GPS接收机载波跟踪环路设计

由图2，环路滤波器的表达式为：

根据接收机的使用环境，确定环路滤波器的噪声带宽 Bnf 和B np ，就可以由表2 确定滤波器系数。注意,FLL 向滤波器的系数插入点与PLL 相比要提前一个积分器，这是因为FLL 误差的单位是Hz，而PLL 误差的单位是相位单位。

图2 二阶FLL 辅助三阶PLL 滤波器

5 仿真结果及分析

5. 1 FLL 鉴别器特性

采用预检测积分时间T= 1 ms，在有数据调制的情况下( ±1 跳变/ ms) ，输入频率误差范围为± 400 Hz,对四象限反正切( atan2) 和二象限反正切( atan) 鉴别器进行仿真，结果见图3。由图3 可以看出，atan2 鉴别算法已不能鉴别出真正的频率误差，而atan 可以鉴别的范围达到±250 H z。

图3 有数据调制下的FLL 鉴频特性

5. 2 PLL 鉴别器特性

采用预检测积分时间T= 1 ms，输入相位误差范围为±180°，对表1 的三种相位鉴别器进行仿真，结果见图4。通过图4 可看出，只有二象限反正切( atan) 鉴别器在±90°的范围内保持线性，且斜率与信号幅度无关。

图4 PLL 鉴相特性

5. 3 载波跟踪环仿真及分析

根据5. 1 和5. 2 节的仿真结果，FLL 选择二象限反正切鉴别器，PLL 也选择二象限反正切鉴别器。将鉴别器结果送入图2 所示的环路滤波器，滤波结果送给数控振荡器，形成图1 所示的闭环模式。接收机捕获时采用时域和频域二维搜索算法，根据FLL 鉴别器的频率鉴别范围，设定频率搜索步长为500 Hz。接收机速度为500 m/ s，加速度为10g 时的仿真结果如图5 所示。由图5 可以看出，载波跟踪环路可以快速、准确地跟踪频率的变化，在3~ 4 s 即可达到锁定状态。

图5 跟踪到的频率变化曲线

6 结 语

采用了二阶锁频环辅助三阶锁相环的载波跟踪环路。通过仿真可以看出，选用的鉴别器鉴别范围大，精度高，且对数据跳变不敏感。由鉴别器、环路滤波器和数控振荡器形成闭环回路，在高动态环境下，环路锁定时间短，载波测量精度高，具有一定的实用价值。

来源：国外电子元器件