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衛(wèi)星課堂

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)原理與設(shè)計(jì)
——之八

+ 劉天雄

圖47 衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)載波跟蹤環(huán)路組成結(jié)構(gòu)

4.5.6.2 載波跟蹤環(huán)

衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)載波跟蹤環(huán)路組成結(jié)構(gòu)如圖47所示，其中相位鎖定環(huán)PLL（Phase Lock Loops）的目標(biāo)是跟蹤導(dǎo)航信號(hào)的載波相位（carrier phase），導(dǎo)航信號(hào)已經(jīng)捕獲后，接收機(jī)相位鎖定環(huán)PLL根據(jù)載波信號(hào)多普勒頻移粗略估計(jì)值，通過(guò)反饋環(huán)路逐步將多普勒頻移牽引到誤差允許的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)載波頻率的精確同步，基帶數(shù)字信號(hào)處理模塊清除采樣信號(hào)后的多普勒頻移。

相位鎖定環(huán)PLL由相位鑒別器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器三部分組成，相位鑒別器簡(jiǎn)稱(chēng)鑒相器，是用來(lái)鑒別輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間相位差異的乘法器；環(huán)路濾波器是一個(gè)低通濾波器，用于降低環(huán)路噪聲，使結(jié)果既能真實(shí)反映信號(hào)相位差異，又能防止噪聲的緣故而過(guò)激地調(diào)節(jié)數(shù)控振蕩器。

科斯塔斯環(huán)（Costas）是對(duì)180°相位變化不敏感的載波相位鎖定環(huán)，數(shù)控振蕩器輸出兩路互為正交的載波，與接收載波相乘后送入鑒相器，經(jīng)環(huán)路濾波器得到僅與相位誤差有關(guān)的電壓控制量，從而調(diào)節(jié)壓控振蕩器的輸出。

頻率鎖定環(huán)FLL （Frequency-Lock-Loop） 是接收機(jī)數(shù)字信號(hào)處理通道導(dǎo)航信號(hào)跟蹤環(huán)路（tracking loops）的組成部分，其目的是跟蹤接收到的導(dǎo)航信號(hào)的頻率，頻率鎖定環(huán)FLL在連續(xù)跟蹤環(huán)路中給出頻率修正量（frequency corrections），并生成頻率誤差信號(hào)（frequency error signal）。

（1） 頻率鎖定環(huán)FLL基本原理Principle

頻率鎖定環(huán)（FLL）由積分累加器、濾波器、數(shù)字控制晶振、乘法器等環(huán)節(jié)組成，頻率鎖定環(huán)（FLL）跟蹤由接收到的導(dǎo)航信號(hào)（中頻引入）的多普勒頻移，但頻率鎖定環(huán)（FLL）不一定對(duì)（信號(hào)中頻）相位進(jìn)行跟蹤校正，由此，信號(hào)處理通道用鑒別器（discriminator）評(píng)估當(dāng)前接收機(jī)估計(jì)的頻率誤差，頻率鎖定環(huán)（FLL）載波跟蹤流程如框圖48所示，

圖48 頻率鎖定環(huán)（FLL）載波跟蹤流程框圖

實(shí)際上，頻率鎖定環(huán)（FLL）通過(guò)對(duì)兩個(gè)連續(xù)數(shù)據(jù)集合（采樣數(shù)據(jù)）求微商，獲取導(dǎo)航信號(hào)的多普勒頻移數(shù)據(jù)，由此，頻率鎖定環(huán)（FLL）又是一種相位差分跟蹤環(huán)（differential-phase tracking loop）。如果相干積分累積時(shí)間T比較短的情況下，頻率鎖定環(huán)（FLL）獲得最佳處理性能，那么需要積分累積時(shí)間T滿足如下公式要求以避免信號(hào)混疊問(wèn)題，

目前還有一些其他的載波跟蹤策略，其工作原理也略有不同，例如，可以通過(guò)離散傅立葉變換（DFT）直接得到導(dǎo)航信號(hào)多普勒頻移信息，或者通過(guò)計(jì)算不同頻偏下的相關(guān)輸出結(jié)果的相對(duì)功率間接得到導(dǎo)航信號(hào)多普勒頻移信息。

