專利名稱：用于解調(diào)衛(wèi)星無線電導(dǎo)航信號(hào)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于解調(diào)無線電導(dǎo)航信號(hào)的方法，該無線電導(dǎo)航信號(hào)包括通過無線電導(dǎo)航訊息調(diào)制的數(shù)據(jù)信道和未經(jīng)調(diào)制的導(dǎo)頻信道，這些信號(hào)利用偽隨機(jī)頻譜擴(kuò)展碼在擴(kuò)展頻譜中傳輸。
本發(fā)明特別但不排他地應(yīng)用于衛(wèi)星無線電導(dǎo)航信號(hào)，尤其是應(yīng)用于GPS(全球定位系統(tǒng))衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的新L2C和L5信號(hào)、應(yīng)用于新的伽利略歐洲衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)、應(yīng)用于由通常稱為“偽系統(tǒng)(pseudolites)”的地面站、現(xiàn)代化的GLONASS(全球軌道導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng))衛(wèi)星以及COMPASS(羅盤)衛(wèi)星和QZS衛(wèi)星(Quasi-ZenithSatellite system，準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng))傳輸?shù)男l(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)。
在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，無線電導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)包括用于從多個(gè)衛(wèi)星(至少三個(gè))同時(shí)接收無線電導(dǎo)航信號(hào)的多個(gè)接收信道。每個(gè)接收信道執(zhí)行擴(kuò)展碼的測(cè)量和接收的載波頻率的測(cè)量。這些測(cè)量使得能夠確定接收機(jī)和人造衛(wèi)星之間的距離和視向速度并獲取無線電導(dǎo)航訊息，該無線電導(dǎo)航訊息特別包含涉及發(fā)射的衛(wèi)星的信息(即，其軌道、狀態(tài)和待應(yīng)用于其時(shí)鐘的修正項(xiàng))以及涉及導(dǎo)航系統(tǒng)的所有衛(wèi)星軌道的整體信息。
通常，對(duì)擴(kuò)展頻譜中的無線電導(dǎo)航信號(hào)的解調(diào)通過兩種操作來實(shí)現(xiàn)，即，通過基準(zhǔn)碼來解擴(kuò)信號(hào)的操作以及估計(jì)信號(hào)的相位以消除信號(hào)不定性的操作(也就是估計(jì)訊息的符號(hào)的正負(fù)號(hào))。第一種操作通過延遲鎖定環(huán)路(DLL)來執(zhí)行，該環(huán)路可為相關(guān)的或不想關(guān)的，而第二種操作通常通過鎖相環(huán)(PLL)或邊環(huán)(Costas)來執(zhí)行，它可重構(gòu)與接收信號(hào)相乘的載波的復(fù)制信號(hào)。結(jié)果信號(hào)得到濾波以從其中提取出調(diào)制載波的信息。
這意味著僅在這兩個(gè)環(huán)路被閂鎖時(shí)才能執(zhí)行解調(diào)。因?yàn)檠舆t鎖定環(huán)路通常比鎖相環(huán)更健壯，所以，僅在接收信號(hào)的信號(hào)噪聲譜密度比大于鎖相環(huán)或邊環(huán)的閂鎖閾值時(shí)才能執(zhí)行解調(diào)。該閂鎖閾值被設(shè)定成小于用于進(jìn)行位置計(jì)算的導(dǎo)航訊息的可讀性閾值。這是因?yàn)?，?jù)估計(jì)，如果誤碼率(BER)超過10-4到10-5，則該訊息就不能再用于位置計(jì)算。
因此，這一技術(shù)具有這樣的缺陷，即，一旦鎖相環(huán)沒有被閂鎖，則不能再對(duì)訊息進(jìn)行解調(diào)。
但是，利用通常所說的“數(shù)據(jù)擦除(data-wiping)”技術(shù)，在BER值達(dá)到約10-1時(shí)，導(dǎo)航訊息也能用于跟蹤。這些技術(shù)利用消除與符號(hào)的正負(fù)號(hào)(signe)相關(guān)的不定性來跟蹤適當(dāng)?shù)陀趯?dǎo)航訊息波段的波段之中的信號(hào)的預(yù)檢測(cè)。但是，這些技術(shù)僅在可估計(jì)符號(hào)(也就是說，只要載波環(huán)路保持閂鎖)時(shí)才能應(yīng)用。
因此，某些接收機(jī)包括即使載波檢測(cè)環(huán)路不再運(yùn)行時(shí)也能使接收機(jī)跟蹤信號(hào)(數(shù)據(jù)信號(hào)或?qū)ьl信號(hào))代碼的裝置。這種運(yùn)行模式(通常稱為“僅代碼”模式)使得在鏈路預(yù)算相對(duì)不利的情況下也能夠跟蹤信號(hào)，但不能對(duì)導(dǎo)航訊息進(jìn)行解調(diào)。
