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.     

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。     

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。     

一种新型卫星接收机基带仿真研究

描述了一种新型的卫星接收机基带结构仿真与验证,基带结构设计采用双模态结构:一个仅仅用来执行搜索功能,该搜索采用频域的搜索方法;另一个执行搜索和跟踪功能,为了使搜索和跟踪使用同一基带结构,搜索采用时域的搜索方法.在基带结构验证中,码跟踪环采用简单的延迟锁定环DLL,而载波跟踪环采用二阶锁相环PLL.基于GPS中频信号采样采集实际GPS数据,对卫星接收机基带即搜索和跟踪进行了验证.测试结果证明所设计基带结构是有效的,使得用户在微弱信号处理、多路径处理和发展新的算法等方面具有更大的灵活性,为实际的高性能硬件GPS接收机设计提供了重要的基础.     

基于VC＋＋的GPS软件接收机

研究工作致力于基于PC的GPS软件接收机的开发.开发的软件接收机通过自制的信号采集设备采集GPS卫星信号,所采集的信号被存储在PC硬盘中供软件接收机VC++软件程序处理,在软件中实现捕获,跟踪等信息处理,实现导航解算功能并通过人机界面将解算结果显示出来.详细介绍了基于VC++的GPS软件接收机的设计方法,包括采集系统设计方法,软件结构设计方法,以及信号处理软件和导航解算软件的设计方法.给出了所开发的GPS软件接收机接收spirent信号源信号时的工作情况,通过软件接收机的实际运行结果可以看出该软件接收机具备硬件接收机的功能,并且具有良好的捕获跟踪性能.介绍的软件接收机的设计方法适用于所有卫星导航系统的软件接收机.     

高动态BDS/GPS联合接收机基带芯片设计与实现

提出一种适用于高动态BDS/GPS联合接收机的基带芯片结构设计,主要包括兼容BDS/GPS的通用C/A码发生器模块、载波NCO模块、码NCO模块和捕获跟踪通道支路结构的设计。该设计可以节约硬件资源,提高卫星信号捕获速度和接收机动态范围。在软件仿真和FPGA原型验证的基础上,设计实现了一款BDS/GPS联合接收机基带芯片,实际样片测试结果验证了设计的有效性。     

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。     

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。     

600Mb/s高速数传接收机的设计与实现

提出一种基于FPGA的600Mb/s高速数传接收机全数字实现方案,对采用Costas环的载波恢复算法和采用并行数据转换跟踪环的码同步算法作了介绍。测试结果表明,该接收机在码速率小于350Mb/s时,解调损失小于1.5dB;在码速率为600Mb/s时,解调损失小于3dB。     

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.     

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。     

一种高动态环境GPS信号的跟踪方法及实现

鉴于在高动态环境跟踪ＧＰＳ信号所遇到的问题，分析了高动态环境跟踪ＧＰＳ信号的基本方法，讨论了通过延时锁定环和载波辅助技术进行伪码跟踪的原理，重点研究通过３阶频率扩展卡尔曼滤波算法（ＦＥＫＦ）进行多普勒频率估计并进行载波跟踪的原理，模拟分析了ＦＥＫＦ算法的动态跟踪能力和频率估计误差，提出了一种适合高动态环境要求的ＧＰＳ信号跟踪方案     

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。     

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。     

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。     

GPS接收机的失锁后处理研究

信号失锁是GPS接收机在市区应用时遇到的一个问题,文中提出信号失锁后的快速恢复概念,推导出在卫星信号失锁期间对其多普勒频率、码相位和导航比特边界的预测算法和预测误差分析,并进一步研究失锁后处理设计,最后用SPIRENT模拟源进行多种信号失锁情形的模拟,验证了此设计能增强接收机的稳健性,加快接收机失锁后的定位恢复速度。     

QPSK载波锁相环的鉴频辅助方法研究

讨论克服锁相环不能兼顾捕获速度和跟踪精度的弱点,简要分析锁相环和锁频环的基本原理,引出锁相环的鉴频辅助方法,然后在此基础上对QPSK载波锁相环的鉴频辅助实现方法进行研究、仿真,仿真结果表明,在保证很高跟踪精度的前提下,附加鉴频辅助的锁相环捕获速度有了很大提高,能够很快提取出同频同相的相干载波。