7×ba7-a8×ba8 

其中：a1＝91，a2＝61，a3＝31，a4＝1，a5＝-1，a6＝-31，a7＝-61，a8＝-91。 

当ae不等于0时，码相位差为 当ea等于0，码相位差为0。 

进一步，将本地伪码和卫星伪码之间的频差和当前的伪码频率控制字相加 后，反馈到本地BOC码发生器，控制本地BOC码的产生，实现伪码的跟踪，具体包括以下步骤： 

将频差和当前的伪码频率控制字相加后，作为新的码频率控制字； 

根据新的码频率控制字，产生新的半码片速率时钟，合成新的BOC码，经过延时，最终形成新的16路延时码；其中，第一次反馈到本地BOC码发生器时，当前的伪码频率控制字是最初设置的码频率控制字。 

进一步，将本地载波和卫星中频载波之间的频差和当前的载波频率控制字相加后，反馈到本地载波发生器，控制本地载波的产生，实现载波的跟踪，具体包括以下步骤： 

将频差和当前的载波频率控制字相加后，作为新的载波频率控制字； 

根据新的载波频率控制字，通过累加器累加，将新输出的高三位作为新的本地载波的地址； 

根据新的本地载波的地址，在查找表中进行查找，生成新的同相载波和正交载波两路信号；其中，第一次反馈到本地载波发生器时，当前的载波频率控制字为最初设置的载波频率控制字。 

另一方面，本发明还提供一种伽利略卫星E1B伪码跟踪的装置，所述装置包括： 

信号接收处理单元，用于通过天线接收伽利略卫星信号，并对接收的伽利略卫星信号进行射频下变频处理，得到数字中频信号； 

本地载波发生器，用于生成本地同相载波和正交载波；其中，数字中频信号分成两路，一路和同相载波相乘后，分别与本地BOC码发生器产生的16路延迟码相乘，并且累加一个完整的本地码周期之后，结果分别保存在Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15和Q16中；另一路和本地载波发生器生成的正交载波相乘后，分别与本地BOC码发生器产生的16路延迟码相乘，并且累加一个完整的本地码周期之后，结果分别保存在I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、I8、I9、I10、I11、I12、I13、I14、I15 和I16中； 

合成的8路延迟门鉴相器，用于根据Q1、Q3、Q5、Q7、Q9、Q11、Q13、Q15、I1、I3、I5、I7、I9、I11、I13和I15的数值，计算码相位差； 

码跟踪环滤波器，用于根据码相位差，得到本地伪码和卫星伪码之间的频差；并将本地伪码和卫星伪码之间的频差反馈给本地BOC码发生器，控制本地BOC码的产生，实现伪码的跟踪； 

载波环鉴相器，用于根据当前支路Q8和I8的数值，计算载波相差； 

载波跟踪环滤波器，用于根据载波相差，得到本地载波和卫星中频载波之间的频差，并将本地载波和卫星中频载波之间的频差反馈给本地载波发生器，控制本地载波的产生，实现载波的跟踪。 

本发明有益效果如下： 

本发明通过对伽利略卫星信号进行码跟踪和载波跟踪，避免了跟踪错误，大大提高了伽利略卫星信号的跟踪精度和准确性。 

附图说明

图1是本发明实施例中一种伽利略卫星E1B伪码跟踪的方法的流程图； 

图2是本发明实施例中产生本地载波的地址原理图； 

图3是本发明实施例中半码片速率时钟生成图； 

图4是本发明实施例中16路延迟码生成图； 

图5是本发明实施例中一种伽利略卫星E1B伪码跟踪的装置跟踪BOC信号跟踪的结构图。 

具体实施方式

本发明提供了一种伽利略卫星E1B伪码跟踪的方法及装置，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。 

如图1所示，本发明实施例涉及一种伽利略卫星E1B伪码跟踪的方法，包括以下步骤： 

步骤S101，经过天线接收伽利略卫星信号，然后对接收的伽利略卫星信号进行射频下变频处理，得到数字中频信号。 

步骤S102，将数字中频信号分成两路，一路和本地载波发生器生成的同相(COS)载波相乘后，分别与本地BOC码发生器产生的16路延迟码相乘，并且累加一个完整的本地码周期(4毫秒)之后，结果分别保存在Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15和Q16中；另一路和本地载波发生器生成的正交(SIN)载波相乘后，分别与本地BOC码发生器产生的16路延迟码相乘，并且累加一个完整的本地码周期(4毫秒)之后，结果分别保存在I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、I8、I9、I10、I11、I12、I13、I14、I15和I16中。 

本步骤中，同相载波(COS)和正交载波(SIN)两路信号是由本地载波发生器产生的。本地载波发生器产生本地载波的地址原理如图2所示，首先设置初始载波频率控制字，载波频率控制字锁存器锁存载波频率控制字，外部时钟提供主时钟，累加器在主时钟推动下进行累加，输出高三位作为本地载波的地址。根据本地载波的地址，在查找表中进行查找，生成同相载波和正交载波两路信号。查找表如表1所示。 

