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1、數(shù)字基帶芯片揭秘：高靈敏度接收機(jī)跟蹤環(huán)路設(shè)計 摘要：基于GPS/BD兼容高靈敏度導(dǎo)航產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項目，對經(jīng)典載波跟蹤環(huán)進(jìn)行修改，設(shè)計實現(xiàn)了高靈敏度跟蹤環(huán)路。將傳統(tǒng)的單點積分?jǐn)?shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化成一列數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換后，可提高載波頻率的估計精度，從而提高系統(tǒng)的跟蹤靈敏度。并對高靈敏度跟蹤環(huán)路進(jìn)行仿真分析，證明高靈敏跟蹤環(huán)路對弱信號的跟蹤能力?！ ?引言 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS（GlobalNavigaTIonSatel-liteSystem）在政治、經(jīng)濟(jì)以及軍事等多個領(lǐng)域都具有重要意義。從飛機(jī)、汽車到個人手持通信終端，都能看到GNSS定位技術(shù)，GNSS系統(tǒng)在民用領(lǐng)域應(yīng)
2、用十分廣泛，對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)也起到了重要作用。目前全球已經(jīng)使用和公開研制的GNSS系統(tǒng)一共有以下四個，美國的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)、歐盟的GALILEO導(dǎo)航系統(tǒng)和中國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)?！ ‰S著技術(shù)的進(jìn)步、應(yīng)用需求的增加，衛(wèi)星導(dǎo)航以全天候、自動化、高效率、高精度等顯著特點及其所獨具的定位導(dǎo)航、精密測量、授時校頻等多方面的強大功能，已涉足眾多的應(yīng)用領(lǐng)域，使衛(wèi)星導(dǎo)航成為了繼蜂窩移動通信和互聯(lián)網(wǎng)之后的全球第三個IT經(jīng)濟(jì)新增長點。隨著我國自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗系統(tǒng)建設(shè)的全面展開，北斗的應(yīng)用將迅速推廣，結(jié)合衛(wèi)星導(dǎo)航與通信、多媒體等的多方面需求。面向大眾及行業(yè)的導(dǎo)航應(yīng)用，研制高
3、性能多模高靈敏度導(dǎo)航基帶芯片及多模導(dǎo)航基帶IP核，將對提高我國核心導(dǎo)航產(chǎn)品技術(shù)水平和市場占有率，為重大專項典型示范項目提供自主核心芯片和解決方案?！ √炀€接收到的GPS信號功率一般為-130dBm，但在室內(nèi)、森林、城市等復(fù)雜環(huán)境下，GPS信號驗證衰減可達(dá)20~30dB，此時普通GPS接收機(jī)不能實現(xiàn)正確的捕獲和跟蹤。本文基于了高靈敏度數(shù)字基帶芯片的研究背景，對經(jīng)典載波跟蹤環(huán)進(jìn)行修改，設(shè)計實現(xiàn)了高靈敏度跟蹤環(huán)路設(shè)計，高靈敏跟蹤環(huán)路接收機(jī)實現(xiàn)了正確的捕獲和跟蹤?！ ?自主跟蹤環(huán)路設(shè)計 1.1自主跟蹤環(huán)路設(shè)計 衛(wèi)星信號由3部分組成：導(dǎo)航電文、偽隨機(jī)擴(kuò)頻（C/A）碼和載波?；鶐?/p>
4、號處理器同步過程包括捕獲和跟蹤。捕獲是一個對衛(wèi)星和接收機(jī)相對運動引起的載波多普勒頻偏和C/A碼相位偏移進(jìn)行粗略估計的二維搜索過程，捕獲完成后這兩個參數(shù)用來初始化跟蹤環(huán)路。 跟蹤環(huán)路進(jìn)行了精確地相位同步和跟蹤，從而實現(xiàn)了載波的剝離和C/A碼的剝離，最終得到了導(dǎo)航電文用于導(dǎo)航解算?！ ∽灾鞑东@通道所得結(jié)果中的衛(wèi)星號、擴(kuò)頻碼相位這些信息輸入至衛(wèi)星擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器，啟動了擴(kuò)頻碼序列的產(chǎn)生，包括超前0.5碼片、即時碼片和滯后0.5碼片共3路序列，然后與本地偽碼信號進(jìn)行相關(guān)處理，通過擴(kuò)頻碼跟蹤環(huán)路與載波跟蹤環(huán)路的有關(guān)運算，使載波環(huán)路和碼環(huán)路保持了鎖定狀態(tài)。程序結(jié)構(gòu)如圖1所示?！ 「櫗h(huán)路包括
5、了載波跟蹤環(huán)和碼跟蹤環(huán)，兩個環(huán)路相互影響，只有兩個環(huán)路同時鎖定時，才能解調(diào)出導(dǎo)航電文。載波跟蹤環(huán)路對環(huán)境噪聲、晶振的相位噪聲和動態(tài)應(yīng)力等更加敏感，比碼跟蹤環(huán)路更容易失鎖，因此成為接收機(jī)的關(guān)鍵和設(shè)計難點?！ ?.2碼跟蹤環(huán)路 由于碼跟蹤環(huán)DDLL算法可用軟件實現(xiàn)，并能保證偽碼延時精確到1%個碼片內(nèi)。因此，自主碼跟蹤環(huán)采用了此方法進(jìn)行偽碼相位跟蹤的，即利用本地碼發(fā)生器產(chǎn)生了相位超前、滯后信號并與輸入的信號相關(guān)，比較兩支路結(jié)果以獲取碼相位誤差信號來控制碼DCO并產(chǎn)生與輸入碼相位一致的本地碼信號?！ 〈a環(huán)鑒相器的輸入為同相/正交支路碼相位超前/滯后的相關(guān)信號。碼相關(guān)發(fā)生時環(huán)路進(jìn)入了跟
6、蹤狀態(tài)，假定d=2δ，d為相位超前與滯后支路的相位間隔，則超前一滯后型非相干DDLL環(huán)的控制量B（k）可由式（1）獲得： 分別表示鑒相器的增益系數(shù)和鑒相特性函數(shù)。GPSC/A碼的碼長為L=1023，BDC/A碼的碼長為L=2046，碼元寬度為tc=20ms，其相關(guān)函數(shù)為： 由此可得鑒相器的鑒相特性函數(shù)： 鑒相特性函數(shù)為相關(guān)間隔與碼相位偏差的函數(shù)?！ ∪舳x（-δ，δ）為鑒相線性范圍，鑒相特性函數(shù)在ε=0處的斜率D′（ε，δ）為DDLL環(huán)的鑒相增益，Dmax（ε，δ）為跟蹤牽引范圍。