本發(fā)明的目的是消除這些缺陷。這一目的通過提供一種用于解調(diào)擴(kuò)展頻譜中傳輸?shù)臒o線電導(dǎo)航信號(hào)的方法而實(shí)現(xiàn)，所述信號(hào)包括通過導(dǎo)航訊息調(diào)制的數(shù)據(jù)信道以及未通過導(dǎo)航訊息調(diào)制的導(dǎo)頻信道，所述數(shù)據(jù)信道和所述導(dǎo)頻信道組合成一個(gè)多路復(fù)用方案，以對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，所述方法包括使所述導(dǎo)頻信道的信號(hào)和所述數(shù)據(jù)信道的信號(hào)經(jīng)受解擴(kuò)處理，以及對(duì)解擴(kuò)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，以得到所述導(dǎo)航訊息。
根據(jù)本發(fā)明，用于得到導(dǎo)航訊息的對(duì)解擴(kuò)數(shù)據(jù)信號(hào)的解調(diào)是借助于從對(duì)導(dǎo)頻信道的解擴(kuò)處理中得到的載波來實(shí)現(xiàn)的。
依靠上述方法，就不需要重構(gòu)載波的相位。因此不再一定需要使用鎖相環(huán)。這意味著-在例如當(dāng)載波的相位由外部導(dǎo)航系統(tǒng)(例如慣性系統(tǒng))或內(nèi)部導(dǎo)航系統(tǒng)(例如使用對(duì)擴(kuò)展碼進(jìn)行測(cè)量的卡爾曼濾波器)估計(jì)時(shí)，解調(diào)可按照“僅代碼”模式執(zhí)行；-接收機(jī)可僅包括用于跟蹤載波的FLL環(huán)路，因此簡(jiǎn)化了接收機(jī)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)提供了比PLL環(huán)路更好的健壯性；-即使在信號(hào)噪聲譜密度比低于PLL環(huán)路的未閂鎖閾值時(shí)，也可為“數(shù)據(jù)擦除”目的而對(duì)接收訊息的符號(hào)進(jìn)行估計(jì)；-在數(shù)據(jù)信道上，消除訊息符號(hào)的不定性造成能夠使用基于擴(kuò)展的反正切函數(shù)的FLL環(huán)路鑒別器。
通常，借助本發(fā)明，對(duì)導(dǎo)航訊息的解調(diào)不再依賴于鎖相環(huán)(PLL)的跟蹤閾值。數(shù)據(jù)閂鎖閾值依賴于延遲鎖定環(huán)路的跟蹤閾值或者依賴于用來消除符號(hào)的不定性的技術(shù)的使用條件(誤碼率小于或等于10％)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，導(dǎo)頻信道和待解調(diào)的信號(hào)的數(shù)據(jù)信道可以是時(shí)分多路復(fù)用的。
作為一種選擇，導(dǎo)頻信道和待解調(diào)的信號(hào)的數(shù)據(jù)信道可以是相位多路復(fù)用的。
根據(jù)另一種選擇，導(dǎo)頻信道和待解調(diào)的信號(hào)的數(shù)據(jù)信道可以根據(jù)ALTBOC方案而得到多路復(fù)用。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，導(dǎo)頻信道和待解調(diào)的信號(hào)的數(shù)據(jù)信道可根據(jù)這樣的方案得到多路復(fù)用，在所述方案中，所述載波至少包括待解調(diào)信號(hào)的數(shù)據(jù)信道和導(dǎo)頻信道。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，所述解擴(kuò)處理可通過與載波相位或頻率跟蹤或估計(jì)處理相結(jié)合的代碼跟蹤或估計(jì)處理而實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地，所述載波跟蹤處理借助于頻率鎖定環(huán)路來實(shí)現(xiàn)，所述代碼跟蹤處理借助于延遲鎖定環(huán)路來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，所述方法應(yīng)用于GPS-IIF L5、L2C類型的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的解調(diào)，或者應(yīng)用于由伽利略(GALILEO)系統(tǒng)傳輸?shù)?、或由地面站、現(xiàn)代化GLONASS衛(wèi)星、COMPASS或QZS衛(wèi)星傳輸?shù)男l(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的解調(diào)。
本發(fā)明還涉及一種用于在擴(kuò)展頻譜中傳輸?shù)臒o線電導(dǎo)航信號(hào)的接收機(jī)，所述信號(hào)包括通過導(dǎo)航訊息調(diào)制的數(shù)據(jù)信道以及未通過導(dǎo)航訊息調(diào)制的導(dǎo)頻信道，所述接收機(jī)包括解擴(kuò)和跟蹤裝置，其包括提供擴(kuò)展碼的擴(kuò)展碼生成器以及用于將所述擴(kuò)展碼應(yīng)用于所述導(dǎo)頻信道和數(shù)據(jù)信道的信號(hào)以得到解擴(kuò)導(dǎo)頻信號(hào)和解擴(kuò)數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置。
