專利名稱：在gps信號接收機中使用的延遲鎖相環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及打算使用在無線電信號接收機中的延遲鎖相環(huán)，特別是涉及由包括延遲鎖相環(huán)的GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號的接收機中的延遲鎖相環(huán)。
GPS系統(tǒng)(取自其真實的名字NAVSTAR-GPS(取自″NAVigationSatellite Time And Ranging Global Positioning System″的首字母縮寫))來自于美國國防部。該系統(tǒng)使用航海衛(wèi)星星座發(fā)送GPS信號，根據(jù)該信號，陸地接收機能夠精確地確定其位置，速度和本地時間。該星座由分布在相對于赤道以55°傾斜的6個軌道平面中的位于高度20,183公里的24顆衛(wèi)星組成。選擇這種衛(wèi)星分布是確保在世界上無論何地一天24小時的持續(xù)覆蓋。每個衛(wèi)星攜帶至少一個原子頻率標準，以便能夠提供高精確的時間保持信息。此外，每個衛(wèi)星從陸地控制站接收能夠?qū)ζ鋾r間保持信息校正和對軌道信息校正的信號。
每個衛(wèi)星通過二相移相鍵控，即BPSK在兩個特征不同載波信號上同時發(fā)送，就是說信號L1具有頻率1,575.42MHz，信號L2具有頻率1,227.6MHz。信號L1和L2由以每秒50比特的頻率發(fā)送的啟動信息和一個具有更高頻率的衛(wèi)星識別碼組成。使用了兩種類型的碼子碼子C/A(來自解釋Clear Access)，和碼子P(來自單詞Protected)。
碼C/A由以1.023MHz頻率(其導(dǎo)出的重復(fù)周期為1ms/s)產(chǎn)生的1,023比特構(gòu)成。使用這種碼的合理之處在于以下原因(i)它是偽隨機的，因為在短時期內(nèi)它具有白噪聲的所有特征；(ii)如果它與其自身相乘它將自身抵消；和(iii)在同一載波信號上它能夠訪問多個用戶。所述C/A碼僅在L1載波信號上找到并且它是民間使用的碼。由衛(wèi)星發(fā)射的信息被首先用C/A碼BPSK調(diào)制，產(chǎn)生遍布于初始基帶帶寬50Hz至1.023Hz的頻譜。然后執(zhí)行在L1上載波的調(diào)制，這樣獲得的信號被發(fā)送到接收機。
由接收機接收的信號其主要特征在于它的能量高于噪聲能量。信噪比為大約-20dB。對擴展的頻譜執(zhí)行與發(fā)射相反的操作，也就是說它的壓縮，這使得消息被帶到一個可接受的能量電平。對此，需要用相應(yīng)衛(wèi)星的偽隨機碼乘以該接收信號，由此消除引入的調(diào)制。合成信號的質(zhì)量取決于由接收機產(chǎn)生的碼與由衛(wèi)星發(fā)射的碼之間的相似程度。遺憾的是，所述質(zhì)量受到涉及系統(tǒng)的概念的不精確性的損害。這些不精確性的出現(xiàn)主要是由于多普勒效應(yīng)造成的頻移和構(gòu)成接收機的部件的不精確性以及相應(yīng)相移的不精確性引起的。
本發(fā)明的一個目的是實現(xiàn)一種分別使衛(wèi)星和接收機的兩個C/A碼同步的GPS信號接收機。
本發(fā)明的另一個目的是實現(xiàn)一種GPS信號接收機，其中實現(xiàn)GPS信號頻譜的壓縮比現(xiàn)有技術(shù)中的簡單。
本發(fā)明的再一個目的涉及一種簡單，有效，費用低且易實現(xiàn)的GPS信號接收機。
本發(fā)明的目的是這樣一種打算使用在由衛(wèi)星發(fā)射的信號的接收機中的鎖相環(huán)，所述信號包括用偽隨機碼調(diào)制的信息，所述接收機適用于在相位捕獲期間對所述GPS衛(wèi)星進行搜索以識別所述的偽隨機碼，該鎖相環(huán)包括一個偽隨機碼發(fā)生器，用于產(chǎn)生所述衛(wèi)星的所述偽隨機碼的拷貝；一個本地振蕩器；一個調(diào)制器，用于用所述本地振蕩器的輸出信號調(diào)制來自所述偽隨機碼發(fā)生器的所述衛(wèi)星的所述偽隨機碼的拷貝；多個信號信道，每個信道包括一個與所述調(diào)制器的輸出連接的相關(guān)器，一個與所述相關(guān)器的輸出連接的帶通濾波器，和一個連接到所述帶通濾波器的輸出的信號檢測電路；和一個數(shù)據(jù)處理單元，適用于根據(jù)所述信號檢測電路的輸出信號的功能控制所述本地振蕩器的輸出信號的中心頻率；所述延遲鎖相環(huán)的特征在于所述數(shù)據(jù)處理單元在所述相位捕獲期間適用于以多個步驟控制所述帶通濾波器的中心頻率和帶寬，以便所述帶通濾波器在每一步驟將前一步驟的通帶之一劃分成不重疊的通帶。
