?

四相鑒頻器輔助的高動(dòng)態(tài)BOC信號(hào)載波跟蹤

閆振華**,張?zhí)祢U,張世會(huì),歐旭東

(重慶郵電大學(xué) 信號(hào)與信息處理重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400065)

摘要：叉積鑒頻器的輸出頻率范圍比較窄,捕獲信號(hào)以后的多普勒頻偏可能不在其跟蹤范圍內(nèi)。針對(duì)此問題,提出了使用四相鑒頻器(FQFD)算法輔助已經(jīng)成型的二階鎖頻環(huán)加三階鎖相環(huán)模型。首先,利用四相鑒頻器的非線性特性將接收信號(hào)頻偏大步長(zhǎng)牽引到較低范圍,然后使用鎖頻環(huán)消除其大部分動(dòng)態(tài)性,最后利用鎖相環(huán)跟蹤精度高的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)二進(jìn)制偏移載波(Binary Offset Carrier,BOC)信號(hào)載波的快速準(zhǔn)確跟蹤。在分析各跟蹤模塊算法的基礎(chǔ)上,討論了其本身的熱噪聲誤差、動(dòng)態(tài)適應(yīng)力以及最優(yōu)帶寬等相關(guān)問題,理論分析和仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法比原有跟蹤算法提高了300 Hz左右的鑒頻范圍,并且跟蹤效果良好。

關(guān)鍵詞：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)；高動(dòng)態(tài)BOC信號(hào)；載波跟蹤;鎖頻環(huán)；四相鑒頻器

1引言

高動(dòng)態(tài)環(huán)境一般是指載體相對(duì)地球表面的速度在900 m/s以上、加速度在10 g以上的環(huán)境。這種復(fù)雜的環(huán)境使得接收到的二進(jìn)制偏移載波(Binary Offset Carrier，BOC)信號(hào)多普勒頻率和多普勒變化率比較大,即使在信號(hào)被捕獲以后,殘差頻偏仍有幾百赫,所以一般的鎖相環(huán)無法正確跟蹤,研制高動(dòng)態(tài)接收機(jī)很有必要。同時(shí)，研究BOC擴(kuò)頻信號(hào)的跟蹤技術(shù)也可以為“北斗”系統(tǒng)的接收機(jī)研制做技術(shù)儲(chǔ)備[1]。

目前，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者提出了一系列針對(duì)高動(dòng)態(tài)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite Systems,GNSS)信號(hào)跟蹤的算法,研究大致分為四類:一是基于信號(hào)參數(shù)估計(jì)理論,例如使用Kalman 濾波器對(duì)多普勒頻率及其變化率進(jìn)行估計(jì)[2],通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)環(huán)路參數(shù),但是運(yùn)算量較大,難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤；二是基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Inertial Navigation System,INS)輔助,即由INS產(chǎn)生載波多普勒頻移估計(jì)值,提供給GPS模塊中的跟蹤環(huán)路,但是導(dǎo)航參數(shù)的誤差隨時(shí)間而積累,不適合長(zhǎng)時(shí)間獨(dú)立導(dǎo)航[3]；三是新穎的跟蹤算法,例如壓縮感知算法通過隨機(jī)觀測(cè)矩陣去獲取輸入信號(hào)釆樣點(diǎn)的組合,通過解決凸規(guī)劃問題來復(fù)現(xiàn)信號(hào)，文獻(xiàn)[4]提出了一種低計(jì)算復(fù)雜度的基于壓縮感知的載波相位環(huán)路(CS-PLL)算法,但是新穎的理論在高動(dòng)態(tài)方面技術(shù)還不夠成熟；四是采用鎖頻環(huán)(Frequency Locked Loop,FLL)與鎖相環(huán)(Phase Locked Loop,PLL)融合跟蹤策略,FLL用來消除大部分的動(dòng)態(tài),PLL決定最終的跟蹤精度,這種方法技術(shù)成熟,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)[5-8]，但是FLL的鑒頻范圍有限,難以實(shí)現(xiàn)對(duì)捕獲的信號(hào)進(jìn)行直接跟蹤。文獻(xiàn)[9]使用四相鑒頻器(Four-Quadrant Frequency Dicriminator,FQFD)輔助跟蹤,但是其FLL和PLL環(huán)路階數(shù)太低,不適合高動(dòng)態(tài)信號(hào)跟蹤。同時(shí)，環(huán)路切換必然會(huì)導(dǎo)致環(huán)路濾波不連續(xù),切換過于頻繁不可避免產(chǎn)生較大誤差,甚至可能導(dǎo)致環(huán)路失鎖。

