基于跟踪回路误差限制的INS辅助载波跟踪回路模式研究

INS对接收机载波跟踪回路的辅助,能够减弱或抵消载体动态影响,降低回路带宽,减少回路跟踪误差,也是实施超紧耦合技术的主要特点。具体分析了FLL和PLL的各组成误差,推导了稳态载波相位误差、载波多普勒频移误差与INS速度误差之间的关系,基于跟踪回路误差的限制和稳定回路的门限,具体给出了在相位辅助和频率辅助两种不同模式下对INS速度误差的限制条件,分析表明考虑到INS辅助精度的影响,采用INS对载波跟踪的频率辅助更具可行性,最后仿真验证了频率辅助的有效性。     

锁频环辅助下锁相环的跟踪误差分析

为适应高动态环境,卫星导航接收机采取锁频环辅助锁相环的技术进行载波跟踪.锁相环在锁频环跟踪频率基础上锁定载波相位.现基于经典的二阶锁频环辅助三阶锁相环结构,研究其中的载波相位跟踪误差,包括动态应力误差与热噪声跟踪误差.通过推导,得到了2个误差的计算公式.仿真结果表明,有关载波相位跟踪误差的分析是准确的,有助于之后的载波跟踪环路设计.     

基于频谱分析的GPS/INS组合导航系统性能探讨

分析了GPS跟踪环路的动态特性,从频域角度建立了GPS载波相位锁相环的数学建模,讨论了INS的速度估计误差,通过数学仿真验证INS的速度信息辅助GPS载波相位锁相环路的有效性。     

GPS/INS超紧组合系统载波相位跟踪误差研究

载波跟踪环(PLL)设计是GPS接收机设计中的关键问题,PLL的相位误差源包括相位抖动和动态应力误差.随着接收机工作平台动态性的增加,较大的动态应力误差将导致环路失锁.为适应高动态环境,GPS接收机通常采取INS辅助GPS跟踪环路的超紧组合方式来降低动态应力误差.组合系统提供的外界辅助信息不可能完全精确,所以跟踪环路在减小动态应力误差时,也会引入其他测量误差源.对GPS/INS超紧组合系统PLL跟踪误差进行了详细推导并且得出两个解析公式.仿真结果表明,对超紧组合系统的PLL跟踪误差公式推导是准确的,为PLL环路参数的最优设计提供理论参考.     

强跟踪滤波器在高动态GPS信号跟踪中的应用

为解决在高动态环境下GPS接收机跟踪环路中频信号失锁的问题,提出了一种基于线性强跟踪卡尔曼滤波器(STKF)理论的GPS信号跟踪环路.此跟踪环路以码鉴相器和载波鉴相器输出作为观测量,利用线性强跟踪卡尔曼滤波器对高动态环境下的码相位误差、载波相位误差、多普勒频率误差以及多普勒频率变化率误差进行估计,并将估计结果反馈给跟踪环路的数控振荡器,从而产生准确的本地载波和本地码.仿真结果表明,在GPS信号载噪比为45 dBHz时,线性强跟踪卡尔曼滤波器跟踪环路在多普勒频率变化率为5.0 kHz/s时仍能可靠跟踪,而传统的基于PLL/DLL和环路滤波器的跟踪环路在1.8 kHz/s时已经失锁.     

一种基于IEEE 802.16d的OFDM载波跟踪算法

利用OFDM符号中插入的导频信号,提出了一种基于IEEE802.16d标准的载波频率偏移跟踪的优化算法,该优化算法基于最小均方误差准则(MM SE).估计过程中,同时考虑载波频率偏移产生的2方面影响:在某个OFDM符号内,与子载波位置无关的固定相位旋转和幅度衰减;载波正交性破坏引入的载波间干扰(ICI).对于载波间干扰能量的估计则充分利用了空子载波提供的信息.仿真结果表明,基于MM SE准则的频偏跟踪算法由于减小了ICI的影响,所以比忽略ICI只考虑固定相位旋转量的跟踪算法能够更有效地减小系统的误码率和均方误差.     

