DE19630722A1 - Satellitennavigationsempfangsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Satellitennavigationsempfangsgerät mit einer Empfängerstufe zum Empfang und zur Aufarbeitung eines Satellitensignals mit einem veränderbaren Trägerfrequenzgene­ rator zur Erzeugung einer der Trägerfrequenz des aufgearbeite­ ten Satellitensignals entsprechenden Frequenz, mit der das Satellitensignal in wenigstens einer Trägerfrequenzmischstufe gemischt wird, mit einem veränderbaren Codegenerator zur Er­ zeugung eines mit einem Code in dem Satellitensignal nach Fre­ quenz und Phase übereinstimmenden Codes, mit einer Auswer­ tungsstufe zur Feststellung der Übereinstimmung der vom Trä­ gerfrequenzgenerator und vom Codegenerator erzeugten Signale mit dem Satellitensignal, mit einer Steuerschaltung zum ex­ perimentellen Auffinden einer ungefähr mit dem Satelliten­ signal übereinstimmenden Trägerfrequenz und eines geeigneten Codes, der nach Frequenz und Phase ungefähr mit dem Satelli­ tensignal übereinstimmt, und mit Regelstufen zur anschließen­ den Nachregelung des Trägerfrequenzgenerators und des Code­ generators zur Herstellung einer verbesserten Übereinstimmung mit dem Satellitensignal.

Für die Satellitennavigation strahlen die Satelliten Signale auf einer festen Trägerfrequenz ab. Im GPS-System beträgt die­ se Trägerfrequenz 1.575,42 MHz. Für militärische Anwendungen wird eine zweite Trägerfrequenz von 1.227,60 MHz verwendet, deren Code-Information für zivile Anwendungen nicht zugänglich ist.

Auf dieser Trägerfrequenz wird ein Codesignal übertragen, das ebenfalls mit einer vorgegebenen Frequenz ausgesandt wird, und zwar für zivil verwendbare Codes mit einer Frequenz von 1,023 MHz. Der im GPS-System als Gold-Code ausgebildete Code besteht aus binären Impulsen, wobei eine digitale Information in Phasensprüngen der Sinuswellen enthalten ist. Jeder Satel­ lit strahlt seinen eigenen Code aus, der der Erkennung dieses Satellits und der Zuordnung des Signals zu der im Empfänger bekannten Position des Satellits dient.

Die Auswertung des Satellitensignals im Empfangsgerät setzt eine einwandfreie Verarbeitung des Satellitensignals voraus. Hierfür ist es erforderlich, das Satellitensignal möglichst exakt von der Trägerfrequenz zu befreien. Für eine parallele Auswertung von Signalen mehrerer Satelliten besitzt ein Empfangsgerät in der Regel mehrere Empfangskanäle, wobei in jedem Kanal ein Trägerfrequenzgenerator und ein Codegenerator verwendet wird. Der Trägerfrequenzgenerator wird jeweils auf die Trägerfrequenz des Satellitensignals eingeregelt, um durch Multiplikation des Satellitensignals mit der Trägerfre­ quenz das demodulierte Codesignal zu erzeugen. Im Empfänger sind mehrere Codegeneratoren vorhanden, die in parallelen Ka­ nälen die Codes verschiedener, für das Empfangsgerät in Be­ tracht kommender Satelliten erzeugen. Die für die Navigation erforderliche Ermittlung der Entfernung zum Satelliten ge­ schieht über eine Laufzeitbestimmung des Satellitensignals durch Messung einer Phasenverschiebung. Die hierfür verwende­ ten Algorithmen und Maßnahmen sind allgemein bekannt und kön­ nen beispielsweise dem Buch Frank Schrödter "GPS-Satelliten- Navigation", Poing 1994, entnommen werden.

Der für die Identifizierung der Satelliten gewählte Code, bei­ spielsweise Gold-Code, ist so ausgebildet, daß er eine ausge­ prägte Autokorrelationsfunktion aufweist. Die Feststellung, ob der im Codegenerator erzeugte Code mit dem Code im Satelliten­ signal übereinstimmt, kann daher durch eine Korrelation in einer Auswertungsstufe erfolgen. Die Nachregelung der im Emp­ fänger erzeugten Trägerfrequenz und Codefrequenz ist erforder­ lich, weil das Satellitensignal einerseits gestört sein kann, andererseits aufgrund einer relativen Bewegung zwischen Satel­ lit und Empfangsgerät Dopplerverschiebungen auftreten.