由于上述特征，GPS信號接收機能夠以這樣一種方式實現(xiàn)，即延遲鎖相環(huán)的三個信道的帶通濾波器(這些信道在跟蹤GPS信號的相位中是必要的)的帶通濾波器也在相位捕獲中使用，以識別GPS衛(wèi)星的偽隨機碼。
在下面將進行的僅作為例子提供的描述中并參考附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將會更清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明包括一延遲鎖相環(huán)的GPS信號接收機的示意圖；圖2是構(gòu)成圖1的GPS信號接收機的部件的一個數(shù)字延遲鎖相環(huán)的示意圖；圖3是表示在圖1接收機的相位捕獲的連續(xù)步驟中圖2的延遲鎖相環(huán)的三個信道的濾波器的通帶的示意圖；圖4是一個表示由圖1的接收機的數(shù)據(jù)處理單元實現(xiàn)的計算的表，以便達到本地振蕩器的輸出信號頻率的值，接收機的帶通濾波器的中心頻率值和帶寬值。
參考圖1，以示意圖的形式表示了一個按照本發(fā)明的GPS接收機1。該接收機1包括一個能檢測GPS信號的天線2，一個與天線2連接的預(yù)放大器3和一個頻率衰減電路4，該頻率衰減電路4以公知的方式將GPS信號的無線頻率降低到一中頻頻率。一個反饋環(huán)5被連接到頻率衰減電路4的輸出，最初用于通過對衛(wèi)星的偽隨機碼的識別對其尋找和跟蹤。這兩個操作過程被分別稱作相位捕獲和相位跟蹤。在捕獲之后和在偽隨機碼的跟蹤期間，一個解調(diào)和跟蹤電路6聯(lián)帶地執(zhí)行對上述被降為中頻頻率的載波信號的解調(diào)和對該載波信號的跟蹤。由電路6實施的解調(diào)能夠恢復(fù)由GPS衛(wèi)星發(fā)射的信息，通過數(shù)據(jù)翻譯電路7對其進行翻譯。
利用一個延遲鎖相環(huán)來構(gòu)成反饋環(huán)5。該延遲鎖相環(huán)實現(xiàn)由接收機產(chǎn)生的偽隨機碼與從所述GPS衛(wèi)星接收的信號之間的相關(guān)。當這兩個偽隨機碼相同時，由此產(chǎn)生一個不再呈現(xiàn)是白噪聲的信號。這樣一個信號的檢測和跟蹤構(gòu)成了該延遲鎖相環(huán)的功能。該延遲鎖相環(huán)5包括一個相關(guān)電路8，一個濾波器電路9，一個信號檢測電路10，一個數(shù)字數(shù)據(jù)處理單元11，一個偽隨機碼發(fā)生電路12，一個本地振蕩電路13和一個調(diào)制器14。
現(xiàn)在將通過參考圖2對反饋環(huán)5的工作進行描述，圖2示出了一個實施例的示意圖。在該反饋環(huán)5的輸入端接收的信號由由GPS衛(wèi)星之一的C/A碼調(diào)制和由GPS航海消息信息調(diào)制的載波信號頻率fIF1組成。一個信號限制器30和一個高速開關(guān)S1執(zhí)行被接收信號的模擬到數(shù)字的一比特轉(zhuǎn)換。由于在該限制器30輸入端的被接收信號的帶寬LB大約為2.046MHz，所以如果信號頻譜折疊能被避免，該中頻fIF1必須大于該值的一半加上述頻移Δf的值的總和。在圖2所示的反饋環(huán)5中，使用了一個fIF1的正常值等于1.050MHz。根據(jù)山濃理論，取樣頻率fs1必須至少為2×(LB/2+Δf)MHz。正如下面將會看到的，與1.023MHz相對應(yīng)的二進制在數(shù)據(jù)處理單元11中可以得到(該值與接收器1中的本地碼的產(chǎn)生頻率相對應(yīng))。使用這個值計算取樣頻率fs1的值是方便的。例如，可以使用值fs1＝4fprn+fprn/23＝4,220MHz。