綜合考慮以上各方面因素,本文針對(duì)高動(dòng)態(tài)環(huán)境下叉積鑒頻器鑒頻范圍窄的問題,研究了使用四相鑒頻器算法輔助二階FLL+三階PLL算法的跟蹤策略,每一時(shí)刻FLL和PLL同時(shí)工作,避免環(huán)路頻繁切換,跟蹤精度略差于PLL[10],但是可以滿足正常跟蹤要求。重點(diǎn)分析了各部分算法原理,同時(shí)對(duì)FLL和PLL本身的穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)行了一定分析,最后用Matlab驗(yàn)證了算法的有效性。

2算法基本原理

設(shè)采樣頻率為fs=1/Ts,Ts為采樣間隔,則接收BOC信號(hào)表示如下:

(1)

設(shè)接收通道振蕩器振蕩出的同相信號(hào)和正交信號(hào)分別為

(2)

(3)

經(jīng)解擴(kuò)、累加以后,其輸出同相、正交信號(hào)可以表示為

(4)

(5)

2.1四相鑒頻器

為實(shí)現(xiàn)精確跟蹤并擴(kuò)大頻率跟蹤范圍,在BOC信號(hào)同步中利用四相鑒頻器輔助原有的FLL+PLL跟蹤模型,即完成偽碼和多普勒頻率捕獲后,使用四相鑒頻器,利用其非線性鑒頻特性牽引捕獲的多普勒頻率,快速將頻差從500Hz以大步長(zhǎng)牽引降到10Hz左右進(jìn)入叉積鑒頻器的線性范圍內(nèi)。下面對(duì)四相鑒頻器的工作機(jī)理進(jìn)行分析[11]。

(6)

(7)

式中,

(8)

(9)

2.2叉積鑒頻器

叉積鑒頻器的輸出頻率范圍比較窄,但是通過采用較寬的環(huán)路帶寬,它可以容忍高動(dòng)態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)應(yīng)力。使用四相鑒頻器將頻差降到某一特定范圍內(nèi)后,叉積鑒頻器呈現(xiàn)線性關(guān)系,便可以實(shí)現(xiàn)載波頻率準(zhǔn)確跟蹤。下面介紹其原理。

首先引入兩個(gè)變量點(diǎn)積Pdot和叉積Pcross,它們的表達(dá)式分別為

(10)

(11)

(12)

故可取頻率校正量為

(13)

2.3環(huán)路濾波器

高階環(huán)路跟蹤高動(dòng)態(tài)信號(hào)系統(tǒng)誤差較小,但是存在穩(wěn)定性問題,一、二階環(huán)路無條件穩(wěn)定,卻無法正確跟蹤高動(dòng)態(tài)信號(hào),而不恰當(dāng)?shù)娜A環(huán)路參數(shù)設(shè)計(jì)會(huì)給系統(tǒng)工作帶來隱患,特別是在載體動(dòng)態(tài)比較低的情況下。所以高動(dòng)態(tài)環(huán)境下用高階環(huán)路,低動(dòng)態(tài)環(huán)境下用低階環(huán)路,有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文為了跟蹤頻率變化率的動(dòng)態(tài),鎖相環(huán)路采用三階濾波器,鎖頻環(huán)路采用二階濾波器，其傳遞函數(shù)分別為[12]

(14)

(15)

在原來二階濾波器的基礎(chǔ)上加了一個(gè)積分器,因?yàn)閷?duì)頻差的積分才是相位誤差,從而控制數(shù)控振蕩器。圖1為本文二階FLL輔助三階PLL的環(huán)路濾波器。

圖1二階FLL輔助三階PLL環(huán)路濾波器

Fig.1 The loop filter of second-order FLL assisted third-order PLL

2.4算法誤差分析

鎖頻環(huán)、鎖相環(huán)對(duì)信號(hào)進(jìn)行跟蹤必然存在跟蹤誤差,即熱噪聲誤差和動(dòng)態(tài)應(yīng)力誤差,下面以本文的二階鎖頻環(huán)和三階鎖相環(huán)為例進(jìn)行分析[1,6]。

熱噪聲均方誤差σtFLL和σtPLL的估算公式分別為

(16)

(17)

