专利名称：Gps软件接收机中的跟踪环路信号处理方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及全球导航卫星系统GNS S (Global Navigation Satellite Sy stem)软件导航接收机，尤其涉及GPS软件接收机的跟踪环路
背景技术：
随着嵌入式移动平台存储和运算能力的迅速提高，为GPS软件接收机便携化提供了巨大的发展空间，但由于基带处理中大量复杂运算的存在，软件接收机的实时化仍是目前面临的最大挑战。经过捕获操作得到卫星信号的多普勒频移以及码相位的初始值之后，就会进入到跟踪环路，对卫星信号进行连续准确的跟踪，解调出所需的导航数据，并且通过提取星历、伪距计算、卫星位置计算、用户接收机位置计算等得到最終的位置以及速度信息。可见，在GPS软件接收机中，主要是以下两个操作消耗了绝大多数的时间以及资源捕获操作中存在着大量相关运算，跟踪环路也有着密集的数值运算。对于软件接收机的实时化而言，除了提高捕获卫星信号的速度之外，提高跟踪环路的处理速度和效率也是非常重要的。在嵌入式GPS软件接收机中，跟踪阶段的运算最密集，运算量最大，因此也成为耗时最多的环节，如何实现高效的跟踪环路信号处理成为实现GPS软件接收机实时化处理的关键所在。目前提高跟踪环路信号处理性能的方法主要有基于矩形波数字积分器的锁频环辅助锁相环的滤波器算法，以及锁相锁频环共用四象限反正切函数単元的鉴别器算法等。这些处理方法对于资源和运算能力要求比较高，算法复杂度高且信号处理速度慢，难以实现快速的跟踪。此外，这些方法需要在性能高的PC机上执行，而目前主流的嵌入式设备都是单核，不支持多核或者多线程任务，因此，上述方法也不能很好地适用于嵌入式设备的应用环境。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供ー种快速的跟踪环路信号处理方法，在保证跟踪阶段灵敏度的同吋，提高跟踪环路的处理效率，实现了对GPS信号的实时跟踪。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一方面，本发明提供了一种用于GPS软件接收机中的跟踪环路信号处理方法，所述方法包括步骤I，对本地载波进行量化；步骤2，基于量化后的本地载波和接收到的GPS信号来实现对GPS信号的准确跟足示。上述技术方案中，步骤I)可以包括以下步骤步骤11)根据量化等级n将本地载波的函数曲线将载波函数值Y(t)平均分割为n个域，其中n由量化比特数来确定；
步骤12)计算每个Y(t)值分割点所对应的相位，将这些相位划分为多个不同的区域；步骤13)将所述相位的每个区域中的所有相位值都映射到该区域所对应的载波函数值域中的一个载波函数值，以得到量化后的本地载波。上述技术方案中，所述量化比特数可以为4bit、3bit、2bit或lbit,所述量化等级n可以为16、8、4、2或3。上述技术方案中，步骤13)之前还可以包括将步骤I)所得到的载波函数值Y(t)的每个域和步骤2)所得到的相位的每个区域放大一定的倍数，使其分别成为整数域的步骤。上述技术方案中，步骤I)可以包括以下步骤步骤11’)以Y(t)上限值/2、零值和Y(t)下限值/2为分割点来将本地载波的函数曲线按Y(t)值分割为多个不同的区域；步骤12’ )计算每个Y(t)值分割点所对应的相位，将这些相位划分为多个不同的区域；步骤13’)将所述相位的每个区域中的所有相位值映射到对应的Y⑴上限值/2、零值和Y(t)下限值/2的其中ー个，以得到量化后的本地载波。又一方面，本发明还提供了ー种GPS软件接收机中的跟踪环路信号处理装置，所述装置包括量化模块，对本地载波进行量化；跟踪�？椋糜诨诹炕蟮谋镜卦夭ê徒邮盏降腉PS信号进行相关的运算以实现对GPS信号的准确跟踪。其中，所述量化�？