取樣之后，接收的信號由一帶通濾波器31濾波以保持僅以0MHz為中心的頻譜的首次重復(fù)。該帶通濾波器最好是一個具有2階或高階的數(shù)字濾波器。
電路13包括一個信號限制器31，一個高速開關(guān)S2，一個低通濾波器33和一個本地振蕩器34。該本地振蕩器34產(chǎn)生一個其頻率fL0由一來自數(shù)據(jù)處理單元11的控制信號控制的信號。信號限制器32控制由本地振蕩器34產(chǎn)生的信號的幅度。通過由數(shù)據(jù)處理單元11控制的高速開關(guān)以頻率fs1對該信號取樣。這樣，信號限制器32和高速轉(zhuǎn)換器S2(以及信號限制器30和高速開關(guān)S1)就構(gòu)成了一個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。接著，該信號由帶通濾波器33濾波，以便保持僅以0MHz為中心的頻譜的首次重復(fù)。該帶通濾波器33最好是一個具有2階或高階的數(shù)字濾波器。
電路12包括一個偽隨機碼發(fā)生器35，一個高速開關(guān)S3和一個帶通濾波器36。該偽隨機碼發(fā)生器35產(chǎn)生一個與由GPS衛(wèi)星之一發(fā)射的C/A碼相同的1,023比特的碼。產(chǎn)生的確切碼，和由接收機1搜尋和跟蹤的產(chǎn)生結(jié)果的衛(wèi)星由一來自數(shù)據(jù)處理單元11的控制信號確定。由該接收機產(chǎn)生的偽隨機碼將在隨后的″本地碼″中被呼叫。構(gòu)成該本地碼的比特被以1.023MHz的頻率產(chǎn)生(由數(shù)據(jù)處理單元11提供的時鐘脈沖控制)，該頻率相應(yīng)于由被尋找的GPS衛(wèi)星發(fā)射的C/A碼的標稱頻率。用由數(shù)據(jù)處理單元11控制的高速開關(guān)S3以頻率fs1對該本地碼取樣。接著，該被取樣信號由帶通濾波器36濾波。帶通濾波器36最好也是一個具有2階或高階的數(shù)字濾波器。
在圖2的延遲鎖相環(huán)1中，圖2中表示的調(diào)制器14用一個異或門來實現(xiàn)。帶通濾波器33和36的輸出信號被分別提供到異或門14的兩個輸入端。作為結(jié)果異或門14的輸出信號是一個具有移位到中心頻率fL0的本地碼的頻譜的信號。
在另一實施例中(未示出)，本地振蕩器34和偽隨機碼發(fā)生器35的輸出信號可被直接提供到異或門14的兩個輸入端。在這種情況下，可以利用一個與開關(guān)S2和S3同一類型的高速開關(guān)以頻率fs1對異或門14的輸出信號取樣。接著，可利用一個與帶通濾波器33和36相同類型的帶通濾波器對該信號進行濾波。有利的是，這種設(shè)置比圖2所示的延遲鎖相環(huán)5需要的元件少。
相關(guān)電路8包括三個異或門37，38和39和兩個延遲電路43和44。三個異或門的輸出端被分別連接到三個非門40，41和42的輸入端。帶通濾波器31的輸出端連接到異或門37，38和39的輸入端之一。異或門14的輸出端被連接到異或門37，38和39的其他輸入端。然而，該延遲電路43和44在異或門37和38之間和在異或門38和39之間引入一Δ/2的延遲。在這種情況下，Δ對應(yīng)著碼的1比特的持續(xù)時間(碼的1個比特被稱作一個″片″)。延遲電路43和44在接收機1的相位跟蹤中是必要的，其操作將在有關(guān)的進一步討論中描述。非門40，41和42分別將異或門37，38和39的輸出信號的邏輯狀態(tài)反向。這樣，當在異或門37，38和39的輸入端的兩比特具有相同邏輯狀態(tài)時，也就是說它們之間具有相關(guān)性時，非門40，41和42的輸出信號具有一邏輯高狀態(tài)，而當在異或門37，38和39的輸入端的兩比特具有不相同邏輯狀態(tài)時，也就是說它們不相關(guān)時，非門40，41和42的輸出信號具有一邏輯低狀態(tài)。
以相同頻率對異或門14和限制器30的輸出進行有效地取樣這一事實使得能夠在延遲鎖相環(huán)5中使用異或門37，38和39而不是多路復(fù)用器將信號組合在一起。類似地，偽隨機碼發(fā)生器的輸出信號具有相同頻率這一事實使得能夠使用異或門14而不是多路復(fù)用器將信號組合在一起。這樣，GPS接收機的實現(xiàn)就顯得清楚簡單。