Die Verarbeitung der empfangenen Satellitensignale erfolgt regelmäßig nach einer Umsetzung in eine Zwischenfrequenz durch einen für jeden Empfangskanal vorgesehenen mit einem Mikropro­ zessor verbundenen Korrelator. Eine Beschreibung eines derar­ tigen Korrelators und seiner Auswertungsfunktionen ist der Ad­ vance Information GP 2021 der Firma GEC Plessey Semiconductors vom Juni 1995 zu entnehmen. Danach wird das in die Zwischen­ frequenz umgesetzte Satellitensignal in zwei Zweigen mit einem von einem Trägerfrequenzgenerator erzeugten Trägerfrequenzsig­ nal einerseits und einem π/2 verschobenen Trägerfrequenzsignal andererseits gemischt, so daß ein I-Signal (in-line-Signal) und ein Q-Signal (quadrature-Signal) entsteht. Im abgegliche­ nen Fall gibt das I-Signal die Signalamplitude des Nutzsignals und das Q-Signal die Stärke des Rauschens wieder.

Beide Signale werden mit Ausgangssignalen eines Codegenerators gemischt. Hierzu wird ein eingeregeltes Ausgangssignal (punctual) und ein modifiziertes Signal (tracking signal) ver­ wendet, wobei das modifizierte Signal ein um π/2 nach vorn (early) oder nach hinten (late) verschobenes oder aus der Dif­ ferenz dieser beiden Signale gebildetes Signal sein kann.

Es entstehen somit vier Signale, die Code-Korrelationsstufen zugeführt werden. Durch Auswertung der Korrelationssignale werden Regelsignale für die Regelstufe des Trägerfrequenzgene­ rators und für die Regelstufe des Codegenerators erstellt. Da die Eingangsgrößen beider Regelstufen sowohl von der Anpassung der Trägerfrequenz als auch der Codefrequenz abhängig sind, kann eine Interferenz zwischen beiden Regelstufen entstehen. Außerdem können die kurzen Reaktionszeiten der Regelstufen zu Überschwingreaktionen führen, so daß der Empfänger zu Instabi­ litäten und somit zu einer verringerten Meßgenauigkeit und längeren Einschwingphase der Regelstufen neigt.

Der Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, die genann­ ten Nachteile der bekannten Satellitennavigationsempfangsge­ räte zumindest zu verringern.

Ausgehend von dieser Problemstellung ist ein Satellitennaviga­ tionsgerät der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Regelstufe zur Korrektur eines Anfangsphasenfehlers des Codesignals des Codegenerators, eine zweite Regelstufe zur Korrektur eines Anfangsphasenfehlers des Trägerfrequenzsignals des Trägerfrequenzgenerators und eine dritte Regelstufe zur Korrektur von aktuellen Frequenzänderun­ gen zwischen zwei Abfragezeitpunkten ausgelegt ist.

Die erfindungsgemäße Trennung zwischen Phasenregelung und Fre­ quenzregelung vermeidet wesentliche Nachteile der bisherigen Regelungen. Nachdem durch einen Suchalgorithmus experimentell ungefähr übereinstimmende Trägerfrequenzsignale und Code­ signale ermittelt worden sind, kann ein Anfangsphasenfehler für das Trägerfrequenzsignal und das Codesignal festgestellt und hieraus ein Korrektursignal erstellt werden. Da sich der Anfangsphasenfehler während des Navigationsbetriebs des Satel­ litennavigationsempfangsgeräts nicht ändert, können die Pha­ senregler für das Codesignal und das Trägerfrequenzsignal mit einer großen Reaktionszeit ausgestattet sein, also "statische" Regler bilden. Frequenzänderungen werden hingegen insbesondere durch die Doppler-Frequenzverschiebung bei relativ bewegten Systemen generiert, so daß die Regelstufe für die Frequenzän­ derungen mit einer kurzen Reaktionszeit ausgeführt sein muß, also einen "dynamischen" Regler darstellt.

Da sich die Dopplerverschiebungen in gleicher Weise sowohl auf die Trägerfrequenz als auch auf die Codefrequenz auswirken, kann die dritte Regelstufe durch einen gemeinsamen Regler ge­ bildet sein.