根據(jù)本發(fā)明，所述接收機(jī)包括解調(diào)器，所述解調(diào)器使用所述解擴(kuò)導(dǎo)頻信號(hào)來對(duì)所述解擴(kuò)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，以得到所述導(dǎo)航訊息。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，所述接收機(jī)包括用于估計(jì)或跟蹤所述解擴(kuò)導(dǎo)頻信號(hào)的頻率或相位的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，所述接收機(jī)包括用于跟蹤所述導(dǎo)頻信號(hào)的頻率鎖定環(huán)路以及驅(qū)動(dòng)所述擴(kuò)展碼生成器的延遲鎖定環(huán)路。
有利地，所述頻率鎖定環(huán)路包括具有擴(kuò)展的反正切形式的鑒別器。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，所述頻率鎖定環(huán)路包括適合于接收信號(hào)的動(dòng)態(tài)的一階或二階環(huán)路濾波器。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，所述頻率鎖定環(huán)路的所述濾波器的輸出耦合到所述延遲鎖定環(huán)路，所述延遲鎖定環(huán)路包括零階環(huán)路濾波器。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，所述延遲鎖定環(huán)路包括應(yīng)用于所述導(dǎo)頻信號(hào)和所述數(shù)據(jù)信號(hào)的鑒別器，所述數(shù)據(jù)信號(hào)用系數(shù)進(jìn)行加權(quán)，所述系數(shù)取決于所述接收信號(hào)的信號(hào)噪聲譜密度比。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，所述頻率鎖定環(huán)路被設(shè)計(jì)成用來接收來自導(dǎo)航系統(tǒng)的多普勒速度輔助。
下面將參照附圖、通過非限定性的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，在附圖中

圖1以框圖的形式示例性地示出了本發(fā)明的一般性原理；圖2示意性地示出了適合于在波段L5上接收GPSIIF信號(hào)的接收機(jī)，其應(yīng)用了本發(fā)明的一般性原理；圖3和4詳細(xì)示出了圖2中所示的接收機(jī)的一些組件。
設(shè)s(t)為在擴(kuò)展頻譜中傳輸?shù)臒o線電導(dǎo)航信號(hào)，它由導(dǎo)頻信號(hào)sp(t)和數(shù)據(jù)信號(hào)sd(t)的總和構(gòu)成，導(dǎo)頻信號(hào)sp(t)由未調(diào)制的載波信號(hào)構(gòu)成，數(shù)據(jù)信號(hào)sd(t)則由調(diào)制載波的導(dǎo)航訊息構(gòu)成。通常，這種信號(hào)s(t)的復(fù)包絡(luò)可表示為s(t)＝(sd(t)+sp(t))ejθ(t)(1)
其中sp(t)＝cp(t)×mux_p(t)(2)sd(t)＝d(t)×cd(t)×mux_d(t) (3)cp和cd是分別應(yīng)用于導(dǎo)頻信道和數(shù)據(jù)信道的擴(kuò)展碼，d是導(dǎo)航訊息的符號(hào)，以及mux_p和mux_d是導(dǎo)頻信道和數(shù)據(jù)信道的多路復(fù)用函數(shù)。
導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)信道的多路復(fù)用可根據(jù)相位和時(shí)間來執(zhí)行，或者可根據(jù)ALTBOC或可選的BOC(Binary Offset Carrier，二元偏置載波)方案來執(zhí)行，或者可根據(jù)載波至少包括數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻信道的方案來執(zhí)行。
在相位多路復(fù)用的情況下，例如，數(shù)據(jù)信道是同相的，而導(dǎo)頻信道是正交的。然后，函數(shù)mux_d(t)和mux_p(t)分別等于1和j(復(fù)數(shù)表示法)。在占空因數(shù)為1(它通過用于提供值為0和1的方波信號(hào)hc(t)的時(shí)鐘來獲得)的時(shí)分多路復(fù)用的情況下，mux_d(t)和mux_p(t)分別等于hc(t)和1-hc(t)。
在用于跟蹤這一信號(hào)s(t)的電路方面，可以預(yù)見到幾種架構(gòu)。可預(yù)見到僅跟蹤導(dǎo)頻信號(hào)sp(t)或數(shù)據(jù)信號(hào)sd(t)或同時(shí)跟蹤上述兩種信號(hào)的架構(gòu)。在任何情況下，需要通過同相的代碼、使用任何適合的解擴(kuò)裝置(例如包括延遲鎖定環(huán)路(DLL)和相關(guān)器)來對(duì)接收的導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)。
