接收机是全球导航定位系统（GPS）用户端的主要设备，随着软件无线电技术的发展，软件接收机由于其灵活、可扩展、经济等优点成为当前的研究热点[1].而GPS 信号的捕获与跟踪是软件接收机的核心部分。捕获算法中，并行码频域搜索算法由于其无可比拟的速度优势已成为经典算法，而跟踪算法在环路鉴相器以及环路参数的选择上却很灵活。目前国内GPS 软件接收机跟踪环路参数设计多根据已有经验值[2],文献[3]给出部分参数的设计准则，但尚无不同环路参数的对比研究。本文在分析GPS 软件接收机跟踪原理的基础上，首先比较码环与载波环不同鉴相器的性能，然后对二阶锁相环中不同环路参数设置下的跟踪效果进行仿真分析，最后设计了合适的码环与载波环路，并用实际采集的GPS 数据论证了所设计环路的有效性，为GPS 软件接收机跟踪环路的设计提供了参考。
1 GPS 跟踪基本原理
1.1 数学原理
GPS 信号跟踪是利用捕获到的粗略码相位和载波多普勒频移实现本地信号与输入信号的准确同步，从而提取出导航电文。其数学原理[4]97 如下：单颗GPS 卫星信号经滤波、下变频、A/D 转换后得到数字中频信号，其数学模型。
1.2 跟踪环路
1.2.1 码跟踪环路
码跟踪环路用于保证精确对准输入信号C/A 码的位置。通常使用一种延迟锁相环DLL（delay locked loop），也称码超前-滞后跟踪环路。在该环路中，伪码发生器产生超前（E）、即时（P）和滞后（L）3 路信号，它们各相差0.5 个C/A 码元，分别与去载波后的输入信号进行相关， 通过观测这3 路相关值来判断本地C/A 码的前后移动。为了降低跟踪环路对本地载波相位对准程度的要求，码环通常设计成I、Q 两路正交形式[4]97.
DLL环路需要鉴相器产生反馈来判断本地码发生器是否需要调整，常用的码环鉴相器及其性能[5]122 如下：
1）相干鉴相器（IE-IL）是最简单的码鉴相器，无需Q 支路，但对载波环路要求很高。
2）非相干鉴相器①超前减去滞后能量，中等计算量，在±（1/2）个码元内与相干鉴相器性能相同；②超前减去滞后能量的归一化，计算量大，当码片误差超过1/2 个码元时性能良好，可用于DLL 对含较大噪声信号的跟踪；③IP（IE-IL）+QP（QEQL）：点积，计算量小，用了所有支路。
1.2.2 载波跟踪环路
载波环使用一种对180°相位跳变不敏感的Costas 环来保证对输入信号载波相位的精确跟踪。
1.3 二阶锁相环
DLL 环和Costas 环都可以用一个线性的相位锁定环路模型[6]134-137 来分析其性能。该模型即二阶锁相环。
由上述分析可知：设定环路的BL,ζ 和增益k0kd这3 个参数即可得到环路的传递函数，进而得到整个环路信息。
2 算法实现与分析