上述相關(guān)性使得頻譜從大約2MHz的附加帶寬成為大約100Hz的信息信號的帶寬。這種操作并不提供直接可利用的信號。為了消除在被壓縮頻譜外部發(fā)現(xiàn)的不需要成分，進行濾波是必要的。濾波電路9包括全通濾波器45，46和47，它們被分別連接到非門40，41和42的輸出端，和帶通濾波器48，49和50，帶通濾波器48，49和50被分別連接到全通濾波器45，46和47的輸出端。
全通濾波器45，46和47分別由積分器45.1，高速開關(guān)S4和微分器45.2的組合，積分器46.1，高速開關(guān)S5和微分器46.2的組合，和積分器47.1，高速開關(guān)S6和微分器47.2的組合構(gòu)成。
濾波器45，46和47的傳輸函數(shù)具有全通型，但是分別在積分器45.1和微分器45.2之間，在積分器46.1和微分器46.2之間和在積分器47.1和微分器47.2之間的高速開關(guān)S4，S5和S6的中斷使得該信號的欠取樣出現(xiàn)在濾波器45，46和47的輸入端。
接著，濾波器48，49和50對分別來自組合濾波器45，46和47輸出端的低取樣頻率信號實現(xiàn)所需的帶通傳輸函數(shù)。帶通濾波器48，49和50最好是一個具有4階或更高階的數(shù)字濾波器。欠取樣具有下列優(yōu)點(i)減小了帶通濾波器48，49和50的所需敏感性，和(ii)減小了延遲鎖相環(huán)5的能量消耗。
在帶通濾波器48，49和50的輸出端獲得的信號由由GPS消息的信息(以50Hz頻率發(fā)送的)相位調(diào)制(BPSK)的載波信號，和本地碼與由所述GPS衛(wèi)星發(fā)射的C/A碼的相關(guān)函數(shù)幅度調(diào)制的載波信號構(gòu)成。這些信號被施加到信號檢測電路10的輸入端。后者包括三個乘法器51，52和53，它們分別連接到三個積分和復(fù)位為零電路54，55和56。乘法器51，52和53每個都適于生成一為其輸入信號的平方的輸出信號。
乘法器51，52和53的求平方表明在由帶通濾波器48，49和50濾波和由電路54，55和56積分之后獲得的信號的功率能夠?qū)崿F(xiàn)其能量的測量值。這樣獲得的與帶通濾波器48，49和50的輸出信號的幅度成比例的值指示本地碼與由GPS衛(wèi)星發(fā)射的C/A碼相關(guān)的質(zhì)量。
來自積分和復(fù)位為零電路54，55和56的輸出端的數(shù)字值全部被存儲在數(shù)據(jù)處理電路11中，以便由其進行處理。接著，在積分和復(fù)位為零電路54，55和56的值被復(fù)位為零。
將會注意到，接收器1包括三個準相同的信號信道C1，C2和C3，就是說(i)由異或門37，非門40，全通濾波器45，帶通濾波器48，乘法器51和積分和復(fù)位為零電路54定義的第一信道C1，(ii)由異或門38，非門41，全通濾波器46，帶通濾波器49，乘法器52和積分和復(fù)位為零電路55定義的第二信道C2和(iii)由端口異或門39，非門42，全通濾波器47，帶通濾波器50，乘法器53和積分和復(fù)位為零電路56定義的第三信道C3。在這三個信道中出現(xiàn)的信號是相同的，但彼此相位相差Δ/2。
下面將對相位捕獲期間和相位跟蹤期間接收機1的工作進行描述。
相位捕獲基本上由通過識別其C/A碼執(zhí)行對接收機1的一可視GPS衛(wèi)星的搜索構(gòu)成。這種捕獲由使由接收機1產(chǎn)生的本地碼與由該GPS衛(wèi)星接收的信號相關(guān)構(gòu)成。為了能夠產(chǎn)生相關(guān)，對破壞這兩個偽隨機碼的相似性的差錯進行校正是很必要的。可以使用兩種不同的方法來實現(xiàn)這種捕獲，就是說既可以是一種順序的捕獲，也可以是通過頻移的捕獲。接收機1使用了這兩種方法的第一種。