式中,C/N0為載噪比；B為環(huán)路帶寬；F為載噪比較高取值1,否則取值2；T為相關(guān)累加時(shí)間。圖2為不同載噪比條件下熱噪聲跟蹤誤差。

(a)FLL熱噪聲誤差(F=2)

(b)PLL熱噪聲誤差

可以發(fā)現(xiàn),FLL和PLL的熱噪聲誤差在同一載噪比條件下,相同的相關(guān)累加時(shí)間,環(huán)路帶寬越寬誤差越大；相同的環(huán)路帶寬,相關(guān)累加時(shí)間越長(zhǎng),噪聲越小。但是,環(huán)路帶寬不可能無限小,下面的分析會(huì)發(fā)現(xiàn)其影響動(dòng)態(tài)性能,而相關(guān)累加時(shí)間受接收數(shù)據(jù)跳變的影響,不可以無限長(zhǎng),所以均需要合理的取舍。

圖3為FLL和PLL的可承受動(dòng)態(tài)應(yīng)力。對(duì)比發(fā)現(xiàn),在相同的噪聲帶寬下,FLL承受動(dòng)態(tài)應(yīng)力的能力比PLL高一個(gè)數(shù)量級(jí),所以在高動(dòng)態(tài)這種復(fù)雜的環(huán)境下必須使用FLL輔助才能正確跟蹤BOC信號(hào)。

(a)FLL動(dòng)態(tài)應(yīng)力(F=2)

FLL和PLL總的跟蹤誤差與環(huán)路帶寬的關(guān)系如圖4所示。

(a)FLL總跟蹤誤差

對(duì)熱噪聲誤差和承受動(dòng)態(tài)應(yīng)力圖的分析發(fā)現(xiàn)：熱噪聲誤差與環(huán)路帶寬成正比,一定的載噪比條件下承受動(dòng)態(tài)應(yīng)力與環(huán)路帶寬成反比。因此，存在最優(yōu)環(huán)路帶寬使跟蹤誤差最小,圖4也說明了這個(gè)事實(shí)。FLL和PLL理論最優(yōu)帶寬分別為

(18)

(19)

式中,β為比例系數(shù),n為鎖頻環(huán)和鎖相環(huán)階數(shù)。

3高動(dòng)態(tài)BOC信號(hào)載波跟蹤模型

在完成BOC信號(hào)的快速捕獲后,捕獲算法給出的多普勒頻率和碼相位分辨率分別為500 Hz和1/2碼片,然后轉(zhuǎn)入載波跟蹤過程。剛進(jìn)入跟蹤環(huán)路過程的500 Hz頻差不在FLL的鑒頻范圍內(nèi),這需要更大范圍的頻率牽引,故本文采用四相鑒頻器進(jìn)行牽引。圖5給出了本文算法的結(jié)構(gòu)框圖。

圖5　高動(dòng)態(tài)BOC信號(hào)載波跟蹤框圖

算法實(shí)現(xiàn)的具體流程描述如下：

(1)初始化基本參數(shù)；

(2)生成接收的BOC信號(hào)；

(3)生成I路和Q路正交的本地載波信號(hào)；

(4)用本地正交載波信號(hào)對(duì)接收BOC信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；

(5)生成本地BOC碼對(duì)解調(diào)后的I、Q路接收信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò),同時(shí)累加1 ms；

(6)將I、Q路累加值計(jì)算后進(jìn)行頻率判別,大于判別條件則使用四相鑒頻器進(jìn)行牽引,直到頻差牽引到較低范圍；

(7)將I、Q路累加值計(jì)算后送入鑒頻器、鑒相器,得到輸出信號(hào)；

(8)分別經(jīng)過環(huán)路濾波器,得到誤差信號(hào)；

(9)使用誤差信號(hào)控制本地載波NCO；

(10)判斷有無信號(hào),如果有信號(hào),控制本地載波產(chǎn)生,重復(fù)上述過程,如果無信號(hào)則結(jié)束。

4仿真結(jié)果及分析

為了驗(yàn)證本文算法跟蹤高動(dòng)態(tài)信號(hào)的性能,使用Matlab對(duì)其進(jìn)行仿真。以BOC(1,1)信號(hào)為例,同時(shí)使用直接的二階鎖頻環(huán)輔助三階鎖相環(huán)跟蹤模型進(jìn)行對(duì)比。