表1本地载波查找表 

  地址   0   1   2   3   4   5   6   7   COS   1   2   2   1   -1   -2   -2   -1   SIN   2   1   -1   -2   -2   -1   1   2

本地BOC码发生器产生16路延迟码具体如下：首先通过外部总线对频率控制字寄存器进行设置，设置码频率控制字，码频率控制字锁存器锁存码频率控制字，外部时钟提供主时钟，在主时钟推动下进行累加，累加器溢出时产生半码片速率时钟，如图3所示。按半码片速率时钟读取伪码存储器中的伪码， 与本地子载波(方波)合成BOC码，BOC码经过延时，形成16路延时码，延时间隔为可设置的码片数，如图4所示，图4中t为延时间隔，延时间隔设置为1/8码片，精度误差为小于等于1个主时钟周期。 

步骤S103，根据Q1、Q3、Q5、Q7、Q9、Q11、Q13、Q15、I1、I3、I5、I7、I9、I11、I13和I15的数值，计算码相位差；然后根据码相位差，得到本地伪码和卫星伪码之间的频差；将频差和当前的伪码频率控制字相加后，反馈到本地BOC码发生器，控制本地BOC码的产生，实现伪码的跟踪。根据Q8和I8的数值计算载波相差；然后根据载波相差，得到本地载波和卫星中频载波之间的频差；将频差和当前的载波频率控制字相加后，反馈到本地载波发生器，控制本地载波的产生，实现载波的跟跟；其中，Q8和I8为当前支路。 

本步骤中，通过合成的8路延迟门鉴相器计算码相位差，计算方法如下： 

$\mathrm{ba}1=(\frac{I1}{2}\times \frac{I1}{2})+(\frac{Q1}{2}\times \frac{Q1}{2});$

$\mathrm{ba}2=(\frac{I3}{2}\times \frac{I3}{2})+(\frac{Q3}{2}\times \frac{Q3}{2});$

$\mathrm{ba}3=(\frac{I5}{2}\times \frac{I5}{2})+(\frac{Q5}{2}\times \frac{Q5}{2});$

$\mathrm{ba}4=(\frac{I7}{2}\times \frac{I7}{2})+(\frac{Q7}{2}\times \frac{Q7}{2});$

$\mathrm{ba}5=(\frac{I9}{2}\times \frac{I9}{2})+(\frac{Q9}{2}\times \frac{Q9}{2});$

$\mathrm{ba}6=(\frac{I11}{2}\times \frac{I11}{2})+(\frac{Q11}{2}\times \frac{Q11}{2});$

$\mathrm{ba}7=(\frac{I13}{2}\times \frac{I13}{2})+(\frac{Q13}{2}\times \frac{Q13}{2});$

$\mathrm{ba}8=(\frac{I15}{2}\times \frac{I15}{2})+(\frac{Q15}{2}\times \frac{Q15}{2});$

da＝a1×ba1+a2×ba2+a3×ba3+a4×ba4+a5×ba5+； 

a6×ba6+a7×ba7+a8×ba8 

ea＝a1×ba1+a2×ba2+a3×ba3+a4×ba4-a5×ba5-； 

a6×ba6-a7×ba7-a8×ba8 

其中：a1＝91，a2＝61，a3＝31，a4＝1，a5＝-1，a6＝-31，a7＝-61，a8＝-91。 

当ea不等于0时，码相位差为 当ea等于0，码相位差为0。 

本步骤中，将合成的8路延迟门鉴相器输出的码相位差输入到码跟踪环滤波器中进行滤波，得到本地伪码和卫星伪码之间的频差；码跟踪环滤波器采用在载波辅助下的二阶码跟踪环滤波器，作用是降低噪声，以便在输出端对原始信号产生精确的估计。 

本步骤中，将频差和当前的伪码频率控制字相加后，反馈到本地BOC码发生器，控制本地BOC码的产生，具体是：将频差和当前的伪码频率控制字相加后，作为新的码频率控制字，产生新的半码片速率时钟，合成新的BOC码，经过延时，最终形成新的16路延时码。其中，第一次反馈，当前的伪码频率控制字是最初设置的码频率控制字。需要说明的是：上述描述中，频差并非和当前的伪码频率控制字直接相加，而是将频差乘以一个系数之后再和当前的伪码频率控制字相加；该系数是由主时钟和累加器的位宽确定。 

