高动态环境INS辅助GPS载波跟踪算法研究

载波跟踪技术是GPS软件接收机的关键技术之一,载波跟踪算法在很大程度上决定了GPS软件接收机的性能.本文基于一种典型载波跟踪环的结构,分析了锁相环(PLL)的工作原理及动态性能,并在此基础上设计了一种INS辅助的GPS载波跟踪算法.仿真结果表明和PLL相比.所设计的INS辅助GPS载波跟踪算法能够在保证GPS载波跟踪环路滤波器带宽足够窄的情况下,可以有效地增加环路带宽,从而加大了环路捕获带宽,提高了环路的捕获性能;所设计的INS辅助GPS载波跟踪算法适用于机动性较高的载体.     

基于卡尔曼滤波器的高动态GPS载波跟踪环

为解决传统锁相环( PLL)在高动态环境下对全球定位系统(GPS)信号的跟踪精度问题,将自适应渐消滤波和二级卡尔曼滤波相结合研究了一种新的自适应二级卡尔曼滤波算法,并且提出了一种利用新息协方差计算渐消因子的方法,通过自适应渐消因子在线调节误差协方差矩阵补偿不完整信息的影响,使滤波器在系统模型不完整或者噪声统计特性不准确时仍接近最优.基于自适应二级卡尔曼滤波算法提出了一种高动态GPS载波跟踪环的设计方案.仿真结果表明,提出的方案较传统PLL的跟踪精度有显著提高,频率跟踪精度提高到9.28Hz.     

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。     

基于积分多普勒平滑伪距的导航算法研究

载体处于高动态机动、障碍遮挡、信号干扰和多路径等复杂环境时,GNSS接收机跟踪环路易发生信号失锁和相位失调,导致载波相位观测值发生较大变化,采用载波相位平滑伪距将严重影响导航精度。为改善GNSS接收机导航性能,对电离层效应及延时校正模型进行了研究,基于α-β滤波算法提出了基于积分多普勒平滑伪距的导航算法。实验结果表明:采用该算法在静态、动态条件下定位精度优于5m,测速精度优于0.05m/s,可显著提高GNSS接收机的导航精度。     

基于导航接收机的自旋卫星姿态确定方法

提出了一种基于单天线导航接收机跟踪环路载波相位差的自旋卫星姿态确定方法。以导航接收机锁相环鉴别器输出的载波相位差为数据源,推导了从载波相位变化中获得卫星姿态信息的算法模型。在天线安装半径0.3m,自旋速率20r/min,载波相位测量误差3mm,角速率测量误差0.1(°)/s条件下进行仿真,获得自旋卫星主轴在空间惯性坐标系中的定向精度为2.17°。研究表明用单天线导航接收机确定对低转速、低精度角速率陀螺自旋卫星姿态是可行的,与传统多天线接收机载波相位差测量方法相比,有体积小、低能耗和避免整周模糊度计算等优点。     

GNSS接收机数字载波跟踪环建模与噪声性能分析

针对GNSS接收机高灵敏度跟踪问题,研究数字载波跟踪环热噪声相位颤动与相干积累时间长度的关系.在分析I·Q鉴相器的Costas载波环信号处理流程的基础上,建立了新的环路线性化模型.基于该模型,推导了由最佳模拟环路滤波器双线性变换离散化得到的数字载波跟踪环的噪声性能.数值分析表明:采用I·Q鉴相器的二阶、三阶数字载波环热噪声相位颤动,随相干积累时间的增大先减小后增大,存在热噪声相位颤动最小意义上的最佳相干积累时间.仿真结果验证了理论分析结论,同时表明新建模型对数字载波跟踪环的描述比传统模型更准确.文中给出的各载噪比和环路带宽组合条件下的最佳相干积累时间,可用于指导高灵敏度接收机载波跟踪环设计.     

GPS/INS超紧耦合方法及其应用分析

超紧耦合是GPS/INS组合导航系统的最新研究方向,它采用INS测得的载体动态信息辅助GPS接收机跟踪环路,消除卫星信号中由于载体与卫星之间相对运动所产生的频率偏移,提高接收机在高动态环境下载波跟踪性能,同时还可以压缩带宽,有效增强接收机抗干扰性能。介绍GPS/INS超紧耦合技术,给出INS辅助GPS载波跟踪环路结构图和相应的数学模型,分析INS辅助GPS跟踪环路在动态环境下的动态残留及其对环路相位误差的影响,并进行了模型仿真,最后对仿真结果进行了验证分析。仿真结果显示,辅助动态残留及其导致的环路相位误差的大小与加加速度、环路辅助时间间隔成正比。     