（2） 鑒別器Discriminators

首先根據(jù)同相分量I（In-Phase components）和正交相位分量Q（Quadrature Phase components），分別定義交叉乘積（cross product）和點(diǎn)積（dot product）如下：

式中： 下標(biāo)1和2分別指在連續(xù)時(shí)間1t和2t的采樣；

這樣，數(shù)字信號(hào)處理中常用的頻率鎖定環(huán)（FLL） 鑒別器有如下三種形式：

盡管鑒別器計(jì)算消耗最大，但其性能最優(yōu)。需要指出的是，只要利用即時(shí)相關(guān)器輸出的數(shù)據(jù)位信息（抵消鎖頻環(huán)輸入信號(hào)中的數(shù)據(jù)比特翻轉(zhuǎn)（data transitions）），頻率鎖定環(huán)（FLL）就可以對(duì)數(shù)據(jù)傳輸中的翻轉(zhuǎn)不敏感。數(shù)據(jù)位信息是指數(shù)據(jù)的正負(fù)。

（3） 性能Performance

頻率鎖定環(huán)（FLL）的主要誤差源也是熱噪聲碼抖動(dòng)（thermal noise code jitter）和動(dòng)態(tài)應(yīng)力誤差（dynamic stress error），以熱噪聲碼抖動(dòng)誤差為主。頻率鎖定環(huán)（FLL）鑒別器的熱噪聲碼抖動(dòng)可寫(xiě)為：

中： λ 是載波信號(hào)波長(zhǎng)，單位米（m）；

B是接收機(jī)頻率鎖定環(huán)（FLL）環(huán)路帶寬，單位赫茲（Hz）n；

C/ N 是環(huán)路載噪比，單位分貝－赫茲（dBHz）；0

T是積分累積時(shí)間，單位秒（s）；

環(huán)路載噪比較高時(shí) 1F= ，否則； 2F=

頻率鎖定環(huán)（FLL）的性能主要取決于在完成相關(guān)輸出計(jì)算過(guò)程中的環(huán)路帶寬和積分累積時(shí)間，其影響如圖49所示，顯然環(huán)路載噪比的高低影響了頻率鎖定環(huán)（FLL）的性能。

圖49 不同環(huán)路帶寬（左）及不同積分累積時(shí)間（右）

由圖49可知，接收機(jī)頻率鎖定環(huán)（FLL）環(huán)路帶寬越窄，意味著相關(guān)積分累加時(shí)間越長(zhǎng)，因此減少了接收機(jī)噪聲，提高了接收機(jī)性能；此外，頻率鎖定環(huán)（FLL）環(huán)路帶寬越窄，有利于提高接收機(jī)在高動(dòng)態(tài)使用環(huán)境下的性能。

4.5.6.3 偽碼跟蹤環(huán)

接收機(jī)捕獲導(dǎo)航信號(hào)后得到的相位是大概對(duì)齊的，此外接收機(jī)中噪聲、信道傳輸時(shí)延的變化以及偽碼時(shí)鐘頻率的漂移，等不利影響都可能使相位狀態(tài)發(fā)生一些大的變化。

偽碼跟蹤系統(tǒng)采用了自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)通常采用的方法，當(dāng)跟蹤發(fā)生偏差時(shí)，用一種方法來(lái)檢測(cè)出這個(gè)偏差的大小和方向作為控制信號(hào)，再由控制信號(hào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的某些部件來(lái)減小偏差，使系統(tǒng)一直工作在一定的偏差范圍內(nèi)。一般采用延遲鎖定環(huán)DLL （Delay locked loop）和時(shí)間抖動(dòng)環(huán)TDL （Tau_dither loop）來(lái)實(shí)現(xiàn)偽碼跟蹤，延遲鎖定環(huán)又稱(chēng)偽碼跟蹤環(huán)。