Für die bisher übliche Coderegelung sind die Korrelations­ signale verwendet worden, die sich aus der Differenz der Mischsignale "early" und "late" ergeben haben. Dabei entsteht zwar eine lineare Abhängigkeit zwischen Abweichung und Regel­ signal, die jedoch durch einen Signalverlust in der Regel­ schleife erkauft wird, da die Differenz der Korrelationsgrößen "early minus late" nur etwa 7/8 der maximalen Korrelations­ leistung zuläßt. Erfindungsgemäß ist es daher vorteilhaft, den Codephasenregler so einzustellen, daß die Regelung auf eine Übereinstimmung eines der beiden Signale "early" bzw. "late" mit dem Codesignal des Satellitensignals eingestellt wird. In diesem Fall entspricht somit beispielsweise das "late"-Signal dem aktuellen Signal ("punctual").

Da die Verwendung der bisher üblichen konventionellen Regler nur für lineare Systeme optimiert sind, das Satellitensignal sich jedoch durch Störungen stochastisch verhält und die Über­ tragungsfunktionen der Code-Korrelatoren nicht linear arbei­ ten, sind die Systemfehler der bisherigen Regler im Grenzbe­ reich nicht mehr vernachlässigbar klein. Bei höherer Dynamik entstehen größere Meßfehler, die bis zur Instabilität der Re­ gelkreise führen können. Darüber hinaus wird durch die Eigen­ dynamik der Regler die Eigenfrequenz der Regelkreise einge­ schränkt, so daß sich Reaktionszeit und Meßgenauigkeit des Empfängers gegenseitig beeinträchtigen. Diese Nachteile werden bei der vorliegenden Erfindung vermieden, wenn die Regelstufen in einer bevorzugten Ausführungsform als Fuzzy-Regler ausge­ bildet sind.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

In Übereinstimmung mit der bisher üblichen Technik wird das Satellitensignal durch eine (nicht dargestellte) herkömmliche Empfangsstufe in ein Zwischenfrequenzsignal ZF umgewandelt. Das so gewandelte Satellitensignal gelangt in zwei parallelen Zweigen auf je einen Trägerfrequenzmischer 1, 2. Auf den je­ weils anderen Eingang der Trägerfrequenzmischer 1, 2 gelangen Ausgangssignale eines Trägerfrequenzgenerators 3, der als di­ gital gesteuerter Oszillator (DCO - digitally controlled os­ cillator) ausgebildet ist. Das auf den zweiten Trägerfrequenz­ mischer 2 gelangende Ausgangssignal des Trägerfrequenzgenera­ tors 3 wird in einer Phasenverschiebungsstufe 4 um 90° pha­ senverschoben, so daß am Ausgang des ersten Trägerfrequenzmi­ schers 1 ein I-Signal (in line signal) und am Ausgang des zweiten Trägerfrequenzmischers 2 ein Q-Signal (quadrature signal) ansteht. Im eingeregelten Zustand führt die Mischung des Satellitensignals mit der Trägerfrequenz dazu, daß die Trägerfrequenz aus dem Satellitensignal eliminiert wird, so daß das Satellitensignal in demodulierter Form vorliegt.

Die beiden Ausgangssignale der beiden Trägerfrequenzmischer 1, 2 werden in jeweils zwei Zweigen insgesamt vier Codemischern 5, 6, 7, 8 zugeführt. Die anderen Eingänge dieser Codemischer 5, 6, 7, 8 werden von einem Codegenerator 9 gespeist, der zwei verschiedene Ausgänge aufweist, die als "early"- und "late"- Signale zueinander um 90° verschoben sind. Da erfindungsgemäß die Regelung so erfolgt, daß das "late"-Signal mit dem Code­ signal im Satellitensignal ZF übereinstimmt, stellt das "late"-Signal im eingeregelten Zustand das aktuelle Codesignal ("punctual") dar.

Der erste Codemischer 5 erhält einerseits das I-Ausgangssignal des ersten Trägerfrequenzmischers 1 und das "punctual" Aus­ gangssignal des Codegenerators 9. Der zweite Codemischer 6 mischt das I-Signal mit dem "early"-Signal des Codemischers 9. Der dritte Codemischer 7 mischt das Q-Signal mit dem "punc­ tual" Ausgangssignal des Codesignalgenerators 9 und der vierte Codemischer 8 das Q-Signal mit dem "early"-Signal. Die Aus­ gangssignale der vier Codemischer 5, 6, 7, 8 gelangen auf vier Korrelationsstufen 10, 11, 12, 13, die Korrelationssignale I-Prompt, I-Track, Q-Prompt und Q-Track bilden.

