[发明专利]一种四相相移键控信号跟踪方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种四相相移键控(QPSK)信号跟踪方法及装置

背景技术

作为第一个全球卫星导航系统，全球定位系统(Global Positioning System，GPS)原本是为满足美国军方的定位服务需求而建立的军/民两用系统。对于美国政府和军方以外的用户而言，这一系统自诞生之日起就有着明显缺陷：

1.真正开放给民间用户的只有GPS-L1 C/A信号，导致民用接收机难以进行电离层校正。而电离层误差是GPS接收机观测量的主要误差来源(另一大误差来自多径干扰)。尽管无码或半无码跟踪技术的应用使得民用双频接收机成为可能，但付出的代价是跟踪上的L2信号的信噪比大为降低，从而跟踪误差上升，且容易丢失信号。

2.GPS-L1 C/A信号的精度和完好性指标难以满足某些特殊导航应用(如民用航空等)的需求。

3原有信号的设计主要服务于军事目的，GPS接收机的目标是在野外(无遮挡)环境下正常工作，因而难以满足广大移动通信用户对全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)室内应用的要求。原有L1和L2信号功率较弱，且C/A信号由于调制的导航电文限制了接收机数字通道相参积累时间的长度，除非增加额外的通信链路并采用复杂的A-GPS技术。

基于以上原因和军事上的考虑，美国政府开始了GPS系统的现代化，而其他一些国家和国际组织也独立规划了新的GNSS系统，如俄国的格洛纳斯，欧盟的伽利略和中国的北斗卫星导航系统。大量新的信号体制被设计和应用于多个GNSS系统，具有代表性的新体制包括拥有同相和正交两个通道/码通道的四相相移键控(quarternary phase-shift keying，QPSK)信号(GPS-L5、Galileo-E5A/E5B)，频域上具有两个对称主瓣的二进制偏移载波(Binary Offset Carrier，BOC)码(GPS-M、Galileo-E1)等。前述的四相相移键控信号均增添了一个没有调制导航电文的正交码通道(GPS-L5Q、Galileo-E5AQ、E5BQ)，即同时具有同相(I)码通道和正交(Q)码通道，从而构成了对信号的捕获和跟踪方案进行改进的基础。

但是，现有技术中还没有提出实现同相和正交双码通道组合(文中也简称为双码通道组合或I/Q组合)跟踪的具体方法和装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种四相相移键控信号跟踪方法及装置，实现I/Q组合跟踪，进而提高跟踪信号的信噪比。

为了解决上述问题，本发明提供了一种四相相移键控信号跟踪方法，应用于全球导航卫星系统(GNSS)接收机，在同相和正交双码通道组合跟踪模式下，包括：

将下变频后的I码通道信号和Q码通道信号分别与对应的本地伪随机噪声(PRN)码进行相关运算，输出I码通道信号和Q码通道信号的积分结果；

在至少一个跟踪环路中，对所述I码通道信号和Q码通道信号的积分结果分别进行鉴别，得到鉴别结果；

将同一跟踪环路对I码通道信号和Q码通道信号的鉴别结果进行加权运算，得到合成后的鉴别结果。

较佳地，

所述在至少一个跟踪环路中，对所述I码通道信号和Q码通道信号的积分结果分别进行鉴别，包括以下3种鉴别中的部分或全部：

在锁码环对I码通道信号和Q码通道信号的积分结果进行码相位鉴别；

在锁相环对I码通道信号和Q码通道信号的积分结果进行载波鉴相；

在锁频环对I码通道信号和Q码通道信号的积分结果进行载波鉴频；

在锁码环、锁相环和锁频环中的至少一个跟踪环路，分别对所述I码通道信号和Q码通道信号的积分结果进行码相位鉴别、载波鉴相和/或载波鉴频；

所述将同一跟踪环路对I码通道信号和Q码通道信号的鉴别结果进行加权运算，是进行加权平均运算。

较佳地，还包括：

所述GNSS接收机根据场景的特点采用相应的跟踪策略和通道权值，包括以下方式的一种或多种：

只需跟踪I码通道信号或Q码通道信号缺失的情况下，将Q码通道的权值置零，使其不参与组合而仅使用I码通道；

在Q码通道信号采用长相参积累跟踪模式时，将I码通道的权值置零，使其不参与组合而仅使用Q码通道；

在高动态场景下，相参积累时间受限，依据I码通道和Q码通道各自的信号噪声比确定I码通道和Q码通道的权值，进行双通道组合跟踪以得到最小的跟踪误差。

较佳地，