對(duì)頻率鎖定環(huán)（FLL）的熱噪聲碼抖動(dòng)造成的影響

延遲鎖定環(huán)DLL是接收機(jī)數(shù)字信號(hào)處理通道導(dǎo)航信號(hào)跟蹤環(huán)路（tracking loops）的組成部分，其目的是跟蹤接收到的導(dǎo)航信號(hào)的偽隨機(jī)測(cè)距碼PRN的碼延遲（code delay）。為了盡可能地使接收機(jī)本地生成的復(fù)制測(cè)距碼與接收到的導(dǎo)航信號(hào)的測(cè)距碼的相位相“匹配”，延遲鎖定環(huán)DLL計(jì)算當(dāng)前測(cè)距碼相位延遲量，并將延遲量傳遞個(gè)接收機(jī)本地復(fù)制測(cè)距碼生成器，

（1） 延遲鎖定環(huán)DLL基本原理Principle

延遲鎖定環(huán)（DLL）由積分累加器、濾波器、數(shù)字控制晶振、乘法器、帶通濾波器和平方檢波器等環(huán)節(jié)組成，延遲鎖定環(huán)（DLL）跟蹤和估計(jì)當(dāng)前接收機(jī)本地生成的復(fù)制測(cè)距碼與接收到的導(dǎo)航信號(hào)的測(cè)距碼之間的相位延遲量，鑒別器給出偽碼相位延遲特征并由此評(píng)估相位延遲量。

一般而言，接收偽碼擴(kuò)頻信號(hào)主要有相干接收和非相干接收兩種方式。采用相干接收時(shí)，需要在本地生成一個(gè)相干載波，當(dāng)載波環(huán)鎖定后，它與衛(wèi)星信號(hào)載波的穩(wěn)態(tài)相差為零，用相干載波和接收信號(hào)相乘實(shí)現(xiàn)載波分離。相干接收信噪比比較低，要得到相干載波比較困難，其次環(huán)路工作不穩(wěn)定。

因此，目前衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)一般采用非相干方式接收偽碼擴(kuò)頻信號(hào)，不需要產(chǎn)生本地相干載波，而是用一個(gè)超前－滯后延遲鎖定環(huán)直接從導(dǎo)航信號(hào)中提取偽碼延遲誤差，完成對(duì)偽碼的捕獲和跟蹤。超前－滯后延遲鎖定環(huán)如圖50所示，數(shù)字中頻導(dǎo)航信號(hào)首先與本地產(chǎn)生的載波信號(hào)相乘，載波剝離后，即將信號(hào)中的測(cè)距碼轉(zhuǎn)換到基帶上。本地測(cè)距碼生成器（local code generator）產(chǎn)生的三個(gè)相差1/2個(gè)碼片的超前（Early）、即時(shí)（Prompt）、滯后（Late）本地復(fù)制測(cè)距碼信號(hào)，這三路信號(hào)分別與基帶測(cè)距碼信號(hào)作相關(guān)處理，形成超前相關(guān)、滯后相關(guān)和即時(shí)相關(guān)碼元跟蹤路，又稱(chēng)為即時(shí)相關(guān)器（Prompt correlator）、超前相關(guān)器（Early correlator）和滯后相關(guān)器（Late correlator），得到IE、IP、IL三個(gè)相關(guān)輸出結(jié)果被各自累加器累加存儲(chǔ)，累加值表明了本地復(fù)制偽碼信號(hào)與接收到的衛(wèi)星偽碼信號(hào)的相關(guān)度，碼元跟蹤環(huán)通過(guò)比較超前相關(guān)、滯后相關(guān)和即時(shí)相關(guān)器的輸出，就可以找出與輸入信號(hào)相關(guān)性最好的輸出結(jié)果，即實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)航信號(hào)的精確跟蹤，從而找到導(dǎo)航信號(hào)測(cè)距碼的初始相位。