在接收機1的順序捕獲期間，在由接收機1以一固定頻率(即頻率fL0)利用從考慮的衛(wèi)星接收的信號產(chǎn)生的本地碼的所有可能相位之間搜找相關(guān)性。為了這樣做，數(shù)字數(shù)據(jù)處理單元11對偽隨機碼發(fā)生器12進行控制，以便后者依次地產(chǎn)生幾組構(gòu)成由該衛(wèi)星發(fā)射的C/A碼的1023比特。在每組的發(fā)射期間，數(shù)字數(shù)據(jù)處理單元11將提供給該偽隨機碼發(fā)生器的時鐘脈沖之一刪去(作為構(gòu)成該C/A碼的1023比特的完整周期的一組)。于是由接收機1產(chǎn)生的本地碼的每個完整周期相應(yīng)于前一周期具有一相位差。這樣，在由該衛(wèi)星發(fā)射的C/A碼與由接收機1產(chǎn)生的本地碼之間就建立了一個相位″滑動″。
在相位捕獲的開始，對本地振蕩器34進行控制，以便其提供一具有1.023MHz的頻率fL0的輸出信號。因此，異或門14的輸出信號以1.023MHz的普通頻率為中心具有大約2MHz的帶寬。由相關(guān)電路8執(zhí)行的相關(guān)將通常的中心頻率減少到一個(1.050-1.023)MHz＝27KHz的值。
為了在該碼″滑動″期間檢測由該衛(wèi)星發(fā)射的C/A碼與由接收機1產(chǎn)生的本地碼之間的同步，需要能夠?qū)σ幌嚓P(guān)信號與一具有本地碼的非相關(guān)信號之間的差進行觀測。如果精確地已知中頻頻率fIF1和由本地振蕩器34產(chǎn)生的信號的頻率是多少，則可以使用一個中心值為27KHz的100Hz的帶通濾波器連接到相關(guān)電路8的輸出端之一對同步進行檢測。然而，所尋找的信息可能會在其限制將依賴于由于多普勒效應(yīng)和相應(yīng)于其理想值的振蕩器的頻率差錯引起的頻率變化的一個頻率范圍內(nèi)找到。對于其最初的影響，相應(yīng)于一靜止用戶的GPS衛(wèi)星的位置導(dǎo)出一基準值大約±4KHz。該本地振蕩器的不精確性粗略地取決于其類型和其使用的技術(shù)。通常，估計該最大差錯具有與由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的差錯相同大小的數(shù)量級。
為了補償這種影響，延遲鎖相環(huán)5的三個信道C1，C2和C3的三個帶通濾波器48，49和50(如將在下面看到的，這些濾波器在相位跟蹤中是必需的)被以連續(xù)的步驟使用，在每一步驟其精確度都高三倍。圖3示出了在接收機1的相位捕獲的連續(xù)步驟中該三個信道C1，C2和C3的帶通濾波器的通帶。在相位捕獲的開始(步驟1)，數(shù)據(jù)處理單元11對帶通濾波器48，49和50的系數(shù)進行控制，以便每個濾波器都具有5。994KHz的通帶，且這些通帶分別以21KHz，27KHz和33KHz的頻率為中心。選擇5.994KHz的值是因為其等于fprn/28+fprn/29，因此可利用數(shù)據(jù)處理單元11方便地計算。在接收機1的相位捕獲的每一步驟中由數(shù)據(jù)處理單元11執(zhí)行的本地振蕩器34的輸出信號的頻率值的計算，和帶通濾波器48，49和50的中心頻率及帶寬值的計算在圖4中示出。
在這一步驟中，各帶通濾波器形成一個具有帶寬大約18KHz和中心頻率為27KHz的組合帶通濾波器。這一帶寬的選擇是要其至少與影響該接收機和該接收信號的頻移一樣大。
當接收機1的本地碼與由衛(wèi)星發(fā)射的信號的C/A碼相關(guān)時，發(fā)現(xiàn)該被解調(diào)信號的能量等級被帶入其原來的頻寬，該頻寬具有能實現(xiàn)這種解調(diào)的信噪比。形成由GPS衛(wèi)星發(fā)送的信號的一部分的其他元素緊密地保持在整個頻譜中，這樣在與該應(yīng)用有關(guān)的頻帶中就具有較弱的功率。由于由這三個帶通濾波器執(zhí)行的濾波，所以有可能檢測在該組合濾波器的頻帶的哪部分將在解調(diào)信號中被找到。