4.1固定多普勒頻率

基本參數(shù)設(shè)置：中頻信號(hào)的中心頻率為4.092 MHz,多普勒頻率為2.490 kHz,采樣頻率為16.368 MHz,預(yù)檢積分時(shí)間1 ms,捕獲的信號(hào)頻率為4.092 MHz+4×500 Hz,即捕獲以后頻差仍舊有490 Hz；直接使用二階鎖頻環(huán)輔助三階鎖相環(huán)多普勒頻差也設(shè)置為490 Hz。仿真結(jié)果如圖6和圖7所示。

(a)固定頻偏FQFD跟蹤過程

(b)FLL+PLL頻率誤差

(c)PLL相位差輸出

圖7　直接使用FLL+PLL跟蹤過程

從圖6可以看出,捕獲信號(hào)以后頻差太大,四相鑒頻器首先工作,很快將頻差降低到10 Hz左右,然后啟動(dòng)二階鎖頻環(huán)輔助三階鎖相環(huán)進(jìn)行跟蹤, 經(jīng)過30 ms左右頻率和相位均可以達(dá)到準(zhǔn)確跟蹤。圖7中直接使用二階鎖頻環(huán)輔助三階鎖相環(huán)進(jìn)行跟蹤,當(dāng)頻差設(shè)置490 Hz的時(shí)候,出現(xiàn)跟蹤錯(cuò)誤,跳變到-10 Hz跟蹤,實(shí)際上設(shè)置頻差200 Hz時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)跟蹤跳變,但是頻差150 Hz其實(shí)也可以實(shí)現(xiàn)正確跟蹤。很明顯,四相鑒頻器擴(kuò)大了鑒頻范圍,實(shí)現(xiàn)了正確跟蹤。

4.2一次斜升多普勒頻率

基本參數(shù)設(shè)置：中頻信號(hào)的中心頻率為4.092 MHz,多普勒頻率為2.490 kHz,采樣頻率為16.368 MHz,預(yù)檢積分時(shí)間1 ms,捕獲的信號(hào)頻率為4.092 MHz+4×500 Hz,多普勒頻率加速度取10g,(1g引起的多普勒頻率變化率為51.5 Hz/s)；二階鎖頻環(huán)輔助三階鎖相環(huán)固定多普勒頻差也設(shè)為490 Hz。仿真結(jié)果如圖8和圖9所示。

(a)一次頻偏FQFD跟蹤過程

(b)FLL+PLL頻率跟蹤過程

(c)多普勒頻差輸出

圖9　一次頻偏直接使用FLL+PLL跟蹤過程

從圖8可以看出,帶多普勒頻率加速度以后,四相鑒頻器振動(dòng)相比固定頻偏更加激烈,所需疊加次數(shù)也相應(yīng)增加,當(dāng)頻差降低到一定程度啟動(dòng)二階鎖頻環(huán)輔助三階鎖相環(huán),利用其動(dòng)態(tài)適應(yīng)力強(qiáng)也可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確跟蹤。圖9直接利用二階鎖頻環(huán)輔助三階鎖相環(huán),設(shè)置固定頻差490 Hz,其他加速度條件不變,可以看到跟蹤又出現(xiàn)錯(cuò)誤,雖然其完全可以承受所設(shè)動(dòng)態(tài)應(yīng)力,但是頻差已經(jīng)超出跟蹤范圍。顯然，F(xiàn)QFD輔助環(huán)路有效增加了其鑒頻范圍。

5結(jié)束語

針對(duì)高動(dòng)態(tài)BOC信號(hào)在捕獲以后頻差還有500 Hz左右難以跟蹤的問題,本文使用四相鑒頻器以大步長(zhǎng)對(duì)其進(jìn)行牽引,同時(shí)利用原有FLL+PLL跟蹤模型的優(yōu)良性能實(shí)現(xiàn)信號(hào)準(zhǔn)確跟蹤。首先,分析了FLL和PLL的熱噪聲誤差、動(dòng)態(tài)應(yīng)力等相關(guān)問題,從理論上說明了誤差的影響因素,提供了接收機(jī)參數(shù)設(shè)置依據(jù),對(duì)FLL和PLL動(dòng)態(tài)性的分析表明了使用FLL 輔助的必要性。同時(shí),實(shí)驗(yàn)以BOC(1,1)為例驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)原有的FLL+PLL模型鑒頻范圍大約150 Hz,再提高頻偏,則會(huì)出現(xiàn)跟蹤頻率跳變,本文方案成功將頻偏提升到500 Hz,可以準(zhǔn)確跟蹤,并且跟蹤時(shí)間沒有變得更長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝鋼. GPS原理與接收機(jī)設(shè)計(jì)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社,2009.