Die Korrelationssignale der Korrelationsstufen 10, 11, 12, 13 stellen ein Maß für den Regelzustand dar, eignen sich somit als Eingangssignale für die erfindungsgemäß vorgesehenen Re­ gelstufen 14, 15, 16. Die Ausgangssignale der Korrelationsstufen 10, 11, 12, 13 werden den drei Regelstufen 14, 15, 16 über drei Funktionsgeneratoren 17, 18, 19 zugeleitet, deren Regelfunktion unten näher erläutert wird.

Die erste Regelstufe 14 dient zur Korrektur eines Anfangspha­ senfehlers, erstellt somit ein Korrektursignal Δf^o _Code, das zu einer durch den erwähnten Suchalgorithmus ermittelten Anfangs­ codefrequenz f_N,Code hinzuaddiert wird. Das Korrektursignal Δf^o _Code ändert sich während einer Navigationsmessung regelmäßig nicht, so daß die erste Regelstufe einen "statischen" Regler dar­ stellt. Die erwähnte Addition erfolgt in einer Additionsstufe 20, deren Ausgangssignal einem Codefrequenzgenerator 21 als Teil eines Codegenerators 9, 21 zugeführt wird.

Die zweite Regelstufe 15 dient der Korrektur eines Anfangspha­ senfehlers der Anfangs-Trägerfrequenz f_N,Carrier. Das Korrektur­ signal Δf^o _Carrier wird durch Subtraktion zweier Signale Δfⁱ _Carrier und Δfⁱ _D,L1 sowie anschließender Division durch 2 gewonnen, wie unten näher erläutert werden wird. Das Korrektursignal Δf^o _Carrier wird in einer Additionsstufe 22 der Anfangsträgerfrequenz f_N,Carrier hinzugefügt und stellt ebenfalls eine praktisch unver­ änderliche Größe dar, so daß die zweite Regelstufe 15 eben­ falls ein statischer Regler ist.

Die dritte Regelstufe 16 korrigiert zwischen Abfragezeitpunk­ ten i detektierte Frequenzabweichungen, die beispielsweise durch Doppler-Frequenzverschiebungen verursacht sind. Die Regelzeit der dritten Regelstufe 16 ist daher vergleichsweise kurz, so daß die dritte Regelstufe 16 einen dynamischen Regler darstellt. Die in einer Summationsstufe 23 aufsummierten Kor­ rektursignale für dynamische Frequenzabweichungen werden einerseits in einer Additionsstufe 24 dem Signal Δf^o _Carrier hin­ zugefügt und beeinflussen die Frequenz des Trägerfrequenzgene­ rators 3 über die Additionsstufe 22. Andererseits gelangt die aufsummierte Frequenzabweichung auf eine Teilerstufe 25, die durch 1540 teilt, da die Trägerfrequenz das 1540-fache der Codefrequenz beträgt. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 25 gelangt ebenfalls auf die Additionsstufe 20, so daß die Frequenz des Codefrequenzgenerators 21 auch durch die dyna­ mischen Frequenzabweichungen beeinflußt wird.

Im folgenden sollen die Funktionen der drei Regelschleifen erläutert werden:
Der mit der ersten Regelstufe gebildete Codephasenregler hat die Aufgabe, die Phasenverschiebung zwischen dem ankommenden Codesignal und dem internen generierten Codesignal auf 0 zu reduzieren.

In dem bekannten Satellitennavigationssystem GPS (Global Positioning System) ist eine C/A-Code-Sequenz eine binäre periodische Rechteckschwingung und dauert 1023 Chips. Sie ent­ spricht bei einer Taktfrequenz von 1,023 MHz genau 1 ms. Der interne Code kann beispielsweise von einem 10-Bit Schiebere­ gister erzeugt werden.

Zwischen dem ankommenden und dem internen Code besteht eine Phasenverschiebung τ. Die Aufgabe des Codephasenreglers be­ steht darin, diese Phasenverschiebung auf 0 zu reduzieren.