在訊息的一個(gè)符號(hào)周期上對(duì)代碼進(jìn)行解擴(kuò)之后，在同相的相關(guān)器的輸出處的信號(hào)可如下表示rd(τ)=Rd(τ)×⟨d(t)ej(θ(t)-θ^d(t))⟩---(4)]]>rp(τ)=Rp(τ)×⟨ej(θ(t)-θ^p(t))⟩---(5)]]>其中-Rp(τ)和Rd(τ)是用于τ的相移的代碼自相關(guān)函數(shù)，-θ(t)是接收的復(fù)信號(hào)s(t)的相位，以及- 和 分別是由載波頻率估計(jì)裝置提供的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻信號(hào)的相位估計(jì)。
對(duì)于載波估計(jì)，可使用FLL環(huán)路(頻率鎖定環(huán)路)或外部導(dǎo)航裝置。
一旦足夠精確地得知值ej(θ^p(t)-θ^d(t))]]>(例如，這是相位多路復(fù)用或時(shí)分多路復(fù)用信號(hào)的情況)，就可通過計(jì)算下列由等式(4)和(5)得到的表達(dá)式來估計(jì)訊息符號(hào)的值rd(τ)×rp(τ)*×ej(θ^p(t)-θ^d(t))=Rd(τ)Rp*(τ)×⟨d(t)⟩---(6)]]>其中，標(biāo)記*表示復(fù)共軛運(yùn)算。
這一表達(dá)式在延遲鎖定環(huán)路保持閂鎖(自相關(guān)函數(shù)Rp和Rd因而具有接近于1的值)時(shí)提供了對(duì)符號(hào)d的估計(jì)。
在數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻信號(hào)是相位多路復(fù)用的情況下，信號(hào)s(t)則是根據(jù)QPSK(Quaternary Phase-Shift Keying-四相移鍵控)技術(shù)調(diào)制的信號(hào)，同相的信道通過數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制，而正交的信道通過導(dǎo)頻信號(hào)調(diào)制。根據(jù)等式(2)和(3)，這樣的信號(hào)可如下表示 或者，以復(fù)數(shù)表示法 其中，ap和ad分別表示導(dǎo)頻信道和數(shù)據(jù)信道的相對(duì)功率，d是導(dǎo)航訊息的符號(hào)，而P表示信號(hào)s(t)的總功率。
圖1示出了使用上述原理接收這種導(dǎo)航信號(hào)的裝置。這一裝置包括信號(hào)跟蹤裝置2，其使用適合于處理這種信號(hào)的技術(shù)，即，例如根據(jù)本發(fā)明的延遲鎖定環(huán)路DLL和頻率鎖定環(huán)路FLL。這一裝置提供對(duì)解擴(kuò)代碼 和 的估計(jì)，還根據(jù)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的時(shí)鐘之間的差異而提供對(duì)無線電導(dǎo)航信號(hào)的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的偽距離的估計(jì)。該代碼估計(jì)被提供給混頻器3和6的輸入，以分別用于對(duì)接收的復(fù)信號(hào)s(t)的分量sd(t)和sp(t)進(jìn)行解擴(kuò)?；祛l器3和6的輸出處的信號(hào)分別被提供給兩個(gè)低通濾波器4和7(其可由加法器構(gòu)成)，以得到下列與解擴(kuò)分量sd(t)和sp(t)對(duì)應(yīng)的信號(hào)rd和rp，rd＝<d(t)>Rd(τ)ej(9) 其中，τ是接收信號(hào)s(t)和本地復(fù)制信號(hào)(répliques locales)之間的相移，R是導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)代碼的相關(guān)函數(shù)，<d(t)>是導(dǎo)航訊息的符號(hào)的估計(jì)。后者是通過將復(fù)共軛運(yùn)算8應(yīng)用于導(dǎo)頻信號(hào)rp、然后通過使用混頻器5將這一運(yùn)算的結(jié)果乘以數(shù)據(jù)信號(hào)rd而提取的。乘積rd×rp*通過借助移相器9進(jìn)行 旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行相位校正，可選地由低通濾波器10濾波，從而提供導(dǎo)航訊息的符號(hào)的估計(jì)<d(t)>。
應(yīng)該注意，根據(jù)目前實(shí)施的最新規(guī)范，波段L5上的GPS-IIF信號(hào)是以上描述的信號(hào)s(t)的一種特殊情況，其中，ad＝ap。
此外，波段L2上的GPS-IIF信號(hào)(稱為L(zhǎng)2C)是其中信號(hào)sd(t)和sp(t)受到時(shí)分多路復(fù)用的信號(hào)的一個(gè)示例。
圖2詳細(xì)地示出了用于接收波段L5上的GPS-IIF信號(hào)的接收機(jī)的一個(gè)示例，該接收機(jī)使用如上所述的本發(fā)明的原理。
這一接收機(jī)包括接收天線12，其連接到用于將接收信號(hào)的頻率RF轉(zhuǎn)換為中頻IF的級(jí)13。該級(jí)的輸出連接到用于去除載波的級(jí)，去除載波的級(jí)例如包括兩個(gè)混頻器14、15，它們分別在其另一輸入上接收由接收機(jī)本地產(chǎn)生的載波的虛數(shù)和實(shí)數(shù)部分。已經(jīng)去除了載波的本地估計(jì)頻率的接收信號(hào)被加載給一組相關(guān)器11，該組相關(guān)器在其另一輸入上接收由代碼生成器23產(chǎn)生的六個(gè)擴(kuò)展碼和兩個(gè)諾埃曼-霍夫曼代碼的估計(jì)值。