圖50 延遲鎖定環(huán)偽碼跟蹤結(jié)構(gòu)圖

本地復(fù)制偽碼信號(hào)與導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)相關(guān)處理（correlation results）的結(jié)果是導(dǎo)航信號(hào)自相關(guān)函數(shù)（autocorrelation function）的一個(gè)點(diǎn)，以GPS系統(tǒng)L1頻點(diǎn)的民用C/A測(cè)距碼信號(hào)為例，信號(hào)采用BPSK信號(hào)調(diào)制，本地復(fù)制偽碼信號(hào)與接收到的衛(wèi)星偽隨機(jī)碼信號(hào)的相關(guān)輸出是三角波函數(shù)（triangular function）。碼元跟蹤環(huán)路跟蹤過(guò)程如51所示，信號(hào)尚未完全同步時(shí)，圖左滯后碼與導(dǎo)航信號(hào)具有相對(duì)較大的相關(guān)性，所以此時(shí)測(cè)距碼的相位應(yīng)當(dāng)往前滑動(dòng)；圖右即時(shí)相關(guān)器中本地復(fù)制偽碼信號(hào)與接收到的衛(wèi)星偽隨機(jī)碼信號(hào)的相位完全對(duì)齊，是理想和期望的情況，此時(shí)超前碼和滯后碼具有相似的相關(guān)性，說(shuō)明接收到的導(dǎo)航信號(hào)的測(cè)距碼被跟蹤上了。

圖51 偽隨機(jī)測(cè)距碼相關(guān)相位

（a）復(fù)制碼超前1/2碼片 （b）復(fù)制碼超前1/4碼片（c）復(fù)制碼對(duì)齊 （d）復(fù)制碼滯后1/4碼片

圖52 超前相關(guān)、即時(shí)相關(guān)和滯后相關(guān)函數(shù)以及S曲線

由超前相關(guān)（E）、即時(shí)相關(guān)（P）和滯后相關(guān)（L）輸出結(jié)果，可進(jìn)一步得到如下結(jié)論：

·當(dāng)導(dǎo)航信號(hào)被接收機(jī)正確跟蹤時(shí)，即時(shí)相關(guān)的能量（功率）高于超前相關(guān)和滯后相關(guān)的能量；超前相關(guān)和滯后相關(guān)的能量相當(dāng)；

·當(dāng)導(dǎo)航信號(hào)沒(méi)有被接收機(jī)正確跟蹤時(shí)，通過(guò)分析E、 P、 L相關(guān)器的相關(guān)輸出功率，可以判斷復(fù)制偽碼信號(hào)與衛(wèi)星信號(hào)相位關(guān)系（延遲多少），例如，圖51的左圖中提示我們應(yīng)該修正接收機(jī)生成的本地復(fù)制偽碼信號(hào)的相位移動(dòng)量，此時(shí)信號(hào)尚未完全同步，應(yīng)進(jìn)一步調(diào)整復(fù)制偽碼信號(hào)的相位，使得接收機(jī)生成的三個(gè)本地復(fù)制的偽碼信號(hào)恰好達(dá)到圖51的左圖中的效果，這正是跟蹤環(huán)路的工作目標(biāo)；

·超前相關(guān)器和滯后相關(guān)器的間隔（spacing），簡(jiǎn)稱(chēng)為E-L間隔，是開(kāi)展接收機(jī)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。E-L間隔應(yīng)該低于一個(gè)碼片（chips），否則落入自相關(guān)函數(shù)之外；E-L間隔也不能太小（例如在0附近），否則很難區(qū)分相關(guān)器，特別是在噪聲環(huán)境中；相對(duì)較小的E-L間隔使得相關(guān)過(guò)程更加穩(wěn)?。╮obust）。

綜上所訴，即時(shí)相關(guān)器本地生成的的擴(kuò)頻碼序列與帶接收信號(hào)擴(kuò)頻碼沒(méi)有超前及滯后關(guān)系，即沒(méi)有相位偏差，因此是帶接收信號(hào)擴(kuò)頻序列的相干復(fù)制。一般通信系統(tǒng)中，沒(méi)有相位偏差，就稱(chēng)為“相干”，有相位偏差，就稱(chēng)為“非相干”。