MLE辅助PLL的高动态GPS载波跟踪

针对传统锁频环（FLL）鉴别器存在一步延迟效应和近似误差的问题,提出一种基于极大似然估计器（MLE）辅助锁相环（PLL）的高动态载波跟踪环路。该方法从极大似然估计理论入手,构造多普勒频移的非相干极大似然代价函数,采用非迭代估计方法求取各通道多普勒频移偏差的极大似然估计,与PLL进行融合滤波并计算频率修正量,进而控制本地数控振荡器（NCO）完成载波跟踪。仿真结果表明：在同等环路阶数和滤波器带宽条件下,新方法的响应速度、动态忍受力优于基于FLL辅助PLL的方法,可以跟踪加加速度达到100 g/s的超高动态 信号。     

高动态GPS载波跟踪算法和环路控制策略研究

在接收信号有较高的多普勒频率及其一阶、二阶导数存在的情况下仍能正常工作的接收机被称为高动态接收机。设计高动态接收机的关键是设计参数与结构合理的载波跟踪算法。本文针对高动态环境下载波跟踪所遇到的问题,重点研究了频率牵引算法,FLL辅助PLL复合环算法及重要参数的设计,并提出了一种新的分阶段载波跟踪控制策略。本文采用GPS模拟器产生的高动态信号为实验源,基于Matlab平台建立系统模型,仿真结果表明：采用文中提出的载波跟踪算法的GPS接收机能在加速度100g,加速度变化率40g/s的动态指标下正常工作。     

一种高动态GPS软件接收机方案研究

为了提高GPS接收机的捕获速度和跟踪精度,改善其动态适应性能,提出了一种GPS软件接收机方案.首先采用延迟、累积捕获结构搜索C/A码起始点,引入延迟累加器辅助频谱分析实现各卫星多普勒频移成分的分离、估计,将传统的二维捕获过程简化为两个一维搜索过程,提高了捕获速度;然后采用多重辅助结构的跟踪环路,提高载波、伪码频率和相位的跟踪精度.通过对GPS实测数据和高动态模拟数据进行仿真实验,验证了该软件接收机方案的有效性.     

BOC导航接收机伪码测距零值分析

伪码测距零值是现代卫星导航领域的重要指标,目前对于高精度BOC导航接收机的信道建模和仿真尚没有一般性的量化分析方法。针对这种情况,提出了基于副载波相位消除跟踪算法的零值估计模型,并推导了任意信道特性滤波器与伪码测距零值的关系式,然后定量地分析了信道特性对于测距零值的影响;最后在软件接收机上进行了仿真检验。     

一种用于深空高动态微弱信号的频率估计算法

研究了低载噪比与高动态环境下的深空测控系统频率估计算法,在分析已有方法不足的基础上,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的闭环载波跟踪方法。此方法结合了锁频环鉴别器和UKF的优点,获得了宽的估计范围,高的估计精度和低的载噪比门限。在分析UKF模型的基础上,此方法还减少了原有UKF算法的运算量。仿真过程模拟了接收机的高动态运动轨迹,结果表明此法具有较好的动态适应能力、收敛性能和跟踪精度,能够有效地完成低载噪比与高动态环境下的频率估计。此法与基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的频率估计算法相比,具有更低的频率估计误差,因此有着良好的应用前景。     

基于软件相关器的GPS跟踪算法研究与实现

研究了适用于GPS软件接收机的软件相关器和信号跟踪算法,包括码跟踪和载波跟踪。为了提高跟踪灵敏度,码鉴别器和载波鉴相器每Nms输出一次鉴别结果,在Nms的间隔时间段内,每1ms采用状态外推算法对相位、多普勒和多普勒导数进行一次外推。跟踪环路采用载波环辅助码环的跟踪方法,提高了码环的跟踪精度和可靠性。利用真实的采样数据,在PC机上用Matlab对该算法进行了仿真,并且在GPS软件接收机平台上得到实现。实验证明,该算法可以实现对c／A码相位和载波频率的精确跟踪,并得到导航数据。     

基于神经网络的目标轨迹预报算法设计

提高轨迹预报精度是反高速机动目标面临的难点之一。本文基于目标运动特性分析,构建跟踪运动模型,采用交互多模型滤波算法完成多模型交互,局部滤波器采用自适应高阶容积卡尔曼滤波算法,通过与强跟踪滤波算法相结合,提高传统的估计精度,进而提高算法的鲁棒性;采用广义回归神经网络设计轨迹预报算法,并在预报过程中引入预报修正量对误差进行修正,通过样本学习提高长时间预报精准度,仿真结果表明,设计的跟踪预报算法在预报精度上较常规算法有较大幅度提升。     