XIE Gang. Principles of GPS and Receiver design [M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2009.(in Chinese)

[2]Lian P. Improving tracking performance of PLL in high dynamic applications[D].Calgary:University of Calgary,2004.

[3]劉苑伊,趙昀,耿生群,等. 基于 INS 輔助的高動(dòng)態(tài) GPS 接收機(jī)算法研究[J]. 計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2011,32(3): 1096-1098.

LIU Yuanyi,ZHAO Yun,GENG Shengqun,et al. Research on INS aided high dynamic GPS receiver algorithm[J]. Computer Engineering &Design,2011,32(3): 1096-1098.(in Chinese)

[4]Schnelle S R,Slavinsky J P,Boufounos P T,et al. A compressive phase-locked loop[C]//Proceedings of 2012 IEEE International Conference on Acoustics,Speech and Signal Processing(ICASSP). Kyoto:IEEE,2012:2885-2888.

[5]鄧曉東,孫武. 基于 FLL+ PLL 的載波跟蹤環(huán)路設(shè)計(jì)[J]. 現(xiàn)代防御技術(shù),2010(4): 137-141.

DENG Xiaodong,SUN Wu. Design of Carrier Ttracking Loop Based on FLL+PLL[J]. Modern Defence Technology,2010(4): 137-141.(in Chinese)

[6]Ward P W. Performance comparisons between FLL,PLL and a novel FLL-assisted-PLL carrier tracking loop under RF interference conditions[C]//Proceedings of the 11th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation(ION GPS 1998).Tennessee,USA:IEEE,1998:783-795.

[7]許志鵬,崔琛,余劍. 基于鎖頻環(huán)與鎖相環(huán)相結(jié)合的載波跟蹤技術(shù)[J]. 電訊技術(shù),2012,52(4):558-561.

XU Zhipeng,CUI Chen,YU Jian. Carrier Tracking Based on Combination of FLL and PLL[J]. Telecommunication Engineering,2012,52(4):558-561.(in Chinese)

[8]樂四海,楚恒林,寧尚國(guó),等. 基于DSP的高動(dòng)態(tài)接收機(jī)載波捕獲跟蹤技術(shù)[J]. 電訊技術(shù),2007,47(3):136-140.

YUE Sihai,CHU Henglin,NING Shangguo,et al. Carrier Acquisition and Tracking Technique for High Dynamic Digital Receivers Based on DSP[J]. Telecommunication Engineering,2007,47(3):136-140.(in Chinese)

[9]李陟,呂衛(wèi)華. 一種應(yīng)用四相鑒頻的擴(kuò)頻接收機(jī)載波快速同步技術(shù)研究[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程,2008,8(18): 5178-5182.

LI Zhi,LYU Weihua. Study on the carrier fast synchronization technology of spread spectrum receiver based on FQFD[J]. Science Technology and Engineering,2008,8(18): 5178-5182.(in Chinese)

[10]Roncagliolo P A,De Blasis C E,Muravchik C H. GPS digital tracking loops design for high dynamic launching vehicles[C]// Proceedings of 2006 IEEE Ninth International Symposium on Spread Spectrum Techniques and Applications. Manaus-Amazon:IEEE,2006:41-45.

[11]孫禮,王銀鋒. GPS 信號(hào)捕獲與跟蹤策略確定及實(shí)現(xiàn)[J]. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),1999,25(2):134-137.

SUN Li,WANG Yinfeng. Determination and Realization of Acquisition and Tracking Strategy of GPS Signal[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,1999,25(2): 134-137.(in Chinese)

[12]馬路,石立國(guó),王竹剛. FLL 輔助 PLL 載波跟蹤環(huán)路誤差分析[J]. 測(cè)控技術(shù),2014,33(9): 131-135.

MA Lu,SHI Liguo,WANG Zhugang. Analysis on FLL -Assisted-PLL Carrier Tracking Loop Error[J]. Measurement & Control Technology,2014,33(9): 131-135.(in Chinese)

閆振華(1988—),男,內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)閷?dǎo)航信號(hào)的捕獲與跟蹤；

YAN Zhenhua was born in Fengzhen,Neimenggu Autonomous Region,in 1988. He is now a graduate student. His research concerns acquisition and tracking of navigation signal.