一組相關(guān)器11在單獨(dú)的輸出上提供十二個(gè)信號(hào)，包括分別為同相、提前和延遲的三個(gè)輸出信號(hào)的實(shí)數(shù)部分I和虛數(shù)部分Q，以用于包含在接收信號(hào)中的各個(gè)導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)信號(hào)。
這十二個(gè)信號(hào)由積分器/解調(diào)器組件16進(jìn)行處理，積分器/解調(diào)器組件16在進(jìn)行處理之后在輸出處將它們恢復(fù)并且提供接收的訊息符號(hào)的估計(jì) 由組件16提供的接收的訊息符號(hào)的估計(jì) 提供給例如維特比解碼器類型的卷積解碼器17。這一卷積解碼器可使用導(dǎo)航訊息的先驗(yàn)技術(shù)來改進(jìn)解碼。
從組件16輸出的導(dǎo)頻信道的同相信號(hào)提供給FLL(頻率鎖定環(huán)路)鑒別器19，同時(shí)，從組件16輸出的所有十二個(gè)信號(hào)提供給DLL(延遲鎖定環(huán)路)鑒別器21。
從組件16輸出的同相信號(hào)也可提供給噪聲估計(jì)器18，噪聲估計(jì)器18提供對(duì)接收的信號(hào)噪聲譜密度比C/N0的估計(jì)，由函數(shù)F進(jìn)行變換的這一比率作為輸入被提供給DLL環(huán)路鑒別器21。
當(dāng)由此形成的FLL環(huán)路被鎖定至接收信號(hào)的載波時(shí)，來自FLL環(huán)路鑒別器的輸出信號(hào)在被加載到數(shù)字控制振蕩器(OCN)27(其本地產(chǎn)生對(duì)接收信號(hào)的載波的估計(jì))的控制輸入之前由FLL環(huán)路濾波器20進(jìn)行處理。振蕩器27在單獨(dú)的輸出上提供載波的虛數(shù)部分(sin)和實(shí)數(shù)部分(cos)，它們被分別加載至給混頻器14、15的輸入。
來自DLL環(huán)路鑒別器的輸出信號(hào)還得到DLL環(huán)路濾波器22處理。此外，F(xiàn)LL濾波器20的輸出還通過具有增益k的放大器26而連接到加法器25的輸入，加法器25還在輸入處接收來自DLL環(huán)路濾波器22的輸出信號(hào)。
增益k的值被選為與比率Rc/Rp相等，比率Rc/Rp表示代碼Rc的頻率和載波Rp的頻率之間的比例系數(shù)。在波段L5上的GPS-IIF信號(hào)的情況下，這一比率為1/115。加法器25的輸出連接到另一數(shù)字控制振蕩器(OCN)24的控制輸入，數(shù)字控制振蕩器24的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)代碼生成器23。
假定DLL環(huán)路以FLL環(huán)路進(jìn)行輔助(借助因子k)，則信號(hào)的大部分動(dòng)態(tài)(dynamique)由FLL載波環(huán)路吸收。因此，DLL環(huán)路僅具有非常弱的動(dòng)態(tài)(例如，由于電離層的效應(yīng))。DLL環(huán)路濾波器22因此可具有零階，也就是說，其可由具有一定增益的簡(jiǎn)單放大器而形成。相反地，F(xiàn)LL環(huán)路濾波器20具有高階，通常為一階或二階，其適合于要處理的信號(hào)的動(dòng)態(tài)。DLL環(huán)路濾波器22的增益可進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得能夠適合于要處理的信號(hào)的特性(信噪比、剩余動(dòng)態(tài)、本地振蕩器27的效應(yīng)等)。
為了降低接收機(jī)的獲取和跟蹤閾值，還可使用提供多普勒速度(也就是說，無線電導(dǎo)航信號(hào)的接收機(jī)相對(duì)于發(fā)射機(jī)的相對(duì)視向速度)估計(jì)的內(nèi)部或外部導(dǎo)航系統(tǒng)29。這一對(duì)多普勒速度的估計(jì)被提供給插入FLL濾波器20的輸出和振蕩器27的輸入之間的鏈路上的加法器28的輸入。
更具體地，由代碼生成器24進(jìn)行估計(jì)、作為從振蕩器24輸出的信號(hào)的頻率的函數(shù)的擴(kuò)展碼和諾埃曼-霍夫曼代碼包括(以舉例的方式)
-為提前的導(dǎo)頻信道而產(chǎn)生的代碼EP，-為延遲的導(dǎo)頻信道而產(chǎn)生的代碼LP，-為同相的導(dǎo)頻信道而產(chǎn)生的代碼PP，-為提前的數(shù)據(jù)信道而產(chǎn)生的代碼ED，-為延遲的數(shù)據(jù)信道而產(chǎn)生的代碼LD，-為同相的數(shù)據(jù)信道而產(chǎn)生的代碼PD，-用于導(dǎo)頻信道的20比特的諾埃曼-霍夫曼代碼NH_pilote，-用于數(shù)據(jù)信道的10比特的諾埃曼-霍夫曼代碼NH_donnee。
在圖3中，一組相關(guān)器11包括由1kHz相關(guān)器組成的組塊31，該組相關(guān)器在1ms內(nèi)執(zhí)行相干積分，并且從混頻器14、15輸出的信號(hào)提供給該組相關(guān)器；以及由100Hz相關(guān)器組成的組塊32，該組相關(guān)器在10ms內(nèi)執(zhí)行相干積分，并且來自組塊31的輸出信號(hào)分別提供給該組相關(guān)器。