為了更精確地確定解調(diào)信號的頻率，帶通濾波器48，49和50的帶寬(其中該解調(diào)信號的存在已被檢測到)在這三個帶通濾波器48，49和50之間被劃分(步驟2)。對于這一帶寬，可使用一合適的值fprn/29＝1.998KHz。在步驟2中，本地振蕩器34的輸出信號的頻率fL0，2被控制，以便其等于(i)在步驟1其中該解調(diào)信號被檢測處于中心頻率為21KHz的帶通濾波器的帶寬中的情況下該本地振蕩器的頻率fL0，1，(ii)在步驟1其中該解調(diào)信號被檢測處于中心頻率為27KHz的帶通濾波器的帶寬中的情況下大于各帶通濾波器的帶寬BW1的本地振蕩器的頻率fL0，1，或(iii)步驟1中本地振蕩器的頻率fL0，1加上在該步驟中該解調(diào)信號被檢測處于中心頻率為33KHz的帶通濾波器的帶寬中的情況下兩倍的各帶通濾波器的帶寬BW1。這樣，步驟1中的解調(diào)信號的中心頻率在步驟2中被帶入中心頻率為最低頻率(步驟1中的21.00KHz)的帶通濾波器的帶寬。
為了更精確地確定被解調(diào)信號的頻率，其中在步驟2已檢測到存在解調(diào)信號的帶通濾波器48，49和50的帶寬在步驟3中被再次在三個帶通濾波器48，49和50中間劃分。對于這一帶寬，可使用一合適的值fprn/211+fprn/212＝749.268Hz。在步驟3中，本地振蕩器34的輸出信號的頻率fL0，3被調(diào)整，以便其等于(i)在步驟2其中該解調(diào)信號被檢測處于中心頻率為19.02KHz的帶通濾波器的帶寬中的情況下該本地振蕩器的頻率fL0，2，(ii)步驟2中本地振蕩器的頻率fL0，2加上在該步驟中該解調(diào)信號被檢測處于中心頻率為21KHz的帶通濾波器的帶寬中的情況下的各帶通濾波器的帶寬BW2，或(iii)步驟2中本地振蕩器的頻率fL0，2加上在該步驟中該解調(diào)信號被檢測處于中心頻率為22.998KHz的帶通濾波器的帶寬中的情況下兩倍的各帶通濾波器的帶寬BW2。這樣，步驟2中的解調(diào)信號的中心頻率在步驟3中被帶入中心頻率為最低頻率(步驟3中的19.007KHz)的帶通濾波器的帶寬。
最后，其中在步驟3已檢測到存在解調(diào)信號的帶通濾波器48，49和50的帶寬在步驟4中被再次在三個帶通濾波器48，49和50中間劃分。對于這一帶寬，可使用一合適的值fprn/213＝249.756Hz。在步驟4中，本地振蕩器34的輸出信號的頻率fL0，4被控制，以便其等于(i)在步驟3其中該解調(diào)信號被檢測處于中心頻率為18.259KHz的帶通濾波器的帶寬中的情況下該本地振蕩器的頻率fL0，3，(ii)步驟3中本地振蕩器的頻率fL0，3加上在該步驟中該解調(diào)信號被檢測處于中心頻率為19.008KHz的帶通濾波器的帶寬中的情況下的各帶通濾波器的帶寬BW3，或(iii)步驟3中本地振蕩器的頻率fL0，3加上在該步驟中該解調(diào)信號被檢測處于中心頻率為19.757KHz的帶通濾波器的帶寬中的情況下兩倍的各帶通濾波器的帶寬BW3。這樣，步驟3中的解調(diào)信號的中心頻率在步驟4中被帶入中心頻率為最低頻率(步驟4中的18。259KHz)的帶通濾波器的帶寬。
如在圖4中所能看到的，在隨后步驟中把在每一步驟中被檢測信號的中心頻率帶入中心頻率為″相同″頻率(三個帶通濾波器48，49和50的或者最低頻率，或者最高頻率，或者中間頻率)的帶通濾波器的帶寬能夠使通過數(shù)據(jù)處理器11發(fā)送給這些濾波器的系數(shù)的計算得到簡化，并且減少了必須由該數(shù)據(jù)處理器11存儲實現(xiàn)這種計算的數(shù)據(jù)的數(shù)量。
于是能夠看到，在接收機的相位捕獲期間，該數(shù)據(jù)處理單元在幾個步驟中對各帶通濾波器的中心頻率和帶寬進行控制，以便所述帶通濾波器在每一步驟將在前步驟的通帶之一劃分成各無重疊的通帶。
剛才描述的特定捕獲方法，即使用延遲鎖相環(huán)5的三個帶通濾波器以四個連續(xù)步驟(其中每一步驟都有三倍的更高精度)的方法使得由衛(wèi)星發(fā)射的GPS信號的檢測具有大約±125Hz。比如差錯容限使得解調(diào)和跟蹤電路6能夠共同地執(zhí)行載波信號解調(diào)，產(chǎn)生相關(guān)信號的中心頻率，和所述載波信號的跟蹤。
應(yīng)該注意，連續(xù)步驟的數(shù)量，帶通濾波器的帶寬和每一步驟的帶通濾波器的中心頻率取決于接收機服從于的頻率和達到必須知道該相關(guān)信號的中心頻率的精度。以上描述的實施例僅作為一個例子給出。