本步骤中，通过载波环鉴相器，根据Q8和I8二路相关器的值来计算载波相差；计算方法为二象限反正切，相差为 由于本方法属于现有方法，因此，本发明实施例不再详细描述。 

本步骤中，载波环鉴相器输出的载波相差输入到载波跟踪环滤波器中进行滤波，得到本地载波和卫星中频载波之间的频差。载波跟踪环滤波器采用二阶或三阶载波环滤波器，也可以是二阶锁频环辅助三阶锁相环的滤波器；载波跟踪环滤波器的作用是降低噪声，以便在输出端对原始信号产生精确的估计。 

本步骤中，将频差和当前的载波频率控制字相加后，反馈到本地载波发生器，控制本地载波的产生，具体如下：将频差和当前的载波频率控制字相加后，作为新的载波频率控制字，通过累加器累加，将新输出的高三位作为新的本地载波的地址。根据新的本地载波的地址，在查找表中进行查找，生成新的同相载波和正交载波两路信号。其中，第一次反馈，当前的载波频率控制字为最初设置的载波频率控制字。需要说明的是：上述描述中，频差并非和当前的载波 频率控制字直接相加，而是将频差乘以一个系数之后再和当前的载波频率控制字相加；该系数是由主时钟和累加器的位宽确定。 

采用本实施例所述方法，对伽利略卫星E1B伪码跟踪过程，是一个连续的过程，是上述步骤的不断重复进行的过程，通过不断的调整本地BOC码和本地载波的产生，实现对伪码和载波的精确跟踪。 

另外，本发明实施例还涉及一种实现上述方法的伽利略卫星E1B伪码跟踪的装置，包括： 

信号接收处理单元，用于通过天线接收伽利略卫星信号，并对接收的伽利略卫星信号进行射频下变频处理，得到数字中频信号； 

本地载波发生器，用于生成本地同相载波和正交载波；其中，数字中频信号分成两路，一路和同相(COS)载波相乘后，分别与本地BOC码发生器产生的16路延迟码相乘，并且累加一个完整的本地码周期(4毫秒)之后，结果保存在Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15和Q16中；另一路和本地载波发生器生成的正交(SIN)载波相乘后，分别与本地BOC码发生器产生的16路延迟码相乘，并且累加一个完整的本地码周期(4毫秒)之后，结果分别保存在I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、I8、I9、I10、I11、I12、I13、I14、I15和I16中； 

合成的8路延迟门鉴相器，用于根据Q1、Q3、Q5、Q7、Q9、Q11、Q13、Q15、I1、I3、I5、I7、I9、I11、I13和I15的数值，计算码相位差； 

码跟踪环滤波器，用于根据码相位差，得到本地伪码和卫星伪码之间的频差；并将本地伪码和卫星伪码之间的频差反馈给本地BOC码发生器，控制本地BOC码的产生，实现伪码的跟踪。 

载波环鉴相器，用于根据当前支路Q8和I8的数值，计算载波相差； 

载波跟踪环滤波器，用于根据载波相差，得到本地载波和卫星中频载波之间的频差，并将本地载波和卫星中频载波之间的频差反馈给本地载波发生器，控制本地载波的产生，实现载波的跟踪。 

本装置的具体功能在上述方法描述中，已经清楚地描述，因此，本实施例不再详细描述。下面，结合图5，对本装置的工作流程进行简要描述： 

信号接收处理单元(图中未示出)通过天线接收伽利略卫星信号，并对接收的伽利略卫星信号进行射频下变频处理，得到数字中频信号；将数字中频信号作为输入信号，分成两路，一路和本地载波发生器生成的余弦(COS)载波相乘，另一路和本地载波发生器生成的正弦(SIN)载波相乘；相乘后它们又分别与本地BOC码发生器产生的16路延迟码相乘，并且累加一个完整的本地码周期(4毫秒)，结果分别保存在Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16、I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、I8、I9、I10、I11、I12、I13、I14、I15和I16中。其中，Q1、Q3、Q5、Q7、Q9、Q11、Q13、Q15、I1、I3、I5、I7、I9、I11、I13和I15的数值送入到合成的8路延迟门鉴相器中，合成的8路延迟门鉴相器输出鉴相结果到码跟踪环滤波器中，码跟踪环滤波器输出为本地伪码和卫星伪码之间的频差，接下来把频差和最初设置的伪码频率控制字相加后，反馈到本地BOC码发生器，来控制本地BOC码的产生，实现伪码的跟踪。另外，将当前支路Q8和I8的数值送入到载波环鉴相器中，目的是通过它们的值来计算载波相差，载波环鉴相器输出的值送入到载波跟踪环滤波器中，载波跟踪环滤波器输出为本地载波和卫星中频载波之间的频差，接下来把频差和最初设置的载波频率控制字相加后再反馈到本地载波发生器来控制本地载波的产生，从而实现载波的跟踪。 

由上述实施例可以看出，本发明通过对伽利略卫星信号进行码跟踪和载波跟踪，避免了跟踪错误，大大提高了伽利略卫星信号的跟踪精度和准确性。 

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。