組塊31還接收為導(dǎo)頻信道產(chǎn)生的擴(kuò)展碼EP、LP、PP以及為數(shù)據(jù)信道產(chǎn)生的擴(kuò)展碼ED、LD、PD，而組塊32接收分別為導(dǎo)頻信道和數(shù)據(jù)信道產(chǎn)生的諾埃曼-霍夫曼代碼NH_pilote和NH_donnee。
相關(guān)器的各個(gè)組塊31、32包括十二個(gè)信道以及各自的加法器361到3612和381到3812，每個(gè)信道包括分別連接到混頻器351到3512和371/3712的輸入的組塊的各個(gè)輸入。加法器的輸入連接到信道的混頻器的輸出，加法器的輸出形成組塊的各個(gè)輸出。混頻器351到3512和381到3812的另一輸入接收各自的擴(kuò)展碼或諾埃曼-霍夫曼代碼。
在1kHz相關(guān)器的第一組塊31中，混頻器351到3512成對(duì)地分組在一起，每一組分別接收相同的擴(kuò)展碼以及從分別來自混頻器14、15的實(shí)數(shù)信號(hào)和虛數(shù)信號(hào)輸出。
因此，在相關(guān)器的第一組塊31中，混頻器對(duì)351和352接收擴(kuò)展碼EP，混頻器對(duì)353和354接收擴(kuò)展碼LP，混頻器對(duì)355和356接收擴(kuò)展碼PP，混頻器對(duì)357和358接收擴(kuò)展碼PD，混頻器對(duì)359和3510接收擴(kuò)展碼ED，混頻器對(duì)3511和3512接收擴(kuò)展碼LD。
第二組塊32的前六個(gè)混頻器371到376在輸入處接收導(dǎo)頻信道的諾埃曼-霍夫曼代碼NH_pilote，同時(shí)，第二組塊32的另外六個(gè)混頻器377到3712在輸入處接收數(shù)據(jù)信道的諾埃曼-霍夫曼代碼NH_donnee。
第二組塊32的輸出提供分別表示為IPE1、QPE1、IPL1、QPL1、IPP1、QPP1、IDP1、QDP1、IDE1、QDE1、IDL1、QDL1的信號(hào)，它們被提供給在圖4中更為具體地示出的積分器/解調(diào)器組件16的各個(gè)輸入。
在所述附圖中，組件16包括一個(gè)解調(diào)器組塊41和兩個(gè)積分器組塊42、43(其每一個(gè)分別包括六個(gè)加法器491到496和497到4912，它們分別接收從相關(guān)器組11輸出的信號(hào))，所述積分器組塊多達(dá)20ms或更長(zhǎng)時(shí)間地跟蹤由相關(guān)器組11執(zhí)行的相干積分。
因此，從相關(guān)器組11輸出的信號(hào)IPE1、QPE1、IPL1、QPL1、IPP1和QPP1被提供給加法器491到496組塊42(對(duì)于該組塊的每個(gè)輸入信號(hào)具有一個(gè)加法器)，這些加法器分別產(chǎn)生與導(dǎo)頻信道相關(guān)的信號(hào)IPE、QPE、IPL、QPL、IPP和QPP。從相關(guān)器組11輸出的信號(hào)IDP1、QDP1、IDE1、QDE1、IDL1、QDL1通過各混頻器481到486分別提供給組塊43的加法器497到4912，這些加法器分別產(chǎn)生與數(shù)據(jù)信道相關(guān)的信號(hào)IDP、QDP、IDE、QDE、IDL和QDL。
在解調(diào)器組塊41中，信號(hào)IPP1和IDP1被加載給一個(gè)混頻器45，而信號(hào)QPP1和QDP1則被加載給另一個(gè)混頻器44。兩個(gè)混頻器44、45的輸出在加法器46中加在一起，從而產(chǎn)生接收訊息的符號(hào)d的估計(jì) 因此，我們得到d^=IPP1×IDP1+QPP1×QDP1---(11)]]>混頻器481到486的另一輸入接收對(duì)接收訊息的符號(hào)d的估計(jì) 該估計(jì) 經(jīng)過增益為k’(其作為例如接收信號(hào)的信噪比的估計(jì)的函數(shù)來選擇，k’越小，信噪比越低)的放大器47的處理。因此，提供給接收的符號(hào)的估計(jì) 的比例因子k’使得可相對(duì)于導(dǎo)頻信道而對(duì)數(shù)據(jù)信道加權(quán)，以優(yōu)化接收機(jī)的所需性能。
可通過能夠判定接收訊息符號(hào)的正負(fù)號(hào)(signe)的閾值比較器50對(duì)接收訊息的符號(hào)d的估計(jì)信號(hào) 進(jìn)行處理，此閾值比較器可設(shè)置在放大器47的上游或下游。
來自組件16的信號(hào)輸出表示
-IPE相位提前的導(dǎo)頻信號(hào)的實(shí)數(shù)部分，-QPE相位提前的導(dǎo)頻信號(hào)的虛數(shù)部分，-IPL相位延遲的導(dǎo)頻信號(hào)的實(shí)數(shù)部分，-QPL相位延遲的導(dǎo)頻信號(hào)的虛數(shù)部分，-IPP同相的導(dǎo)頻信號(hào)的實(shí)數(shù)部分，-QPP同相的導(dǎo)頻信號(hào)的虛數(shù)部分，-IDP同相的數(shù)據(jù)信號(hào)的實(shí)數(shù)部分，-QDP同相的數(shù)據(jù)信號(hào)的虛數(shù)部分，-IDE相位提前的數(shù)據(jù)信號(hào)的實(shí)數(shù)部分，-QDE相位提前的數(shù)據(jù)信號(hào)的虛數(shù)部分，-IDL相位延遲的數(shù)據(jù)信號(hào)的實(shí)數(shù)部分，以及-QDL相位延遲的數(shù)據(jù)信號(hào)的虛數(shù)部分。
