左启耀，袁 洪，王 勋

(1.北京自动化控制设备研究所，北京 100074;2.中国科学院光电研究院，北京 100094)

0 引言

运行在近地轨道空间的低轨道(Low-Earth Orbit, LEO)人造卫星高度远远低于GPS卫星，所以应用GPS定轨是常用的一种手段。但是由于LEO卫星轨道低、速度大，GPS信号跟踪环路设计需要采取相应措施：更高的环路阶数，或者更大的环路带宽。而这些措施会降低测距精度和环路的稳定性。

针对LEO卫星应用，本文研究基于轨道预测思路解决星载GPS信号跟踪问题。首先，由于LEO卫星与GPS卫星之间的相对运动，多普勒效应会体现在GPS信号接收上；其次，LEO卫星在轨运行轨迹是可以预测的，而GPS卫星轨迹是可实时计算的，因此LEO卫星与GPS卫星之间的多普勒效应是可以预测的。基于上述分析，预测多普勒频移用于辅助跟踪环路是一种解决LEO卫星信号跟踪问题的可行思路。同时该方法还具有如下优势：

1)低的环路阶数会降低环路更新运算量，同时更加稳定；

2)小的环路带宽会提高接收机跟踪灵敏度，同时提高测距精度；

3)可以实现自闭环，辅助信息不依赖外部设备，如惯性系统，自主性更高。

动态引起的多普勒频移主要体现在载波上，载波跟踪相比伪码跟踪更困难，本文重点针对载波环路的多普勒频移辅助进行研究。

1 多普勒频移辅助载波跟踪环路

基于多普勒频移辅助的载波环路原理如图1所示。载波环路跟踪的卫星信号频移fPLL可表示为[1-2]

fPLL=fclk+fnoise+fdopp

(1)

(2)

式中，δfdopp为多普勒频移估计偏差。则可推导载波环路滤波器输出ΔfPLL为

ΔfPLL≈fclk+fnoise-δfdopp

(3)

图1 多普勒频移辅助载波环路Fig.1 The doppler assisted carrier loop