GPS扩频接收机中窄相关技术抗多径性能研究

在GPS差分扩频接收机的导航伪距测量中,多径误差是主要误差源.通过分析多径干扰对伪距测量的影响,提出用窄相关技术来减小多径误差,并分析了窄相关技术对信道带宽及码环带宽的要求.最后通过仿真验证了窄相关技术抗多径干扰性能及其实现条件,同时验证了多径误差与相关间隔的关系以及窄相关技术对载波跟踪误差的改善能力.     

基于窄相关技术的GPS接收机多径误差分析

GPS接收机的误差受多种因素影响,多径干扰便是其中一项。特别在差分GPS地面站接收机中,更有必要研究多径误差对测量的影响。减少多径干扰的办法有两大类:一类是采用特殊天线;另一类是在接收机中采取一定的措施。文中针对第二种方法中的利用窄相关技术的GPS接收机展开分析。分析影响接收机多径误差的因素及利用窄相关技术的接收机对多径误差消除的效果,并给出仿真及分析结果。     

基于单脉冲跟踪体制的V频段宽带角跟踪 接收机设计与验证

随着高通量通信卫星系统对星间数据传输速率需求的不断提高,星间链路的工作频段将由Ka频段逐渐向频率资源更加丰富的毫米波频段发展。为了满足星间链路对毫米波频段自动角跟踪系统的发展应用需求,给出了一种基于单通道单脉冲角跟踪技术的V频段宽带角跟踪接收机的设计方案。采用LTCC和MCM技术实现了V频段接收组件的集成一体化设计;采用基于IQ正交混频的跟踪调制器结合数字相位补偿的单通道单脉冲角误差信号处理技术完成了宽带输入信号的角误差信号解调。在产品研制基础上,搭建了V频段角跟踪接收机测试系统,测试结果表明该V频段宽带角跟踪接收机可以完成对-95dBm~-55dBm输入信号电平范围内多种宽带数据传输信号的角误差信号解调,角误差信号抖动优于±250mV;表征输入信号电平强弱的AGC遥测电压随输入信号电平的增大而单调递增,各项指标满足V频段星间链路建链需求,为我国后续将要发展的毫米波星间链路系统奠定了扎实的技术基础。     

基于扩展卡尔曼滤波的GPS多径抑制技术

本文研究GPS系统中多径误差抑制技术。利用小范围多天线系统中多径对各天线之间伪距测量值影响的相关性，采用扩展卡尔曼滤波技术得到多径信号各参数，从接收信号中消去多径信号，以抑制多径信号影响。文章推导了多径信号对码环误差影响的闭合表达式，建立了采用当前统计模型的状态方程和观测方程。仿真表明该方法具备良好的抑制效果。     

QStrobe:一种高阶BOC卫星导航信号的无模糊多径抑制算法

二进制偏移子载波(BOC)技术是为解决有限导航频谱资源复用提出的调制技术,BOC信号相关峰的旁瓣导致传统超前减滞后延迟锁定环(DLL)出现跟踪模糊且不利于多径抑制。提出了一种将QBOC旁瓣消除技术与BPSK信号的Strobe抗多径技术相结合的QStrobe算法解决高子载波调制阶数的BOC信号无模糊抗多径问题。利用本地构造的QBOC信号去除相关峰旁瓣,再利用两组不同间隔超前/滞后码的线性组合构造仅有唯一稳定点,且控制延迟误差响应幅度的码跟踪鉴别曲线,实现无模糊的多径抑制。BOC(15, 2.5)与BOC(14, 2)信号的仿真试验结果表明,QStrobe算法消除了传统超前/滞后DLL的跟踪模糊,比QBOC超前/滞后DLL的6dB衰减多径误差包络面积分别改善51%和70%。     

惯性信息辅助高动态接收机捕获问题的研究

高动态环境为GPS接收机快速捕获信号带来了困难,通过外部的惯性信息辅助,接收机能预先估算高动态栽体产生的多普勒频移,缩小频率搜索范围,减小捕获时间.本文在GPS信号捕获原理的基础上,介绍了多普勒和码偏移误差对检测概率的影响,给出了惯性信息辅助接收机捕获的方法,着重分析了GPS接收机在冷启动和温启动的情况下有惯性辅助和无惯性辅助的平均捕获时间.结果表明在高动态环境下采用惯性信息辅助GPS接收机捕获的方法可以明显地减少接收机捕获的时间,提高接收机捕获的性能.     