現(xiàn)在將再繼續(xù)在相位捕獲中已獲得的那些。接收機1的本地碼和GPS衛(wèi)星的C/A碼通過具有一在±Δ/2之間的相位差被同步。本地振蕩器34的輸出信號的頻率按四個連續(xù)步驟已被修改，以便使相關(guān)信號的中心頻率落入帶通濾波器48，49和50之一的帶寬中。
由于延遲電路43和44，加入半比特延遲的C/A碼的超前和延遲版本被分別提供到信道C3的異或門39的一個輸入端和信道C1的異或門37的一個輸入端。本地碼的這些版本被置于與由衛(wèi)星發(fā)射的C/A碼相關(guān)。相關(guān)之后的信號的幅度是兩種碼之間相位差的函數(shù)。使用利用本地碼獲得的載波信號的幅度的平方的差(分別為±Δ/2相移)，驅(qū)動偽隨機碼發(fā)生器35的事實線性地取決于該相移。
當信道C1(超前的)的帶通濾波器48的輸出信號的平方與信道C3(延遲的)的帶通濾波器50的輸出信號的平方之間的差為零時，所考慮衛(wèi)星的C/A碼和接收機1的本地碼與信道C2(″實時的″)的零相位差同步。從那以后，只要來自衛(wèi)星視域的寄生或消逝不使該延遲鎖相環(huán)解鎖，該衛(wèi)星的C/A碼的跟蹤就能被保證。在帶通濾波器49的輸出端獲得的信號被用于相位跟蹤，以實現(xiàn)GPS航海消息的提取。
根據(jù)本發(fā)明和剛剛描述的各實施例由接收機可做出多種改進，而不脫離本發(fā)明的范圍。
因此，例如雖然在上述按照本發(fā)明的實施例中的相位跟蹤一直通過使用順序跟蹤方法執(zhí)行，但也可使用按頻移跟蹤的方法。在這種情況下，接收機的本地碼以一被有意固定的頻率產(chǎn)生，以便從對接收信號(包括所有的干擾)可能的那些頻率移開。于是，所產(chǎn)生的碼的一比特的持續(xù)時間將不同于所接收的持續(xù)時間，這將導(dǎo)致彼此之間碼的滑動現(xiàn)象發(fā)生。于是，有可能對涉及這兩個碼的所有相位進行測試，而無需數(shù)據(jù)處理器11在本地碼的每次發(fā)射期間刪除一個時鐘脈沖。
在接收機1的相位捕獲期間也有可能禁止延遲電路的影響。
在相位跟蹤期間，三個信道C1，C2和C3是并行的和外部定相和所需的，以通過超前和延遲信號(上面所述)的相減獲得跟蹤功能。在相位捕獲期間，不需要分站，且三個信道每個提供其自己的結(jié)果。這樣，由于延遲電路43和44，所以不需要有相位差的移動。盡管如此其被保持著，數(shù)據(jù)處理單元11在相位捕獲期間通過考慮這種有相位差的移動必須使本地碼與從GPS衛(wèi)星接收的C/A碼同步。在相位捕獲期間如果人們采用短路跨越延遲電路43和44的每一個，這種復(fù)雜性可以通過在三個信道C1，C2和C3上以同相執(zhí)行捕獲來避免。
然而，在接收機1的相位捕獲期間從存在的延遲電路43和44中也是可能獲得益處的。正如上面所述，在接收機1的相位捕獲期間，幾組1023比特有偽隨機碼發(fā)生器12依次產(chǎn)生。為了尋求本地碼和由GPS衛(wèi)星發(fā)射的C/A碼之間的相關(guān)性，所產(chǎn)生的本地碼的每個完整循環(huán)相應(yīng)于在前循環(huán)是有相位差的，帶通濾波器48，49和50保持在中心頻率處，并具有在每一步驟定義的通帶(見圖4)。如果在一個完整循環(huán)本地碼的產(chǎn)生期間在三個信道C1，C2和C3中相關(guān)性一直沒被檢測到，則在一相應(yīng)于在前碼是有相位差移動的完整碼循環(huán)的產(chǎn)生期間尋求三個信道C1，C2和C3之一中的相關(guān)性，直到碼的所有相位被產(chǎn)生為止。
現(xiàn)在，延遲電路43和44在三個信道C1，C2和C3中間引入了相移。利用這種相移來改進由GPS衛(wèi)星發(fā)射的C/A碼與由接收機1產(chǎn)生的本地碼之間的相位的滑動速度。例如，在相位捕獲的每一步驟期間，帶通濾波器48，49和50最初可以在圖3所示通帶中的三個中心頻率之一為中心頻率。在這種情況下，本地碼與由衛(wèi)星發(fā)射的C/A碼之間的相關(guān)性在三個信道C1，C2和C3中進行考慮，這些信道覆蓋相同的通帶，但具有不同的碼的相位差。隨后，帶通濾波器48，49和50接著可以都以在圖3所示一步驟的各通帶的三個中心頻率中的另一個為中心頻率，并且再次考慮兩個碼之間的相關(guān)性。