Zur Regelung wird die Autokorrelationsfunktion verwendet, die sich wie folgt darstellt:

Die ideale Autokorrelation für einen solchen pseudo­ stochastischen binären Code ist 0, wenn die Phasenverschiebung < als 1 Chip und < als 1022 Chips ist. Nur bei einer Phasen­ verschiebung τ innerhalb ± 1 Chip ist die Korrelationsgröße merkbar groß. Das Maximum entsteht bei der Phasenverschiebung Null. Durch Verschieben der internen Codephase in Schritten von halben Chips in Relation zum ankommenden Codesignal kann dieser Zustand erreicht werden (Suchalgorithmus). Danach über­ nimmt der Codephasenregler die Regelfunktion.

Dabei wird eine Delay-Lock-Loop verwendet. Der Codegenerator generiert synchron zwei C/A-Code-Sequenzen, die um eine kon­ stante Phasenverschiebung zueinander stehen.

Um den Einfluß des Fehlers vom Trägerfrequenzregelkreis zu vermindern, werden die gesamten Signalleistungen R_Early und R_Late als Eingangsgröße verwendet.

Die Autokorrelationsfunktion kann durch die folgenden Gleichungen dargestellt werden:

Das bisher verwendete sogenannte Early-Minus-Late-Verfahren für die Coderegelung hat den Vorteil, daß sich die Eingangs­ größe R_Early minus R_Late linear zum Codephasenfehler verhält. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß der eingeschwungene Code­ phasenregler nur 7/8 der maximalen Korrelationsleistung nutzt, wodurch ein Signalverlust für die Regelschleife entsteht.

Erfindungsgemäß wird die Codephasenregelung so eingestellt, daß R_Late den maximalen Wert erreicht. In diesem Fall ist R_Late mit R_Punctual identisch. Als Eingangsgröße des Codephasenreglers wird erfindungsgemäß das Verhältnis D von τ der beiden Korre­ lationsgrößen verwendet:

Dies bedeutet hier:

Fig. 2 zeigt die Übertragungsfunktion des Codephasenreglers, wobei das Verhältnis D(τ) in dB-Einheit vorgegeben wird. Bei der Nullphase (τ=0) ist die Eingangsgröße D des Reglers genau 0,5, das auch -6 dB entspricht. Konventionelle lineare Regler haben Schwierigkeiten mit einer derart nichtlinearen Funktion, die ohne Verlust an Genauigkeit sehr schwer nachzubilden ist. Mit dem Einsatz eines nichtlinearen Fuzzy-Reglers kann dieses Problem leicht gelöst werden.

Der mit der zweiten Regelstufe gebildete Trägerphasenregler hat die Aufgabe, die Anfangsphasendifferenz des Trägersignals auf 0 zu regeln. Zusammen mit dem durch die dritte Regelstufe 16 gebildeten Trägerfrequenzregler sollen daher sowohl die Phasendifferenz als auch die Frequenzdifferenz zwischen dem ankommenden Signal und den intern generierten Sinus-/Kosinus-Signalen zu 0 geregelt werden.

Das abgestrahlte Satellitensignal lautet:

S_L1(t) = A_C/A·C/A(t)·D(t)·sin(ω_L1·t + θ_0,L1) (11)

wobei

S_L1(t): abgestrahltes Signal;
A_C/A: Amplitudenanpassung;
C/A(t): Zustand des Gold-Codes ∈{-1,1};
D(t): Daten der Satellitennachricht ∈{-1,1};
ω_L1: 2πf_L1 Nominelle Trägerfrequenz L1;
θ_0,L1: Phasenfehler bestehend aus Anteile des Satellitenoszillators.

Das empfangene und auf eine Zwischenfrequenz ZF heruntergemischte Satellitensignal:

S_s(t) = A_s·C/A(t)·D(t)·sin(ω_St + θ_S)
= A_s·C/A(t)·D(t)·sin[(ω_N,Carrier + ω_L1,Doppler)t + θ_S] (12)

wobei

S_s(t): das empfangene und auf die ZF heruntergemischte S_L1(t);
A_s: Signalamplitude;
C/A(t): Zustand des Gold-Codes ∈{-1,1};
D(t): Daten der Satellitennachricht ∈{-1,1};
ω_N,Carrier: ZF Nominalfrequenz z. B. 1.405396826 MHz;
ω_L1,Doppler: Dopplerfrequenz von L1;
θ_S: ZF-Phasenverschiebung durch den HF-Mischer.

