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.     

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。     

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.     

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.     

双天线GPS/MEMS-INS深组合导航方法研究

针对低成本惯性/卫星组合导航系统在复杂环境中易受环境干扰、航向精度较差等问题,对双天线GPS/MEMS-INS深组合导航方法开展研究.考虑不同信号强度下的跟踪特性,基于矢量延迟锁定环(VDLL)、二阶锁相环(PLL)、速度辅助的一阶锁相环,设计了分别适应强信号、弱信号、失锁状态的跟踪环路结构.同时提出一种实用的信号强度...     

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。     

高动态环境下惯组辅助GNSS接收机卫星导航信号的捕获

针对高动态环境下多普勒频移超出了接收机的搜索范围接收机无法捕获卫星导航信号这一问题,提出了利用INS辅助GNSS接收机卫星导航信号捕获的方法.该方法利用INS提供的载体位置、速度信息,并结合通过卫星星历(或历书)得到的卫星位置、速度估算载波多普勒频移,利用估算的载波多普勒频移重新设定GNSS接收机载波搜索中心频率,使G...     

高动态环境下三阶锁相环参数设计及性能仿真

文章分析了高动态环境下三阶锁相环参数设计方法。从环路带宽、环路稳定性方面分析比较了Meyr和Kaplan模拟环路的参数设计方法。之后分析比较数字环路的参数设计方法,包括Meyr设计方法的数字实现及Jaffe-Rechtin滤波器。最后,基于数字环路参数设计方法分析,通过性能仿真,表明在不同的输入信号动态及信噪比条件下,可以通过优化环路带宽设计参数,以减小失锁概率及跟踪误差。文章结论为高动态环境下三阶锁相环参数优化设计提供参考。     

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。     

一种新的卫星导航跟踪段欺骗攻击检测方法

针对中、低动态环境下,卫星导航系统跟踪段存在的欺骗式干扰信号的检测问题,提出一种基于载波相位跟踪谱分析的欺骗检测方法。该方法利用跟踪环路鉴相器输出信号的频谱特性与环路中是否存在干扰信号密切相关,通过对鉴相器输出信号进行谱分析,建立欺骗检测模型,实现了欺骗信号检测。仿真结果表明,利用该方法,在干信比大于4dB时,通过设置合适的判决门限,采用256点以上快速傅里叶变换,在虚警率不超过0.5%的情况下,能获得100%的检测概率,对跟踪段的欺骗信号具有很好的检测效果。     

一种星载应答机接收信号快速同步技术

讨论一种星用调相模式应答机信号的快速捕获和跟踪方法。该方法通过4096点FFT运算能够快速地对载波的多普勒频偏进行估计,实现高动态下载波的粗同步,并通过二阶锁频环和辅助二阶锁相环实现载波的精密跟踪。测试表明,该应答机在载波捕获门限为-118dBm、多普勒变化范围为-115~ 115kHz、多普勒变化率为32kHz/s的高动态、低信噪比情况下,能在1s内快速完成接收信号的捕获和跟踪。     

Galileo L1F信号载波跟踪环中鉴别器组合研究

为了更好地进行载波相位跟踪,Galileo L1F信号相比于GPS信号增加了没有导航数据的导频信道,使数据信道能够使用不受导航数据限制的鉴别器。但是Galileo L1F信号载波相位跟踪环中传统的鉴别器组合方式仍有不足。基于适用于单一导频信道的鉴别器性能优于适用于单一数据信道的鉴别器的原理,提出了新的鉴别器组合方式,并通过仿真实验对比在不同热噪声环境下传统组合方式的两种鉴别器组合和新组合方式的两种鉴别器组合的性能。研究结果表明新的鉴别器组合在Galileo L1F接收信号的抑制噪声和防止失锁控制方面比传统鉴别器组合有明显优势。     

高动态GPS接收机的一种设计方案

为了同时满足高动态 GPS接收机动态性能和跟踪精度两方面的需要 ,提出了 FL L和 PL L 相混合的载波跟踪方案。综合了多通道串并组合的伪码快捕方式、基于叉积自动频率跟踪算法的载波跟踪方法以及载波辅助技术等 ,分析了载波频率跟踪和载波相位跟踪的性能 ,介绍了硬件结构。所研制的样机经动态模拟试验表明 ,其动态范围已达到了相对速度 0～ 10 km/s、相对加速度 0～ 10 g、相对加加速度 0～ 4 g/s、初始捕获时间小于 1min。     

GNSS接收机矢量跟踪算法研究综述

GNSS接收机信号跟踪的实质是对卫星信号的扩频码延迟和载波频率偏移进行连续估计的过程。从信号跟踪的基本原理出发,综述了矢量跟踪算法的基本思想和研究历程,分析了算法中系统建模、模型参数确定和滤波器设计等关键环节,总结比较了算法的最新衍变形式,包括极大似然估计矢量跟踪环和联合矢量位置跟踪环的模型、特点和优势,通过仿真验证了矢量跟踪相比标量跟踪具有失锁重捕快、跟踪误差小和稳定性好的优点,最后总结了矢量跟踪技术的应用并展望了其未来发展方向。     

多径干扰下GPS/INS跟踪环路的一种高斯码相位鉴别器

针对载体在多径信号的影响下,传统码相位鉴别器不能实时有效鉴别出码相位误差,提出一种高斯码相位鉴别器构建方法。在GPS/INS深组合模式中,接收机码相位鉴别器的构建将改变传统设计方法。INS系统利用GPS接收机产生的即时码相位信息,建立INS系统码相位鉴别器,该INS码相位鉴别器用于辅助GPS接收机码相位鉴别器,构建高斯码相位鉴别器,有效降低码相位跟踪误差。仿真结果表明,与传统的码鉴相器相比,高斯码相位鉴别器减小了噪声方差,能有效提高鉴相精度,从而在多径干扰下提高定位精度。