基于平淡卡尔曼滤波的微弱GPS信号跟踪算法

在接收信号很微弱的情况下，全球定位系统（GPS）的传统方法不能很好地跟踪信号．文中采用非线性卡尔曼滤波算法取代传统的延迟锁定环和相位锁定环，用于高灵敏度GPS接收机的微弱信号处理环节，针对所提出的微弱信号系统模型中相关运算的特点，运用平淡卡尔曼滤波器进行信号跟踪．仿真结果表明，新方法能够较好地跟踪到载噪比低至27dB-Hz的微弱信号，确保了跟踪精度；同时具有较高的灵敏度．     

一种改进的复合型弱信号载波跟踪方法研究

论述了使用FFT跟踪载波的方法。在标准锁相环(PLL)的基础上引入平方检测器,形成了一种更先进的跟踪结构——非相干模块处理跟踪环路(NCBP)。并对此环路进行改进,提出了使用FFT和非相干模块处理跟踪环相结合的复合软环跟踪GPS微弱信号的方法。通过模拟微弱GPS接收信号,从跟踪精度、环路锁定速度和环路的动态应力性能等方面比较了几种载波跟踪环的性能。仿真结果表明:该复合软环可以提高环路跟踪精度和锁定速度,它的等效噪声带宽可以设得更小,减小引入到环路的噪声,提高环路稳定性。     

基于双卡尔曼滤波及贝叶斯估计的微弱GPS信号跟踪方法

提出了一种基于卡尔曼滤波的平方根算法以及贝叶斯估计理论的微弱GPS信号跟踪方法.采用2个耦合的扩展卡尔曼滤波器,即双卡尔曼滤波器来完成码跟踪和载波跟踪,同时,减少信号累加积分时间,以降低运算复杂度而提高收敛速度;采用基于贝叶斯估计理论的未知导航信息位处理方法,以降低在信号微弱的情况下未知导航位所带来的不利影响.仿真结果表明,利用该方法可以精确跟踪载噪比低至19 dB-Hz的微弱GPS信号.     

基于平方根卡尔曼滤波的微弱GPS信号跟踪方法

针对全球定位系统(GPS)的微弱信号跟踪容易失锁问题,提出一种新的跟踪方法.利用平方根卡尔曼滤波算法,在运算过程中运用误差协方差矩阵的平方根形式进行迭代,有效减小了舍入误差带来的影响.提出了一种新的GPS信号跟踪测量模型,在连续积分的基础上,加入了非连续积分过程,通过有效处理,避免了导航信息位翻转对信号相关运算产生的影响.仿真结果表明,新方法可跟踪载噪比低至17 dB-Hz的微弱GPS信号.     

基于批处理的微弱GPS信号捕获

针对传统方法难以实现微弱GPS信号的精确捕获,继而影响后续的信号跟踪及导航电文解码,提出了一种新的捕获方法解决这一基础性问题,采用基于批处理的手段来捕获低信噪比的GPS信号并提高运算速度,为高灵敏度GPS接收机的实现提供保证.仿真结果表明,在捕获过程处理的数据长度不超过4个导航电文数据位(80 ms)的情况下,此方法能够较好地捕获到载噪比低至21 dB的GPS信号,同时确保较短的捕获时间和较高的灵敏度.     

GPS接收机载波同步环路的研究

GPS全球定位系统是由美国研制的,利用卫星进行导航定位的系统,已经得到了广泛的应用.GPS接收机的用途就是实现定位功能.GPS接收机对GPS信号中的载波信号进行捕获和跟踪是导航定位的基础.为此,本文对GPS接收机捕获和跟踪载波信号进行研究,采用COSTAS环来实现载波的捕获与跟踪.并在MATLAB环境下进行仿真验证,来检验捕获和跟踪GPS信号载波的能力.     