榭梢愿萘炕燃秐将本地载波的函数曲线将载波函数值Y(t)平均分割为n个域，其中n由量化比特数来确定；计算每个Y(t)值分割点所对应的相位，将这些相位划分为多个不同的区域；并且将所述相位的每个区域中的所有相位值都映射到该区域所对应的载波函数值域中的一个载波函数值，以得到量化后的本地载波；n可以为 16、8、4、2 或 3。上述装置中，所述量化模块还可以在将相位值与函数值进行映射之前，分别将载波函数值Y (t)的每个域和相位的每个区域放大一定的倍数，使其分别成为整数域。上述装置中，所述量化模块可以以Y(t)上限值/2、零值和Y(t)下限值/2为分割点来将本地载波的函数曲线按Y(t)值分割为多个不同的区域；计算每个Y(t)值分割点所对应的相位，将这些相位划分为多个不同的区域；以及将所述相位的每个区域中的所有相位值映射到对应的Y(t)上限值/2、零值和Y(t)下限值/2的其中ー个，以得到量化后的本地载波。又ー个方面，本发明还提供了ー种GPS软件接收机中的跟踪环路，所述跟踪环路包括如上所述的跟踪环路信号处理装置。又ー个方面，本发明提供了ー种GPS软件接收机，所述GPS软件接收机包括上述的跟踪环路。 与现有技术相比，本发明的优点在于在跟踪环路的信号处理过程中，通过将本地载波进行量化，以将跟踪环路信号处理中的三角函数运算映射为整数运算，消除跟踪环中绝大多数的浮点运算，在保证跟踪环路灵敏度的同时提高了跟踪环路的处理性能。而且，该方法复杂度和运算量都比较低，也适合于是嵌入式软件GPS接收机跟踪环的实时化应用。
以下參照附图对本发明实施例作进ー步说明，其中图I为根据本发明实施例的4Bit量化函数域分割示意图；图2为根据本发明实施例的3Bit量化函数域分割示意图；图3为根据本发明实施例的2Bit量化函数域分割示意图；图4为根据本发明实施例的IBit量化函数域分割示意图； 图5为根据本发明实施例的优化的IBit量化函数域分割示意图；图6为根据本发明实施例的对不同长度的仿真数据处理的结果示意图；图7为根据本发明实施例的对6帧实际数据处理的结果示意图；图8为在高信噪比环境中采用IBit量化的本地载波的跟踪结果示意图；图9为在低信噪比环境中采用IBit量化的本地载波的跟踪结果示意图；图10为根据本发明优选实施例的采用经优化的IBit量化的本地载波的跟踪结果示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进ー步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。为了更好地理解本发明，首先对跟踪环以及其信号处理过程进行简单的分析。GPS接收机在实现信号捕获后，得到了对码相位和载波频率的粗略估计，然后需要利用跟踪环来得到对码相位和载波频率的精确估计，以实现对GPS信号的较为精细的跟踪。跟踪环路的信号处理实际上就是以捕获到的粗略码相位和载波多普勒平移为初始值，实现本地信号(码相位和本地载波)与接收到的GPS信号的准确同歩，从而得到对GPS信号的载波频率和码相位的精确估计以提取出GPS卫星的导航电文。也就是说跟踪环的基本原理实际上是不断调整本地振荡器的频率，使其产生的本地信号与接收到的GPS信号相匹配。跟踪环包括载波跟踪环(简称载波环，用于对GPS信号的载波频率进行准确估计)和码跟踪环(用于对GPS信号的码相位进行准确估计)。下面以初始定位为例对于载波环路信号处理过程中的运算量进行简单分析。在载波跟踪环中，其主要包括以下运算过程同相端(I路)的解调运算
权利要求
1.ー种GPS软件接收机中的跟踪环路信号处理方法，所述方法包括 步骤I，对本地载波进行量化； 步骤2，基于量化后的本地载波和接收到的GPS信号来实现对GPS信号的准确跟踪。