利用傳統(tǒng)的超前支路相關(guān)器和滯后支路相關(guān)器，即一路采用相位超前復(fù)制碼，一路采用相位滯后復(fù)制碼，就能實(shí)現(xiàn)偽碼的鎖定。超前支路相關(guān)器和滯后支路相關(guān)器的信號(hào)功率（P = I2 + Q2）對(duì)偽碼相位十分敏感，將兩條支路的相關(guān)計(jì)算結(jié)果相減得到的相位誤差曲線，稱(chēng)為S曲線，如圖52所示。

然后經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器去掉誤差信號(hào)中的變化部分，利用誤差的穩(wěn)定成分調(diào)節(jié)壓控振蕩器，再把壓控振蕩器的輸出時(shí)鐘作為序列產(chǎn)生器的輸入時(shí)鐘，最后把序列產(chǎn)生器產(chǎn)生的早晚碼分別送給上下兩支路，為了估計(jì)相位延遲誤差，延遲鎖定環(huán)（DLL）實(shí)際上跟蹤S曲線的過(guò)零點(diǎn)，然后反饋到本地復(fù)制測(cè)距碼生成模塊，以修正對(duì)接收導(dǎo)航信號(hào)測(cè)距碼的相位延遲量。

（2） 鑒別器Discriminators

兩個(gè)常用的鑒別器是非相干超前減滯后功率（NELP）和點(diǎn)積（Dot Product）鑒別器，定義如下：

·非相干超前減滯后功率鑒別器NELP （Noncoherent Early minus Late Power） ：

準(zhǔn)相干點(diǎn)積功率鑒別器（Dot Product）鑒別器：

只要相位鎖相環(huán)（PLL）被鎖定，將采用如下相干點(diǎn)積計(jì)算，以降低通道計(jì)算消耗，

歸一化超前減滯后功率包絡(luò)鑒別器（Normalized Early minus Late Envelope）定義如下：

為了去除對(duì)信號(hào)幅值的敏感度，特別是在導(dǎo)航信號(hào)載噪比（carrier to noise ratio）變化劇烈的環(huán)境中，一般采用歸一化超前減滯后功率包絡(luò)鑒別器給出偽碼相位延遲量。

（3） 性能Performance

在理想情況下，延遲鎖定環(huán)（DLL）的主要誤差源是熱噪聲碼抖動(dòng)（thermal noise code jitter）和動(dòng)態(tài)應(yīng)力誤差（dynamic stress error）。利用載波輔助（carrier aiding）等技術(shù)，可以去除大部分動(dòng)態(tài)應(yīng)力誤差。對(duì)于非相干延遲鎖定環(huán)（DLL）鑒別器的碼片熱噪聲碼抖動(dòng)可近似為：

fe是接收機(jī)前端帶寬，單位赫茲（Hz）；

Bn是環(huán)路噪聲帶寬，單位赫茲（Hz）；

Ss（f）是導(dǎo)航信號(hào)功率譜密度，無(wú)限帶寬內(nèi)作歸一化處理；

δ 是超前支路相關(guān)器和滯后支路間隔；

在不同環(huán)路噪聲帶寬、不同調(diào)制方式（例如BPSK（1）、BOC（1，1）及AltBOC （15，10））下，熱噪聲碼抖動(dòng)造成的偽碼跟蹤誤差如圖53所示，

圖53 不同環(huán)路噪聲帶寬（左）及不同調(diào)制方式（右）對(duì)延遲鎖定環(huán)（DLL）的熱噪聲碼抖動(dòng)造成的影響

由圖53可知，環(huán)路噪聲帶寬越窄，意味著相關(guān)積分累加時(shí)間越長(zhǎng)，因此減少了接收機(jī)噪聲，提高了接收機(jī)性能；信號(hào)調(diào)制方式對(duì)延遲鎖定環(huán)（DLL）熱噪聲碼抖動(dòng)的影響用功率譜密度PSD（Power Spectral Density）表示，擴(kuò)頻信號(hào)帶寬越寬，意味著相關(guān)峰越窄，因此可以獲得更好的接收機(jī)性能。