Die internen generierten Sinus- und Cosinus-Signale:

S_L,1(t) = A_L·sin(ω_Lt + θ_L)
S_L,2(t) = A_L·sin(ω_Lt + θ_L + π/2) = A_L·cos(ω_Lt + θ_L)
S_L,1, S_L,2: vom lokalen Carrier-DCO generierte Sinus- und Cosinus-Signale;
A_L: Signalamplitude ± 2;
ω_L: Lokale Trägerfrequenz vom Carrier-DCO;
θ_L: Lokale Trägerphase vom Carrier-DCO.

Der Carrier-DCO soll so gesteuert werden, daß die lokale Frequenz ω_L und Phase θ_L so nahe wie möglich an die Frequenz ω_S und Phase θ_S der empfangenen Satellitensignale liegen. Daher können sie durch die folgenden Formeln dargestellt werden:

ω_L = ω_S-ω_Error und θ_L = θ_S-θ_Error.

damit

S_L,1(t) = A_L·sin[(ω_S-ω_Error)t + θ_S-θ_Error] (13)

S_L,2(t) = A_L·cos[(ω_S-ω_Error)t + θ_S-θ_Error] (14)

Im Regelkreis wird das Eingangssignal mit dem vom lokalen Quarz generierten Sinus- S_L,1(t) und Cosinus-Signal S_L,2(t) multipliziert, so daß die Trägerfrequenz auf Null herabgemischt wird.

Danach werden beide Signal jeweils mit den intern generierten C/A-Code C/A′(t) multipliziert. Mit Hilfe der Code-Regelschleife wird die Codefunktion C/A′(t) so eingestellt, daß sie mit der C/A(t) korreliert, indem

C/A′(t) = C/A(t) bzw. C/A′(t)·C/A(t) = C/A²(t) = (± 1)² = 1;

Die Eingangssignale f₁(t) und f₂(t) der Integratoren können dann wie folgend dargestellt werden:

mit K = A_S·A_L·C/A²(t)=A_S·A_L.

Die Eingangsgrößen werden von den Integratoren innenhalb einer konstanten Zeitperiode T aufsummiert. I_i und Q_i sind die Ausgangsgröße der Integratoren, bzw. ω_Error und θ_Error die Frequenz- und Phasenfehler am Zeitpunkt T_i:

Da die Trägerfrequenz ω_S wesentlich größer als der Frequenzfehler ω_Error ist, werden die zweiten Integrationstermen von (15) und (16) vernachlässigt klein.

wobei D(T_i)² = (± 1)² = 1.

Das Quadrat der gesamten Signalleistung:

Das normierte IQ-Produkt ist dann gleich:

Der zu korrigierende Winkelfehler η_i kann berechnet werden:

Die Änderung der Einstellfrequenz Δfⁱ _Carrier ist dann:

Aus der Gleichung (23) kann nur der gesamte Fehler berechnet werden. Um den Frequenzfehler und den Phasenfehler zu trennen, wird ein nachfolgendes Verfahren, Frequency-Lock-Loop (FLL), angewandt.

Da die Dopplerverschiebung nur relativ langsame Änderungen in Frequenzfehler verursacht, kann angenommen werden, daß zum Zeitpunkt T_i und T_i+1 der Frequenzfehler näherungsweise den gleichen Betrag ω_Error hat:

Da die Datenfunktion D(t) eine sehr niedrige Datenrate (50 Hz) hat, sind in den meisten Fällen die Datenbits D(T_i) mit D(T_i+1) identisch, so daß D(T_i)·D(T_i+1)=D²(T_i) = 1.

Die Gleichung (14) wird hier durch den Betrag I_i² + Q_i² normiert.

Die Änderung der Einstellfrequenz Δfⁱ _D,L1 für den Frequenzfehler ist dann:

Aus den Gleichungen (23) und (29) kann die Frequenzänderung Δf⁰_D,L1 für den Phasenfehler wie folgt berechnet werden:

Gleichung (30) verdeutlicht die Bildung des Signals Δf⁰_Carrier unter Verwendung des Ausgangssignals Δfⁱ _Carrier der zweiten Regelstufe 15 und des Ausgangssignals Δfⁱ _D,L1 der dritten Regel­ stufe 16, wie es auf die Additionsstufe 24 gelangt.