2.根据权利要求I所述的方法，其中步骤I)包括以下步骤 步骤11)根据量化等级n将本地载波的函数曲线将载波函数值Y(t)平均分割为n个域，其中n由量化比特数来确定； 步骤12)计算每个Y(t)值分割点所对应的相位，将这些相位划分为多个不同的区域； 步骤13)将所述相位的每个区域中的所有相位值都映射到该区域所对应的载波函数值域中的一个载波函数值，以得到量化后的本地载波。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述量化比特数为4bit、3bit、2bit或lbit，所述量化等级n为16、8、4或2。
4.根据权利要求2所述的方法，其中步骤13)之前还包括将步骤I)所得到的载波函数值Y(t)的每个域和步骤2)所得到的相位的每个区域放大一定的倍数，使其分别成为整数域的步骤。
5.根据权利要求2所述的方法，其中n为3。
6.根据权利要求5所述的方法，其中步骤I)包括以下步骤 步骤11’)以Y(t)上限值/2、零值和Y(t)下限值/2为分割点来将本地载波的函数曲线按Y(t)值分割为多个不同的区域； 步骤12’ )计算每个Y(t)值分割点所对应的相位，将这些相位划分为多个不同的区域； 步骤13’)将所述相位的每个区域中的所有相位值映射到对应的Y (t)上限值/2、零值和Y(t)下限值/2的其中ー个，以得到量化后的本地载波。
7.—种GPS软件接收机中的跟踪环路信号处理装置，所述装置包括 量化�？椋员镜卦夭ń辛炕� 跟踪�？椋糜诨诹炕蟮谋镜卦夭ê徒邮盏降腉PS信号进行相关的运算以实现对GPS信号的准确跟踪。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述量化�？楦萘炕燃秐将本地载波的函数曲线将载波函数值Y(t)平均分割为n个域，其中n由量化比特数来确定；计算每个Y(t)值分割点所对应的相位，将这些相位划分为多个不同的区域；并且将所述相位的每个区域中的所有相位值都映射到该区域所对应的载波函数值域中的一个载波函数值，以得到量化后的本地载波。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述量化比特数为4bit、3bit、2bit或lbit，所述量化等级n为16、8、4或2。
10.根据权利要求8所述的装置，其中所述量化�？樵诮辔恢涤牒到杏成渲埃直鸾夭ê礩 (t)的每个域和相位的每个区域放大一定的倍数，使其分别成为整数域。
11.根据权利要求8所述的装置，其中n为3。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述量化�？橐訷(t)上限值/2、零值和Y(t)下限值/2为分割点来将本地载波的函数曲线按Y(t)值分割为多个不同的区域；计算每个Y(t)值分割点所对应的相位，将这些相位划分为多个不同的区域；以及将所述相位的每个区域中的所有相位值映射到对应的Y (t)上限值/2、零值和Y (t)下限值/2的其中ー个，以得到量化后的本地载波。
13.ー种GPS软件接收机中的跟踪环路，所述跟踪环路包括如权利要求7-12之一所述的装置。
14.ー种GPS软件接收机，其包括如权利要求13所述的跟踪环路。
全文摘要
本发明提供GPS软件接收机中的跟踪环路信号处理方法，所述方法包括对本地载波进行量化，并基于量化后的本地载波和接收到的GPS信号来实现对GPS信号的准确跟踪。该方法消除跟踪环中绝大多数的浮点运算，在保证跟踪环路灵敏度的同时提高了跟踪环路的处理性能。而且，该方法复杂度和运算量都比较低，也适合于是嵌入式软件GPS接收机中跟踪环的实时化应用。
文档编号G01S19/35GK102645661SQ201210118200
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月20日 优先权日2012年4月20日
发明者姚相振, 崔绍龙, 方金云 申请人:中国科学院计算技术研究所
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