4.5.7 鎖定檢測(cè)器Lock Detectors

在正常情況下，導(dǎo)航接收機(jī)利用其信號(hào)跟蹤環(huán)路（tracking loops）的計(jì)算結(jié)果，能夠連續(xù)解算用戶(hù)位置。因此，有必要確認(rèn)跟蹤環(huán)路的工作狀態(tài)下，即跟蹤環(huán)路能夠正確地捕獲并跟蹤到導(dǎo)航信號(hào)，解算的位置并沒(méi)有偏離實(shí)際位置。環(huán)路鎖定檢測(cè)器的任務(wù)正是用于確認(rèn)跟蹤環(huán)路的工作狀態(tài)，環(huán)路鎖定檢測(cè)器根據(jù)一些量化指標(biāo)來(lái)評(píng)估跟蹤環(huán)路對(duì)導(dǎo)航信號(hào)的跟蹤狀態(tài)。

4.5.7.1 基本概念 Concept

環(huán)路鎖定檢測(cè)器的目的是評(píng)估接收到的導(dǎo)航信號(hào)在基帶信號(hào)處理通道是否已經(jīng)被正確地跟蹤，跟蹤環(huán)路可以不斷地調(diào)整本地載波和偽碼相位，始終隨著輸入信號(hào)的變化而變化，確保對(duì)接收到的導(dǎo)航信號(hào)的偽碼相位和載波頻率精確同步。由此，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)需要評(píng)估預(yù)先定義的一些參數(shù)，以進(jìn)一步評(píng)估跟蹤環(huán)路的工作狀態(tài)，包括：

·評(píng)估DLL延遲鎖定環(huán)（Delay-Lock-Loop）的偽隨機(jī)碼鎖定（Code lock）指示；

·評(píng)估PLL相位鎖相環(huán)（Phase-Lock-Loop）的相位鎖定（Phase lock）指示；

·評(píng)估FLL頻率鎖定環(huán)（Frequency-Lock-Loop）的頻率鎖定（Frequency lock）指示；

一般來(lái)說(shuō)，可以從相關(guān)器輸出結(jié)果中或者從跟蹤環(huán)路內(nèi)部信息的交叉檢查（cross-checking）結(jié)果中兩個(gè)環(huán)節(jié)獲得上述量化參數(shù)。量化參數(shù)計(jì)算完成后，接收機(jī)將其與預(yù)先定義的參數(shù)門(mén)限進(jìn)行檢查比較。檢查比較過(guò)程取決于具體的用于場(chǎng)景，例如，導(dǎo)航接收機(jī)的目標(biāo)是獲得高精度定位結(jié)果，那么上述門(mén)限比較將十分嚴(yán)格；如果用戶(hù)側(cè)重與定位結(jié)果的可用性，那么可以放松對(duì)門(mén)限比較結(jié)果。

一旦環(huán)路鎖定檢測(cè)器發(fā)現(xiàn)信號(hào)失鎖（loss of lock），接收機(jī)將以不同的方式解決失鎖問(wèn)題。如果僅僅一路跟蹤環(huán)路失鎖，那么接收機(jī)首先確認(rèn)其他跟蹤環(huán)路工作正常，然后重新啟動(dòng)（restart）該失鎖環(huán)路；如果該失鎖環(huán)路不可恢復(fù)（unrecoverable），那么接收機(jī)將該失鎖環(huán)路所在的基帶信號(hào)處理通道切回到捕獲狀態(tài)。接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)決定了環(huán)路鎖定檢測(cè)器的工作策略，常常是性能和應(yīng)用需求之間的權(quán)衡。

4.5.7.2 偽隨機(jī)碼鎖定檢測(cè)器 Code Lock Detectors

DLL延遲鎖定環(huán)正常工作是偽隨機(jī)碼鎖定檢測(cè)的前提，信號(hào)鎖定時(shí)，通常接收到的導(dǎo)航信號(hào)功率也比較高。但是，接收機(jī)接收到的導(dǎo)航信號(hào)中不可避免地含有噪聲，因此，一般通過(guò)比較環(huán)路載噪比與預(yù)先定義的載噪比門(mén)限，來(lái)評(píng)估偽隨機(jī)碼鎖定狀態(tài)。