根據(jù)本發(fā)明，剛剛已經(jīng)描述的接收機(jī)的跟蹤裝置僅使用導(dǎo)頻信道。FLL載波環(huán)路的鑒別器19可用如下表達(dá)式表示ATAN2(IPP(n)QPP(n-1)-IPP(n-1)QPP(n)IPP(n)IPP(n-1)+QPP(n)QPP(n-1))---(12)]]>其中ATAN2()表示擴(kuò)展的反正切函數(shù)，提供了]-π，+π[范圍內(nèi)的結(jié)果，X(n-1)and X(n)表示兩個(gè)連續(xù)瞬時(shí)n-1和n處的信號(hào)X的值，也就是說，在相關(guān)器的組塊42、43的輸出處的兩個(gè)連續(xù)信號(hào)采樣。這兩個(gè)連續(xù)信號(hào)采樣通過由組塊42、43的相關(guān)器執(zhí)行的積分的持續(xù)時(shí)間(20ms或更長(zhǎng))而被分開。
相反地，延遲鎖定環(huán)路DLL的鑒別器21既使用數(shù)據(jù)信道又使用導(dǎo)頻信道。它可用以下的表達(dá)式表示DP+F(C/N0)·DD(13)其中DP=(2-Cs)·(IPE-IPL)·IPP+(QPE-QPL)·QPP(IPE+IPL)·IPP+(QPE+QPL)·QPP---(14)]]>以及DD=(2-Cs)·(IDE-IDL)·IDP+(QDE-QDL)·QDP(IDE+IDL)·IDP+(QDE+QDL)·QDP---(15)]]>
并且，Cs表示以提前和延遲的相位之間的片(chips)數(shù)表示的相移(在例如IPE和IPL的索引E的信號(hào)和索引L的信號(hào)之間的相移)。Cs通常以2的負(fù)冪來表示，例如2-1或2-2。
在公式(13)中，應(yīng)用于數(shù)據(jù)信道的鑒別器DD以系數(shù)F(C/N0)加權(quán)，系數(shù)F(C/N0)取決于由函數(shù)18確定的比率C/N0。因此，當(dāng)信號(hào)噪聲譜密度比C/N0較大時(shí)，加權(quán)系數(shù)接近于1，而當(dāng)這一比率減小時(shí)，系數(shù)F(C/N0)趨向于0。
在剛剛已經(jīng)描述的接收機(jī)中，載波頻率和代碼是通過閉環(huán)跟蹤裝置(FLL環(huán)路和DLL環(huán)路)而得到的。作為一種選擇，也可使用開環(huán)裝置，其中從鑒別器19和21輸出的誤差信號(hào)僅被用于估計(jì)載波和代碼相位或頻率的裝置進(jìn)行周期性地使用(而不是如同閉環(huán)跟蹤裝置那樣連續(xù)地使用)。
權(quán)利要求
1.一種用于解調(diào)傳輸于擴(kuò)展頻譜中的無線電導(dǎo)航信號(hào)(s(t))的方法，所述信號(hào)包括通過導(dǎo)航訊息調(diào)制的數(shù)據(jù)信道以及未通過導(dǎo)航訊息調(diào)制的導(dǎo)頻信道，所述數(shù)據(jù)信道和所述導(dǎo)頻信道組合成一個(gè)多路復(fù)用方案以對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，所述方法包括使所述導(dǎo)頻信道的信號(hào)和所述數(shù)據(jù)信道的信號(hào)經(jīng)受解擴(kuò)處理，以及對(duì)解擴(kuò)數(shù)據(jù)信號(hào)(rd)進(jìn)行解調(diào)以得到導(dǎo)航訊息(<d(t)>)，其特征在于，所述用于得到導(dǎo)航訊息(<d(t)>)的對(duì)解擴(kuò)數(shù)據(jù)信號(hào)(rd)的解調(diào)是借助于從對(duì)所述導(dǎo)頻信道的解擴(kuò)處理中得到的載波(rp)來實(shí)現(xiàn)的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)頻信道和待解調(diào)的信號(hào)的所述數(shù)據(jù)信道是時(shí)分多路復(fù)用的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)頻信道和待解調(diào)的信號(hào)的所述數(shù)據(jù)信道是相位多路復(fù)用的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)頻信道和待解調(diào)的信號(hào)的所述數(shù)據(jù)信道是根據(jù)ALTBOC方案進(jìn)行多路復(fù)用的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)頻信道和待解調(diào)的信號(hào)的所述數(shù)據(jù)信道是根據(jù)這樣的方案進(jìn)行多路復(fù)用的，在所述方案中，所述載波至少包括待解調(diào)信號(hào)的數(shù)據(jù)信道和導(dǎo)頻信道。
6.如權(quán)利要求1到5中的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述解擴(kuò)處理通過與載波相位或頻率跟蹤或估計(jì)處理相結(jié)合的代碼跟蹤或估計(jì)處理而實(shí)現(xiàn)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述載波跟蹤處理借助于頻率鎖定環(huán)路(FLL)來實(shí)現(xiàn)，所述代碼跟蹤處理借助于延遲鎖定環(huán)路(DLL)來實(shí)現(xiàn)。