一种伪卫星动态抗多径方案

为降低伪卫星(PL)增强全球卫星定位系统(GPS)的多径效应，在分析多径特点的基础上，提出了一种通过PL运动使各点的多径参数发生变化，并经过平滑处理实现抗多径的方案。最后分析了方案中采用码分多址(CDMA)、频率偏值(FDMA)和时分信号结构(TDMA)技术时的一些技术问题和解决设想。     

基于FPGA的角跟踪接收机误差信号平滑算法的实现

在星间链路自跟踪系统中，角跟踪接收机中误差信号的抖动大小决定系统天线跟踪精度和稳定度。为降低误差信号的抖动，结合工程实际应用情况，在FPGA上实现一种16点加权平均滑动窗算法。该算法首先对误差信号进行频谱分析，找出误差信号的频率分布范围。然后根据误差信号采样率和误差信号的频率分布范围，确定加权滑动窗点数和加权系数。最后在FPGA上对该算法进行实现，实现过程中采用桶形移位器方式，将15次加法和1次除法运算降低为1次加法，1次减法和1次截位操作，FPGA资源使用量显著降低。实际测试结果表明，该算法能有效对角跟踪接收机误差信号进行平滑，从而解决角跟踪接收机在低信噪比、高信息速率情况下误差信号抖动不满足指标要求的问题。误差信号抖动由0.25V左右降低为0.06V左右，这一方式显著改善了系统性能。     

基于伪相关函数的BOC无模糊跟踪性能分析

BOC(Binary-Offset-Carrier)调制广泛应用于全球导航卫星系统中,但由于BOC自相关函数的多峰导致传统码跟踪环路存在模糊性。伪相关函数(Pseudo Correlation Function, PCF)方法在本地采用两个特殊的参考信号和非线性处理以获得无模糊的相关函数。根据一种PCF方法本地参考波形设计的充分条件,推导了其无模糊函数的数学形式,并着重分析了其跟踪和抗多径性能与本地参考波形的关系。仿真结果表明：该PCF方法解决了跟踪模糊问题,且随着参考信号的宽度因子增加,其跟踪精度逐步改善;该PCF方法对于中长延迟多径干扰抑制能力较好,宽度因子为0.5或1时,其多径误差最小。     

基于CPLD的高速数传电台设计与实现

采用差分技术可以减小GPS接收机系统误差,提高定位精度,设计的无线数传电台主要用于GPS基准站和用户机之间通信,传输差分信息,完成GPS接收机差分定位功能。设计采用单片Modem芯片,FSK调制方式,外加接收低噪放、发送功放以及上、下变频,构成无线数传电台的硬件电路。在2.2~2.3GHz频率下测得所设计的无线数传电台能以115.2kb/s调制码率、-90dBm接收灵敏度完成无线数据收发,不仅能很好地用于GPS差分定位系统,而且设计简捷,实现成本低,可广泛应用于一些民用场合。     

一种利用辅助序列的PN序列捕捉系统

提出一种利用辅助序列进行PN序列捕捉的闭环系统,利用辅助序列估计本地PN序列与接收信号的相位差和方向,从而减小捕获时间。     

一种基于小波变换的伪码跟踪环路多径抑制方法

多径效应是GPS等卫星导航系统的重要误差源之一,严重影响导航系统的性能。针对多径效应,在分析了多径信号模型和伪码自相关函数特征的基础上,提出了一种基于小波变换的多径抑制方法。该方法利用自相关函数曲线斜率突变点位置不受多径信号影响的特性,通过小波变换检测其斜率突变点位置,进而利用得到的鉴相误差调整码相位,达到多径抑制的目的。仿真结果表明,该方法不受多径条数的影响,鉴相结果更准确,多径抑制能力得到显著提高。
     

一种基于窄相关的BOC信号的多径减弱方法

针对卫星导航接收机性能易受多径信号的影响,提出了一种基于窄相关的BOC信号的多径减弱方法。该方法通过调整本地伪码相位使码跟踪环路和载波跟踪环路工作在受多径影响小的自相关函数副峰上,有效地减小了多径信号对环路的影响,性能优于传统的窄相关技术,且几乎不增加设备的复杂度和计算量。通过对BOC(1,1)和BOC(10,5)的仿真分析表明：该方法能有效减小多径引起的误差,对延迟大于0.5个码片的多径信号能起到完全抑制的效果。最后本文还对该方法在低信噪比下的应用给出了建议。
     