載噪比（Carrier-to-Noise ratio）是在導(dǎo)航信號(hào)不同帶寬下，導(dǎo)航信號(hào)功率和噪聲信號(hào)功率的比率，簡(jiǎn)記為，窄帶信號(hào)功率（narrow band power）和寬帶信號(hào)功率（wide band power）分別由下式計(jì)算得到：

式中：

IP和 QP分別是信號(hào)相關(guān)器的同相分量（Inphase）和正交分量（Quadrature）；

M 是用于鎖定檢測(cè)的信號(hào)相干積分（coherent integrations）的次數(shù)。

窄帶信號(hào)功率均值可以估算為：

式中： K是用于鎖定檢測(cè)的信號(hào)非相干積分（non-coherent integrations）的次數(shù)。

由此，信號(hào)相關(guān)器估算的載噪比為，

式中： T是信號(hào)積分時(shí)間（integration time）。

4.5.7.3 相位鎖定檢測(cè)器 Phase Lock Detectors

相位鎖定檢測(cè)器的工作原理是：如果接收到的導(dǎo)航信號(hào)被正確跟蹤，那么信號(hào)相關(guān)器的同相分量（Inphase）將取得最大值，而正交分量（Quadrature）將是最小值，相位鎖定檢測(cè)器量化估計(jì)為兩倍的信號(hào)相關(guān)相位的余弦值，即有：注意，當(dāng)相位處于正常鎖定時(shí)，上式計(jì)算結(jié)果約等于1。

4.5.7.4 頻率鎖定環(huán)鎖定檢測(cè)器 Frequency Lock Detectors

一般的導(dǎo)航接收機(jī)并不安裝頻率鎖定環(huán)鎖定檢測(cè)器，因?yàn)榻邮諜C(jī)鎖定指示主要依靠相位鎖定檢測(cè)器和偽隨機(jī)碼鎖定檢測(cè)器。不管怎樣，一種可能的所頻環(huán)鑒頻的方法是將載波多普勒與其一致成比例變動(dòng)的、碼元跟蹤環(huán)DLL測(cè)得的碼元多普勒頻移相互比對(duì)校驗(yàn)（載波多普勒與碼元多普勒一致成比例變動(dòng)，比例因子就是載波頻率與碼元速率的比值。

4.5.7.5 控制和監(jiān)測(cè) Control and Monitoring

控制和監(jiān)測(cè)模塊動(dòng)態(tài)自主的給接收機(jī)每個(gè)信號(hào)處理通道分配一個(gè)待跟蹤的導(dǎo)航信號(hào)，并監(jiān)測(cè)其跟蹤狀態(tài)。例如，如果某顆衛(wèi)星因正常運(yùn)動(dòng)落入信號(hào)遮蔽角（masking angle），則接收機(jī)將無(wú)法鎖定該衛(wèi)星信號(hào)，這時(shí)控制和監(jiān)測(cè)模塊會(huì)給該通道分配另一顆衛(wèi)星播發(fā)的信號(hào)；如果控制和監(jiān)測(cè)模塊根據(jù)星歷判斷該衛(wèi)星應(yīng)該還在接收機(jī)視場(chǎng)范圍內(nèi)，信號(hào)只是被以外遮擋，則控制和監(jiān)測(cè)模塊會(huì)讓通道繼續(xù)搜索該衛(wèi)星信號(hào)。

接收機(jī)解算用戶(hù)位置過(guò)程中可利用控制和監(jiān)測(cè)模塊判斷衛(wèi)星的可見(jiàn)性，例如，在用戶(hù)接收機(jī)熱啟動(dòng)情況，接收機(jī)可以利用預(yù)先加載的星歷數(shù)據(jù)，結(jié)合初步的位置估計(jì)值，就可以判斷那些衛(wèi)星是可見(jiàn)的。此外，控制和監(jiān)測(cè)模塊可以確保接收機(jī)所有通道都是基于同一個(gè)時(shí)刻原點(diǎn)開(kāi)展信號(hào)處理過(guò)程，由此確保導(dǎo)航解的可靠性。

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