最后即第三，帶通濾波器48，49和50可以都以該步驟的通帶的第三個中心頻率為中心，并且再次考慮兩個碼之間的相關(guān)性。
如果沒有檢測到相關(guān)性，再次啟動如上所述程序，其具有由偽隨機碼發(fā)生器35產(chǎn)生的本地碼的完整循環(huán)，相應(yīng)于在前的碼的循環(huán)，該碼的循環(huán)具有相移。然而，要感謝這種由于延遲電路43和44導(dǎo)致的相移，因為三個最大相位的滑動可以由偽隨機碼發(fā)生器35執(zhí)行。這可以實現(xiàn)在接收機1的相位捕獲的每一步驟期間由GPS衛(wèi)星發(fā)射的C/A碼和本地碼之間的更快速相關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種打算使用在由衛(wèi)星發(fā)射的信號的接收機中的延遲鎖相環(huán)，所述信號包括用偽隨機碼調(diào)制的信息，所述接收機適用于在相位捕獲期間對所述GPS衛(wèi)星進行搜索以識別所述的偽隨機碼，該鎖相環(huán)包括一個偽隨機碼發(fā)生器(35)，用于產(chǎn)生所述衛(wèi)星的所述偽隨機碼的拷貝；一個本地振蕩器(34)；一個調(diào)制器(14)，用于用所述本地振蕩器(34)的輸出信號調(diào)制來自所述偽隨機碼發(fā)生器(35)的所述衛(wèi)星的所述偽隨機碼的拷貝；多個信號信道(C1，C2，C3)，每個信道包括一個與所述調(diào)制器(14)的輸出連接的相關(guān)器(37至42)，一個與所述相關(guān)器的輸出連接的帶通濾波器(48至50)，和一個連接到所述帶通濾波器的輸出的信號檢測電路(51至56)；和一個數(shù)據(jù)處理單元(11)，適用于根據(jù)所述信號檢測電路的輸出信號的功能控制所述本地振蕩器的輸出信號的中心頻率；所述延遲鎖相環(huán)的特征在于所述數(shù)據(jù)處理單元(11)在所述相位捕獲期間適用于以多個步驟控制所述帶通濾波器(48至50)的中心頻率和帶寬，以便所述帶通濾波器在每一步驟將前一步驟的通帶之一劃分成不重疊的通帶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的延遲鎖相環(huán)，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理單元(11)適用于在每一步驟將多個信號信道(C1，C2，C3)之一的檢測電路(51至56)檢測的信號的中心頻率帶入同一帶通濾波器(48，49或50)中的帶寬內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的延遲鎖相環(huán)，其特征在于其進一步包括多個全通濾波器(45至47)，它們分別連接在所述相關(guān)器(37至42)和所述多個信號信道(C1，C2，C3)的所述帶通濾波器(48至50)之間，所述全通濾波器(45至47)中的每一個都包括一個積分器(45.1，46.1，47.1)，該積分器(45.1，46.1，47.1)經(jīng)一開關(guān)(S4至S6)與一微分器(45.2，46.2，47.2)連接，所述開關(guān)(S4至S6)由所述數(shù)據(jù)處理單元(11)控制，以對提供到所述全通濾波器(45至47)的輸入的信號進行欠取樣。
全文摘要
一種打算使用在由衛(wèi)星發(fā)射的信號接收機中的延遲鎖相環(huán)，包括偽隨機碼發(fā)生器，本地振蕩器，調(diào)制器一個數(shù)據(jù)處理單元，適用于根據(jù)所述信號檢測電路的輸出信號的功能控制所述本地振蕩器的輸出信號的中心頻率作為所述信號檢測電路的輸出信號的函數(shù)和在所述相位捕獲期間適用于以多個步驟控制所述帶通濾波器的中心頻率和帶寬，以便所述帶通濾波器在每一步驟將前一步驟的通帶之一劃分成不重疊的通帶。
文檔編號H04B1/707GK1140841SQ9610807
公開日1997年1月22日 申請日期1996年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月11日
發(fā)明者E·讓克洛德, P·-A·法里納, J·-D·艾蒂安 申請人:阿蘇拉布股份有限公司