鉴相,鉴频以及环路跟踪算法的理解:
本文参考谢钢的《GPS原理与接收机设计》,我之前工作的时候领导要求我死磕这本书,公司的算法也是基于这本书里面的算法设计的。
载波的剥离:
信号跟踪的原理:
信号的发射:GPS卫星首先利用伪码(这里主要是C/A码)对所有播发的数据码进行调制,将伪码与数据码的组合通过BPSK机制对载波进行调制。
信号的接受:如果接收机内部能够同时复制出相应的载波和伪码信号,并且两者又分别与接收到的该卫星信号中的载波和伪码保持一致,那么复制载波与接受信号进行混频,可以实现载波的剥离(cos(w1t+a1)cos(w2t+a2)=1/2(cos((w1-w2)t+a1-a2)+cos(w1+w2)t+a1+a2)经过低通滤波器,把高频滤除,w1与w2相等,a1和a2相等,这样就实现载波的剥离),而复制伪码与接受信号的相乘可以实现伪码的剥离和信号的解扩,这时在接受信号中剩下的就只有数据码了(如何实现码的解扩需要补充原理)。
跟踪算法包括三部分:预检积分,鉴别期,环路滤波器三部分。
预检积分:,大概就是滤波然后提取早,及时,晚三个时间点的相关值,并进行累加。
鉴别器:鉴频(求出前后两次相关值的频差),鉴相(本次相关值的相位)。
环路滤波器:载波换(跟踪载波),码环(跟踪伪码),能量环(跟踪数据)。
预检积分一般由FPGA完成,这里我不做介绍。本文主要介绍鉴别器和环路滤波器。
1.鉴频的方法:
在这之前先补充几个基础知识:
我在实际工作的时候用的都是方法一,这里要说明的是:Ip与Qp就是就是及时路的相关值,Ip为cos路,Qp为sin路,并且送到DSP之前已经做了归一化处理。arctan计算确实比较费时间,在dsp6713芯片上需要跑10us左右。
2.鉴相的方法:
3.载波环
首先是用本次和上次的经过归一化的及时路的相关值经过鉴频器计算出频偏,将频偏调小(具体能调整到多小和信号质量与环路带宽有关),然后根据此次及时路的相关值进入鉴相器,计算出相位偏差。把相位偏差送到环路滤波器,环路滤波器是整个跟踪的核心。载波环又分为锁相环和锁频环,两者各有优点,又各有缺点,相互互补。接下来我们分别介绍:
相位锁定环路(PLL)又称锁相环,是以锁定输入载波信号的相位为目标的一种载波实现形式。
直接看框图11.3就比较容易理解,根据拉氏变换直接写出
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