基于卡尔曼滤波的时分星间信号跟踪技术研究

在星间链路领域的测量过程中，时分双工体制星间测量逐渐成为新兴技术，而时分信号的跟踪精度决定了接收机测量误差。传统的接收机载波跟踪环路可以保证对连续信号的稳定跟踪，但受相位抖动的影响较大，且对于时分双工体制间断信号，会出现开环阶段跟踪结果发散的问题。针对以上问题，提出了一种基于自适应卡尔曼滤波的时分信号跟踪技术，采用卡尔曼滤波器对鉴相结果进行处理，在开环阶段根据前一时刻的最终状态对频率进行稳定外推。相比于传统跟踪环路，该技术的载波相位跟踪误差绝对值均值降低了92.9%，标准差降低了93.5%。实验结果表明，该技术不仅实现了开环阶段载波相位的稳定跟踪，且有效抑制了闭环阶段相位抖动的影响，对实现时分双工体制星间精密测量具有重要应用意义。     

高分辨率多径时延测量算法

提出一种基于最小二乘准则的高分辨率多径信号时延测量方法。对参考信号作三阶样条插值获得每条多径信号最小二乘意义的最优估计,用每条多径信号的测量值重构接收信号,通过反复迭代使重构信号是接收信号最小二乘意义的最优估计,实现多径信号的时延测量。仿真结果表明：新算法在低信噪比、窄带信号条件下仍能获得较高的时延测量精度,性能优于MUSIC类时差测量算法。     

参考站相对位置对AGNSS接收机卫星信号捕获的影响

AGNSS(Assisted Global Navigation Satellite Service)接收机的性能受辅助信息准确程度的影响.由于参考站位置和终端的真实位置存在偏差,使得接收机获得的参考多普勒频移不准确,将增大弱信号条件下终端对卫星信号频率维搜索的范围.为分析参考站相对位置对AGNSS接收机卫星信号捕获的影响,推导了参考站相对位置偏差引起的多普勒频移分布以及最大频率搜索空间的表达式,并进行了数值仿真和分析,得到了一些有用的结论.     

长椭圆球波函数在卫星导航中的应用研究

卫星导航信号的码片波形是影响系统跟踪精度和抗多径干扰性能的重要因素。首次提出将时域上集中分布同时在频域上能量聚集性最佳的长椭球波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWF)作为导航信号码片波形,并对比分析了相同码速率和带宽限制下的PSWF码片波形和二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)调制码片波形的跟踪和抗多径性能。结果表明:在合适的带宽范围内,PSWF码片波形具有和带限BOC调制码片波形结构相似的相关函数和功率谱密度;PSWF码片波形在跟踪精度和抗多径干扰方面整体上优于带限BOC调制码片波形。综合分析,PSWF码片波形具备较好的导航性能,可作为我国卫星导航信号波形设计的一种新选择。     

一种宽范围非合作目标中频角跟踪接收机的设计与实现

为实现对非合作星间目标信号的捕获跟踪，提出了一种基于单通道单脉冲跟踪技术的非合作目标中频角跟踪接收机软硬件设计方案。硬件平台设计方案结合了FPGA与DSP在算法处理上的优势，涵盖高速ADC设计、系统时钟设计等。针对非合作星间目标信号的特征，提出了不同调制体制、不同码速率的非合作宽带数据传输信号的检测识别、角误差信号提取与分离方案，涵盖数字预处理、数字信道化、信道判决、信号检测估计、角误差信号提取等处理环节。系统捕获跟踪试验结果表明该非合作目标角跟踪接收机可以完成对多种调制体制(BPSK、QPSK、SQPSK等载波相位调制)、不同码速率(1kbps～300Mbps)的非合作宽带数据传输信号的角误差信号提取与分离,载频估计精度优于100kHz，码速率估计精度优于100kbps。本系统可实现对非合作目标信号的有效跟踪，为开展非合作目标角跟踪接收机的工程化研究奠定了扎实基础。     

基于空时盲参数估计的GPS多径干扰抑制

高精度GPS测量定位的主要误差源是多径效应，对系统精度的影响很大，因此提出了一种基于CDMA盲参数估计的方法。首先通过盲参数估计计算出直接信号和多径信号的时延和角度向量，然后通过空时处理对多径信号进行抑制。该方法通过了理论分析和仿真实验的验证。结果表明采用该方法的多径误差约为原来的35％。     

GPS空间分集接收机

为解决传统单天线GPS接收机在载体旋转情况下不能连续跟踪卫星连续定位和速度偏差较大的问题,提出一种GPS空间分集接收机设计方案。该接收机采用空间分集算法和消旋解算方法,能稳定连续地跟踪GPS卫星信号,并准确地求解出载体的平动速度。