一种基于FPGA实现的QPSK载波跟踪算法

针对多普勒频移对QPSK解调存在很大影响的问题,提出一种旋转相位叉积自动鉴频环路与科斯塔斯环路结合恢复载波的算法,在FPGA内实现精确频率跟踪和相位跟踪。经仿真和实际电路下载试验,该算法具有载波频率相位跟踪精度较高、消耗资源较小的优点。     

一种基于FQFD/FLL/PLL的混合载波跟踪算法

载波跟踪技术是GPS软件接收机的关键技术之一,载波跟踪算法在很大程度上决定了GPS软件接收机的性能.基于一种典型载波跟踪环的结构,分析了当前载波跟踪环常用的四相鉴频器、锁频环、锁相环的工作原理及其性能,设计了一种基于三者的混合载波跟踪算法.仿真结果表明,所设计的载波跟踪算法在多普勒频率为一固定值、阶跃函数、斜坡函数和加速度函数时都能准确跟踪载波,证明所设计的载波跟踪算法行之有效.     

一种INS辅助GNSS高动态弱信号标量跟踪方法

为提高恶劣电磁环境下的高动态卫星导航接收机的干扰抑制能力,提出一种低成本INS自适应辅助标量跟踪环路方法。该方法以INS辅助二阶锁频环(IFLL2)算法为核心,采用INS/GNSS紧组合结果提高外部辅助跟踪环路的多普勒频率估计精度,以降低动态应力对跟踪环路的影响。建立了INS辅助锁相环和锁频环性能分析模型,基于该模型可知IFLL2对本地振荡器的抖动噪声抑制能力更强,可更多地降低跟踪环路带宽,故其性能优于INS辅助锁相环(IPLL)的性能。高动态仿真试验结果表明高动态环境下独立式三阶锁相环可跟踪载噪比为28dB Hz的GPS L1 C/A卫星信号,INS辅助最优带宽二阶锁频环算法可跟踪载噪比为19dB Hz的卫星信号,基于本算法的接收机的干扰抑制能力提高了9dB,与理论分析结果相当。     

基于航迹关联的抗角闪烁跟踪算法研究

角闪烁背景下，高分辨雷达在近距离跟踪阶段存在不能精确跟踪的问题。针对此问题，分析了基于距离高分辨的单脉冲测角方法，并在此基础上，结合距离向强散射点的幅度特征，提出了一种基于航迹关联的抗角闪烁跟踪算法。算法首先对和通道、方位差通道、俯仰差通道的回波信号分别进行脉压和相参积累；然后在和通道的高分辨一维距离向上实现目标强散射点的检测，依据幅度进行排序并输出各点的距离信息和角度信息；最后利用联合集成概率数据互联算法作为目标跟踪滤波算法进行跟踪。本文通过对ku波段实测数据中入射余角为60°~69°的近距离跟踪部分进行分析，将所提算法与卡尔曼滤波跟踪算法进行了对比，仿真结果表明，本文算法使多目标跟踪的精度得到了提高，具有更好的角闪烁抑制性能。     

一种全数字GMSK解调方法

文章提出一种用于GMSK解调的全数字中频接收机方案，并重点讨论了载波同步和位同步两个部分。载波同步选用了判决反馈环，可实现特定BT范围内的载波恢复。又根据GMSK信号线性近似后与OQPSK形式一致这一特点，借鉴OQPSK位同步中用到的数据转换跟踪环（DTFL），设计了适用于GMSK的位同步环路。仿真和硬件实现结果均表明该方案是一种简单而又行之有效的方法。     

一种大频偏抗边带错锁的数字锁相环设计

在小卫星遥测系统中,地面站接收信号伴随着大多普勒频偏,副载波会落入主载波的多普勒频偏的范围之内,数字锁相环对主载波的跟踪必须避免边带错锁。提出一种新的数字锁相环结构,通过频谱分析辅助,初始频差和环路带宽被减小,副载波不会落入环路带宽之内;在环路中采用cic低通滤波下抽样滤除副载波分量,副载波对锁相环的影响得以消除。仿真结果表明,该锁相环在大频偏情况下能够很好地消除边带错锁。在实际的地面站遥测接收机中,该锁相环也能够很好地工作。