一种基于FFT块处理的微弱GPS信号检测新方法

针对微弱GPS信号的高灵敏度检测算法是当前遮蔽环境下GPS软件接收机捕获信号亟待解决的问题.作者提出了基于FFT块处理的1/4字节步进相干积分检测方法,较传统的1/2字节更替检测方法,增长了相干积分区间,更有效地利用了GPS信号,提高了微弱GPS信号的检测灵敏度,缩短了捕获时间.仿真结果表明,在信号长度不超过300 ms的情况下,该算法能成功捕获信号强度低至24dBHz 的微弱GPS信号.     

基于延迟锁定环超宽带通信信号的跟踪算法

对传统延迟锁定环(DLL:delay-locked loop)进行改进,以满足超宽带UWB通信信号跟踪的需要.通过给跟踪控制器定义2个新的规则,提出了适用于超宽带通信信号的跟踪算法,对鉴相特性和鉴相器输出噪声统计特性进行了理论分析,并给出了加性高斯白噪声信道下计算机仿真的结果.结果表明,通过适当选择参数tDLL和η1,所提出的跟踪环具有较大的跟踪范围和较小的跟踪抖动.     

多径干扰下GPS弱信号跟踪算法研究

在带有多径干扰的、并且低载噪比的GPS信号下,分析了多径带来的码环误差以及因此引起的伪距误差的原理.在此基础上,考虑在码环跟踪的Strobe鉴相算法中,引入一个修正因子σ,使得码环跟踪时,对一定范围内的短多径起到抑制的作用.由于改进后的跟踪算法没有用到Q路输出,并且原信号为弱信号,因此需要跟踪环路提供好的载波跟踪性能.为此,考虑使用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法来替代原有的载波跟踪环路,提高跟踪环路的噪声抑制性能.在此基础上,将EKF载波环跟踪与修正后的码环跟踪结合起来使用,共同进行多径干扰下GPS弱信号的跟踪.     

导弹自旋条件下GPS信号跟踪环路设计

根据实际中自旋导弹GPS接收天线相位中心与导弹自旋几何中心的不一致性,建立弹载天线坐标系。推导弹体自旋条件下接收的GPS卫星信号的附加多普勒频移变化规律,验证弹体自旋对接收信号的影响。提出一种新的GPS信号跟踪环路设计方法,以消除附加多普勒频率对跟踪的影响。该设计在传统环路基础上加入旋转跟踪环,实现对弹体自旋转速的估计,利用转速信息辅助环路跟踪。经过计算机仿真验证,新环路载波相位跟踪误差较传统环路显著减小,表明该设计能够获得更佳的信号跟踪性能。     

一种用于高动态全球定位系统信号跟踪的新模型

针对传统全球定位系统(GPS)信号跟踪方法在高动态环境下跟踪精度不够理想且容易失锁等缺陷,提出了一种新的跟踪模型.采用包含多普勒频移与码相位误差的二维观测相关器组,并通过基于列文伯格-马夸尔特方法优化的迭代扩展卡尔曼滤波算法,使跟踪环路在码相位与载波频率初始捕获误差较大的情况下,依然能够快速而准确地收敛,成功解调出导航信息.仿真结果显示,利用新的GPS信号跟踪模型能够高质量地完成加速度为150g的高动态GPS信号跟踪.     

一种用于高动态环境的GPS信号跟踪方法

针对全球定位系统（GPS）在高动态环境下信号跟踪精度不高以及容易失锁的问题,提出一种新的跟踪方法.采用锁频环（FLL）和锁相环（PLL）相融合的跟踪方式,利用判决因子对当前的跟踪状态进行判定,根据判决值对FLL和PLL输出赋予相应的权值,调整其相对作用的大小,从而将FLL和PLL在同一跟踪过程中更好地融合.仿真结果表明,该方法在环路噪声带宽较小的情况下能够成功地跟踪加速度为150 g的超高动态GPS信号.     

用于提高全球定位系统定位估计速度的滤波算法

为了提高全球定位系统（GPS）高精度定位的解算速度,从原理上比较了平淡卡尔曼滤波（UKF）及其改进算法和超球面平淡卡尔曼滤波（SUKF）及其改进型等非线性滤波估计算法,提出了将SUKF的改进型算法应用于单机GPS的定位估计.实验表明：该算法能够在保证高精度定位估计的前提下提高运算速度,有效解决GPS软件接收机中高精度定位输出的实时性问题.     

