[发明专利]GPS接收机及检测GPS接收机跟踪环路状态的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种GPS接收机及处理GPS信号的方法，特别是涉及一种可以提供GPS信号强度估算的GPS接收机及检测GPS接收机跟踪环路状态的方法。 

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至少四颗卫星的GPS信号，解调出四个GPS信号的导航数据。来自不同卫星的GPS信号通过不同的通道传播。通常，GPS接收机处理来自几个通道的GPS信号。每个GPS信号都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。 

现有C/A码跟踪环和载波跟踪环的参数设置是固定的，参数主要包括积分时间和滤波带宽，也就是说，积分时间和滤波带宽在跟踪环路对GPS信号进行跟踪过程中都是恒定的。然而，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。信号的强度在一种方式下可以用信噪比(SNR)来表示，信噪比是指有用信号的功率除以噪声的功率，一般用分贝作为单位。当信噪比较高时，表示GPS信号较强，此时接收机应该是位于室外及天空开阔度较佳的环境下，多普勒频移和多普勒频移的变化率较大。反之，当信噪比较低时，表示GPS信号微弱，此时接收机应该是位于室内或其他信号屏蔽的环境下，多普勒频移和多普勒频移的变化率较小。由于信号强度的不同，若跟踪环路在对GPS信号进行跟踪时，始终采用同一带宽和积分时间，在信号较强时，有可能会导致环路调节速度过慢，不能跟踪GPS信号的变化，引起环路失锁；另外，在信号较弱时，会导致环路滤波效果差、无法跟踪微弱信号。因此，需要对接收机接收到的GPS信号的强度进行估计，基于GPS信号强度的估计值，调整跟踪环路的参数。 

跟踪环路在对GPS信号进行跟踪的过程中，由于各种因素(如噪声)的影响而有可能导致跟踪环路失锁，无法继续跟踪GPS信号。因此，需要检测跟踪环路的状态，即判定跟踪环路是处于锁定模式还是失锁模式，以便对跟踪环路进行及时的调整。如果跟踪环路处于锁定模式，则可以利用跟踪到的GPS信号，获得GPS接收机的当前位置和速度等信息；若跟踪环路失锁，则需要对GPS信号进行重新捕获和跟踪。 

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种对GPS信号的强度提供估计的方法及GPS接收机，以基于GPS信号的强度来检测GPS跟踪环路的状态。 

本发明另一个要解决的技术问题在于提供一种对GPS信号的强度提供估计的方法及GPS接收机，以基于GPS信号的强度来实时切换跟踪环路的参数，从而使跟踪环路有效地跟踪GPS信号。