Email:yanzh0@163.com

張?zhí)祢U(1971—),男,四川眉山人,博士,教授,主要研究方向?yàn)檎Z音信號(hào)處理和通信信號(hào)的調(diào)制解調(diào)、盲處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)以及FPGA、VLSI實(shí)現(xiàn)；

ZHANG Tianqi was born in Meishan,Sichuan Province,in 1971. He is now a professor with the Ph.D. degree. His research concerns speech signal processing,modulation/demodulation,blind processing,neural network implementation and the FPGA and VLSI implementation of communication signal.

Email:zhangtq@cqupt.edu.cn

張世會(huì)(1991—),男,山東聊城人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)樾诺谰幋a盲識(shí)別；

ZHANG Shihui was born in Liaocheng,Shandong Province,in 1991. He is now a graduate student. His research concerns blind identification of channel codes.

Email:823915755@qq.com

歐旭東(1990—),男,湖南岳陽(yáng)人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)榫矸e盲源分離。

OU Xudong was born in Yueyang,Hunan Province,in 1990. He is now a graduate student. His research concerns convolutive blind source separation.

Email:627624073@qq.com

引用格式：閆振華,張?zhí)祢U,張世會(huì),等.四相鑒頻器輔助的高動(dòng)態(tài)BOC信號(hào)載波跟蹤[J].電訊技術(shù),2015,55(6):658-664.[YAN Zhenhua,ZHANG Tianqi,ZHANG Shihui,et al.Carrier Tracking of High Dynamic BOC Signal Based on Four-Quadrant Frequency Discriminator[J].Telecommunication Engineering,2015,55(6):658-664.]

Carrier Tracking of High Dynamic BOC Signal Based on

Four-Quadrant Frequency Discriminator

YAN Zhenhua,ZHANG Tianqi,ZHANG Shihui,OU Xudong

(Chongqing Key Laboratory of Signal and Information Processing,Chongqing University of Posts

and Telecommunications,Chongqing 400065,China)

Abstract：For a relatively narrow output frequency range of cross-product discriminator,Doppler shift may not meet its tracking range after capturing the signal.In view of this problem,this paper proposes an algorithm which uses Four-Quadrant Frequency Discriminator(FQFD) to assist mature second-order frequency locked loop(2nd FLL) and third-order phase locked loop(3rd,PLL) model. Firstly,frequency offset of the received signal is drawn to the lower range by using the nonlinear characteristic of the FQFD,and then the FLL is used to eliminate most of the dynamics.Finally PLL with high tracking accuracy is applied to realize the carrier tracking of high dynamic binary offset carrier(BOC) signal rapidly and accurately. According to the analysis of each tracking module algorithm,its own thermal noise error and dynamic adaptability are discussed as well as the optimal bandwidth and other related issues. The theoretical analysis and simulation results show that this method increases about 300 Hz frequency range compared with the original tracking algorithm and it also has a good tracking performance.

Key words：global navigation satellite system;high dynamic BOC signal;carrier tracking;frequency-locked loop;four-quadrant frequency discriminator

作者簡(jiǎn)介：

中圖分類號(hào)：TN911.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-893X(2015)06-0658-07

通訊作者：**yanzh0@163.comCorresponding author：yanzh0@163.com

收稿日期：*2015-01-22；修回日期：2015-04-03Received date:2015-01-22；Revised date：2015-04-03基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61371164,61275099,61102031)；重慶市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(CSTC2012JJA40008)；重慶市杰出青年基金項(xiàng)目(CSTC2011jjj140002)；重慶市教育委員會(huì)科研項(xiàng)目(KJ120525,KJ130524);重慶市研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(CYS14140)；信號(hào)與信息處理重慶市市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目(CSTC2009CA2003)Foundation Item：The National Natural Science Foundation of China(No. 61371164,61275099,61102131)；The Natural Science Foundation of Chongqing(CSTC2012JJA40008)；The Chongqing Distinguished Youth Fundation(CSTC2011jjjq40002)；The Research Project of Chongqing Educational Commission(KJ120525,KJ130524)；Graduate Research and Innovation Projects of Chongqing(CYS14140)；The Project of Chongqing Key Laboratory of Signal and Information Processing(CSTC2009CA2003)

doi:10.3969/j.issn.1001-893x.2015.06.013