一种用于GPS定位估计滤波算法的非线性模型

提出了一种将现代非线性滤波技术用于GPS定位估计的方法，该方法可用于低价位的单机GPS接收器的定位，提高它们的定位精度和鲁棒性．应用该方法，根据单机GPS的原始数据、伪距和多普勒频移进行定位估计。开发了一种新的基于非线性滤波的位置和速度估计模型，该非线性模型具有随观察到的卫星数量而改变状态和测量元个数的动态特性．运用一种新型的非线性滤波-平淡卡尔曼滤波求解该模型．GPS定位实验结果表明．与通用的最小二乘迭代法或直接从接受机获得的结果相比，所提出的非线性模型得出的滤波估计结果具有较高的精度和鲁棒性．     

组合导航系统新息自适应卡尔曼滤波算法

全球定位系统(GPS)量测噪声的不稳定变化将造成惯性导航系统(INS)/GPS舰用组合系统卡尔曼滤波器性能下降,在对自适应卡尔曼滤波器分析的基础上,提出了一种新的基于新息估计的自适应卡尔曼滤波算法.该算法通过计算新息方差强度的极大似然估计最优估计,将新息方差计算直接引入卡尔曼滤波器的增益计算.仿真结果表明,本文方法较标准卡尔曼滤波器可以提高系统精度和抗干扰能力.     

电离层闪烁下4路信号处理的载波锁相环

针对电离层闪烁导致的卫星导航接收机载波锁相环失锁问题,提出一种基于Kalman滤波器的4路信号处理载波锁相环. 该环路通过增加两路信号处理对锁相结果进行纠正,扩大了锁相环的相位牵引范围,同时根据信号实时载噪比自适应调节滤波系数,有效避免电离层闪烁时信号振幅衰落和相位突变引起的环路失锁. 通过仿真表明,这种锁相环可以在持续中强度和瞬时高强度的电离层闪烁下保持跟踪.      

一种应用于GPS/低成本INS组合导航的自适应滤波算法

为了提高在全球卫星定位系统(GPS)接收机导航解更新间隔期间组合导航系统的定位精度,在分析了惯导系统(INS)误差模型的基础上,使用一种对噪声协方差矩阵进行实时自适应估计的算法改进了通常使用的标准Kalman滤波器。采集清华大学内的跑车实测数据,并使用自适应算法进行处理,结果表明:该方法可以有效地提高GPS导航解间隔期间组合导航系统的定位精度,整体定位精度可以提升近10%,在车辆行驶状态变化较大的路径中获得了最高达40%的位置精度提升。该方法易于实时实现,在实际工程实现中具有一定的应用前景。     

3颗卫星条件下 GPS三维定位的新方法

提出了一种新型的双天线全球定位系统(GPS)接收机结构方案,用于某些恶劣定位条件下、接收信号的卫星数量较少时对用户位置进行解算.该方法可以在仅接收到3颗卫星信号的情况下,根据GPS的原始数据和伪距,进行较理想的三维位置估计,满足单机定位的精度.建立了基于非线性滤波的位置估计模型,根据该模型的特点,运用平淡卡尔曼滤波算法求解该模型.通过GPS定位实验,验证了该方法的可行性.     

Steady-State Performance of Kalman Filter for DPLL

For certain system models, the structure of the Kalman filter is equivalent to a second-order variable gain digital phase-locked loop (DPLL). To apply the knowledge of DPLLs to the design of Kalman filters, this paper studies the steady-state performance of Kalman filters for these system models. The results show that the steady-state Kalman gain has the same form as the DPLL gain. An approximate simple form for the steady-state Kalman gain is used to derive an expression for the equivalent loop bandwidth of the Kalman filter as a function of the process and observation noise variances. These results can be used to analyze the steady-state performance of a Kalman filter with DPLL theory or to design a Kalman filter model with the same steady-state performance as a given DPLL.