[发明专利]估计GPS信号载噪比的方法和GPS接收机

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理GPS信号的方法和GPS接收机，特别是涉及 一种估计GPS信号载噪比的方法和GPS接收机。

背景技术

GPS信号是由GPS卫星在L1或L2频率发送的扩频信号。民用 GPS接收机通常使用L1频率(1575.42MHZ)。L1载波上发送的几个 信号为：粗捕获码(C/A码)、P码和导航数据。卫星轨道的详细数据 包含在导航数据中。C/A码是一种伪随机噪声码(PRN码)，主要用于 民用接收机中的定位用途。每个卫星都有唯一的一个C/A码，并且反 复循环该C/A码。C/A码是一个0和1(二进制)序列。每个0或1 被认为是一个“码片”。C/A码有1023码片长，并以每秒1.023兆码片 的速率发送，即C/A码的一个周期持续1毫秒。本领域的普通技术人 员可以认为“码片”是数据长度或时间长度的单元。导航数据也是一 个0和1(二进制)序列，并以每秒50比特的速率发送。

为实现定位，GPS接收机需要捕获来自不同卫星的GPS信号，解 调出GPS信号的导航数据。不同卫星的GPS信号具有不同起始时间的 C/A码和不同的多普勒频移。因此，为搜索某个卫星信号，GPS接收 机通常进行二维搜寻，在每个可能的频率上对每个起始时间不同的C/A 码进行搜索。GPS接收机包括天线、射频前端以及基带信号处理单元。 GPS卫星发射的GPS信号由天线接收后传送给射频前端，射频前端将 接收到的射频信号转换为具有期望输出频率的信号，并以预定采样频 率将转换的信号数字化，经转换并且数字化的信号被认为是中频信号。 接着，该中频信号传送到基带信号处理单元的捕获模块。在捕获模块， 通过中频信号和本地C/A码以及本地载波进行的相关运算来搜索C/A 码的起始点以及载波的频率，特别是GPS信号的多普勒频移。如果搜 索模块捕获到GPS信号，例如载波的频率误差在1Hz以内，C/A码相 位误差为1/2码片，基带信号处理单元的跟踪模块则进入跟踪状态，使 本地C/A码和本地载波跟踪GPS信号中的C/A码和载波的变化，从而 获取精确的C/A码相移和多普勒频移。跟踪模块包括载波跟踪环和C/A 码跟踪环，分别对GPS信号中的载波和C/A码进行实时跟踪，以解调 出GPS信号中包含的导航数据。

C/A码跟踪环通常采用提前-迟后锁相环(early-late环)，其包括 C/A码产生器、积分模块、鉴相器和滤波器。C/A码产生器基于捕获模 块输出的C/A码相移，产生具有预定相位差的两个信号，即提前(early) 和迟后(late)C/A码，预定相位差可以设置为一个码片。提前和迟后 C/A码与输入的中频信号在积分模块中完成相关运算后输出两路信号， 这两路信号经过鉴相器和滤波器的处理，产生一个控制信号来调节C/A 码产生器产生的本地C/A码，使本地C/A码的相位与接收到的GPS信 号中的C/A码相位保持同相，此时的本地C/A码是即时(prompt)C/A 码。该即时C/A码提供给载波跟踪环。载波跟踪环包括载波振荡器、 积分模块、鉴相器和滤波器。载波振荡器基于捕获模块输出的多普勒 频移，产生一个本地载波，该本地载波、即时C/A码和输入的中频信 号在积分模块中进行积分。积分模块的输出经过鉴相器和滤波器的处 理，产生一个控制信号来调节载波振荡器，以产生与GPS信号中载波 同步的本地载波。

由于各种干扰，从天线接收下来的射频信号包括有用信号和噪声。 有用信号是从GPS卫星向接收机发送的GPS信号，以有助于接收机完 成定位等功能。载噪比(CN0)是美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association；NMEA)要求GPS接收机输出的标准格 式。载噪比是一种信号强度的表示方式，是指载波功率与单位赫兹(Hz) 噪声带宽内的噪声功率的比值，一般用分贝-赫兹(dB-Hz)作为单位。 当载噪比较高时，表示GPS信号较强。反之，当载噪比较低时，表示 GPS信号较弱。