8.如權(quán)利要求1到7中的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法應(yīng)用于GPS-IIF L5、L2C類型的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的解調(diào)，或應(yīng)用于由伽利略系統(tǒng)傳輸?shù)?、或由地面站、現(xiàn)代化GLONASS衛(wèi)星、COMPASS或QZS衛(wèi)星傳輸?shù)男l(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的解調(diào)。
9.一種用于傳輸于擴(kuò)展頻譜中的無線電導(dǎo)航信號(hào)的接收機(jī)，所述信號(hào)包括通過導(dǎo)航訊息調(diào)制的數(shù)據(jù)信道以及未通過導(dǎo)航訊息調(diào)制的導(dǎo)頻信道，所述接收機(jī)包括解擴(kuò)和跟蹤裝置，其包括提供擴(kuò)展碼(EP、LP、PP、ED、LD、PD、NH_donnee、NH_pilote)的擴(kuò)展碼生成器(23)以及用于將所述擴(kuò)展碼應(yīng)用于所述導(dǎo)頻信道和數(shù)據(jù)信道的信號(hào)以得到解擴(kuò)導(dǎo)頻信號(hào)和解擴(kuò)數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置(351到3512和371到3712)，其特征在于，所述接收機(jī)包括解調(diào)器，所述解調(diào)器使用所述解擴(kuò)導(dǎo)頻信號(hào)來對(duì)所述解擴(kuò)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，以得到所述導(dǎo)航訊息(d)。
10.如權(quán)利要求9所述的接收機(jī)，其特征在于，所述接收機(jī)包括用于估計(jì)或跟蹤所述解擴(kuò)導(dǎo)頻信號(hào)的頻率或相位的裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的接收機(jī)，其特征在于，所述接收機(jī)包括用于跟蹤所述導(dǎo)頻信號(hào)的頻率鎖定環(huán)路(FLL)以及驅(qū)動(dòng)所述擴(kuò)展碼生成器(23)的延遲鎖定環(huán)路(DLL)。
12.如權(quán)利要求11所述的接收機(jī)，其特征在于，所述頻率鎖定環(huán)路(FLL)包括具有擴(kuò)展的反正切形式的鑒別器(19)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的接收機(jī)，其特征在于，所述頻率鎖定環(huán)路(FLL)包括適合于接收信號(hào)的動(dòng)態(tài)的一階或二階環(huán)路濾波器(20)。
14.如權(quán)利要求11到13中的任意一項(xiàng)所述的接收機(jī)，其特征在于，所述頻率鎖定環(huán)路(FLL)的所述濾波器(20)的輸出耦合到所述延遲鎖定環(huán)路(DLL)，所述延遲鎖定環(huán)路包括零階環(huán)路濾波器(22)。
15.如權(quán)利要求11到14中的任意一項(xiàng)所述的接收機(jī)，其特征在于，所述延遲鎖定環(huán)路(DLL)包括應(yīng)用于所述導(dǎo)頻信號(hào)和所述數(shù)據(jù)信號(hào)的鑒別器(21)，所述數(shù)據(jù)信號(hào)用系數(shù)進(jìn)行加權(quán)，所述系數(shù)取決于所述接收信號(hào)的信號(hào)噪聲譜密度比(C/N0)。
16.如權(quán)利要求11到15所述的接收機(jī)，其特征在于，所述頻率鎖定環(huán)路(FLL)設(shè)計(jì)用來接收來自導(dǎo)航系統(tǒng)(29)的多普勒速度輔助。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于解調(diào)衛(wèi)星無線電導(dǎo)航信號(hào)的方法及裝置。本發(fā)明的方法用于解調(diào)傳輸于擴(kuò)展頻譜中的無線電導(dǎo)航信號(hào)(s(t))，所述信號(hào)包括通過導(dǎo)航訊息調(diào)制的數(shù)據(jù)信道以及未通過導(dǎo)航訊息調(diào)制的導(dǎo)頻信道，所述數(shù)據(jù)信道和所述導(dǎo)頻信道組合成一個(gè)多路復(fù)用方案以對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制。所述方法包括使所述導(dǎo)頻信道的信號(hào)和所述數(shù)據(jù)信道的信號(hào)經(jīng)受解擴(kuò)處理；以及對(duì)解擴(kuò)數(shù)據(jù)信號(hào)(r
文檔編號(hào)G01S1/00GK1806183SQ200480016260
公開日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2004年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月13日
發(fā)明者萊昂內(nèi)爾·里耶斯 申請(qǐng)人:國(guó)家空間研究中心