Die dynamischen Regelungen werden dadurch berücksichtigt, daß Decode- und Trägerfrequenz als Summe der Abweichungen von einer Anfangsfrequenz verstanden wird:

fⁱ _Code = f_N,Code + Δf⁰_Code + Σ Δfⁱ _D,Code

fⁱ _Carrier = f_N,Carrier + Δf⁰_Carrier + Σ Δfⁱ _D,L1.

Claims (9)

1. Satellitennavigationsempfangsgerät mit einer Empfänger­ stufe zum Empfang und zur Aufarbeitung eines Satelliten­ signals, mit einem veränderbaren Trägerfrequenzgenerator (3) zur Erzeugung einer der Trägerfrequenz des aufgear­ beiteten Satellitensignals (ZF) entsprechenden Frequenz, mit der das Satellitensignal in wenigstens einer Träger­ frequenzmischstufe (1, 2) gemischt wird, mit einem verän­ derbaren Codegenerator (9, 21) zur Erzeugung eines mit einem Code in dem Satellitensignal (ZF) nach Frequenz und Phase übereinstimmenden Codes, mit einer Auswertungsstufe (10, 11, 12, 13) zur Festellung der Übereinstimmung der vom Trägerfrequenzgenerator (3) und vom Codegenerator (9, 21) erzeugten Signale mit dem Satellitensignal (ZF), mit ei­ ner Steuerschaltung zum experimentellen Auffinden einer ungefähr mit dem Satellitensignal übereinstimmenden Trä­ gerfrequenz und eines geeigneten Codes, der nach Frequenz und Phase ungefähr mit dem Satellitensignal überein­ stimmt, und mit Regelstufen (14, 15, 16) zur anschließenden Nachregelung des Trägerfrequenzgenerators (3) und des Codegenerators (9, 21) zur Herstellung einer verbesserten Übereinstimmung mit dem Satellitensignal (ZF), dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Regelstufe (14) zur Kor­ rektur eines Anfangsphasenfehlers des Codesignals des Codegenerators (9, 21), eine zweite Regelstufe (15) zur Korrektur eines Anfangsphasenfehlers des Trägerfrequenz­ signals des Trägerfrequenzgenerators (3) und eine dritte Regelstufe zur Korrektur von aktuellen Frequenzänderungen zwischen zwei Abfragezeitpunkten (i) ausgelegt ist.

2. Satellitennavigationsempfangsgerät nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Auswertungsstufe zur Feststellung der Übereinstimmung der vom Trägerfrequenz­ generator (3) und Codegenerator (9, 21) erzeugten Signale mit dem Satellitensignal (ZF) Korrelationsstufen (10, 11, 12, 13) vorgesehen sind.

3. Satellitennavigationsempfangsgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei Trägerfrequenzmischstufen (1, 2) zur Mischung des Satellitensignals (ZF), denen je­ weils das Satellitensignal (ZF) einerseits und ein Aus­ gangssignal des Trägerfrequenzgenerators (3) direkt bzw. um π/2 verschoben, andererseits zuführbar sind und an deren Ausgängen jeweils ein Mischsignal (I, Q) ansteht.

4. Satellitennavigationsempfangsgerät nach einem der Ansprü­ che 1 bis 3, gekennzeichnet durch Codemischstufen (5, 6, 7, 8), denen einerseits das Mischsignal (I, Q) und andererseits ein Ausgangssignal des Codegenerators (9, 21) direkt bzw. verarbeitet zuführbar ist.

5. Satellitennavigationsempfangsgerät nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das verarbeitete Ausgangssignal des Codegenerators (9, 21) um π/2 gegenüber dem direkten Ausgangssignal verschoben ist.

6. Satellitennavigationsempfangsgerät nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Codegenerators (9, 21) so erfolgt, daß das verar­ beitete Ausgangssignal (punctual) des Codegenerators (9, 21) vollständig mit dem Code des Satellitensignals (ZF) übereinstimmt.

7. Satellitennavigationsempfangsgerät nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Regelstufe (16) aus einem gemeinsamen Regler für den Trä­ gerfrequenzgenerator (3) und dem Codegenerator (9, 21) gebildet ist.

8. Satellitennavigationsempfangsgerät nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel­ stufen (14, 15, 16) als Fuzzyregler ausgebildet sind.

9. Satellitennavigationsempfangsgerät nach einem der An­ sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfän­ gerstufe einen Konverter zur Umsetzung in eine Zwischen­ frequenz (ZF) aufweist.