一种提高GPS载波跟踪环动态特性的INS辅助方法

在高动态下,针对惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)速度辅助GPS接收过程中,由于INS输出速度的离散化导致接入环路NCO的控制量变化较大,使环路跟踪不稳定甚至失锁的问题,提出一种新的基于自适应调节的引入INS加速度与速度信息相结合的辅助方法.论文首先分析了典型二阶跟踪环在INS速度辅助下,更新率对环路性能的影响,然后建立了引入INS加速度信息辅助的自适应调节模型,推导了调节计算方法.理论分析和实验仿真结果表明,该方法较传统的速度辅助方案能有效提高GPS接收机环路跟踪的快速性和稳定性,降低环路动态应力误差和高动态下环路失锁的机率,具有较强的实用价值和工程实现基础.     

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。     

高动态环境下高灵敏度GPS跟踪环路算法的研究

随着用户对接收机性能要求的不断提高,GNSS接收机在高动态环境下实现高灵敏度、高定位精度的定位性能成为研究的热点。在GNSS接收机中,传统跟踪环路在高动态情况下难以满足用户对定位精度的要求。针对复杂环境下GNSS接收机定位精度不高的问题,提出了高灵敏度GPS跟踪环路算法以改善GPS接收器的定位精度,通过经典超前—滞后延迟锁定环对码延时跟踪,并结合三阶PLL对载波相位跟踪。仿真实验表明:通过对中频信号码相位和载波相位估计,避免了使用传统FLL进行频率估计引起的码延迟效应和近似误差。与传统跟踪环路相比,在动态环境下码跟踪误差明显小于传统跟踪环路。     

时滞滤波超紧耦合跟踪环路设计

针对惯性导航系统(INS)的引入导致超紧耦合跟踪环路的响应时间常数增大的问题,提出了基于时滞滤波的跟踪环路.介绍INS辅助锁相环环路的数学模型;对INS辅助全球定位系统跟踪环路的误差进行了建模分析,明确了环路跟踪误差与更新时间的相关性;将时滞滤波引入跟踪环路的结构设计中,降低了时间相关性.理论与计算表明,时滞滤波的引入能够明显改善超紧耦合系统中跟踪环路的时间常数,提高跟踪环路的性能.     

正交频分多址接入系统的上行载波同步跟踪方法

为了解决上行正交频分多址系统中频率偏差导致多用户干扰和载波间干扰的问题,提出了一种载波同步跟踪方法。该方法使用了时频同步跟踪环路,从数据子载波提取相位误差,并利用频域插值补偿多个用户的估计频偏。该方法只需要一个快速Fourier变换(FFT)单元,降低了系统实现复杂度。仿真结果表明:该方法对不同的子载波分配方式具有鲁棒性,与无频偏系统的理想接收性能相比,误码率性能损失小于0.5 dB。此外,该方法可以在10~20个正交频分复用(OFDM)符号内快速收敛。与传统的导频辅助跟踪方法相比,提高了频谱利用率,抗噪声和抗多径衰落性能有明显改善。     

单一多径环境下GPS载波跟踪误差建模与分析

为研究伪码多径误差对载波多径误差的影响,文中分析了采用非相干早码减晚码功率型伪码跟踪环时Costas载波跟踪环的载波多径误差,并建立了单一多径下的载波多径误差模型. 所建立的模型表明伪码多径误差对载波多径误差的影响可以表示为多径参数和相关间距对载波多径误差的影响. 理论和仿真分析结果表明,单一多径下载波平均跟踪误差为0,且当相关间距小于一个码片时,载波跟踪误差最大值小于π/2;多径参数对载波跟踪误差的影响较大,而相关间距对载波跟踪误差的影响较小.      

一种GPS/MIMU深组合滤波器算法

研究一种GPS/MIMU超紧组合下的矢量跟踪算法.引入惯导信息计算载波延时来建立中频信号模型,计算C/A码、载波频率和载波相位与伪距、伪距率的关系,构建预滤波器动态模型.引入惯导状态信息和量测信息构建主滤波器模型,形成闭合矢量跟踪环路.仿真结果表明:GPS/MIMU超紧组合下的矢量跟踪算法能够增加同向即时支路数据信号的功率,缩小初始载波相位误差和码相位误差,从而提高载波相位和码相位的鉴别精度;当信号载噪比低至26 dB·Hz时,矢量跟踪环所能跟踪到的码相位和载波相位比标量跟踪环路分别提高了0.14码片和0.15 rad,同向即时支路信号的幅值也提高了2～3倍.     

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.     

利用小波变换求解载波条纹的相位调制

根据小波系数模值的极大值与载波频率关系,提出了依据载波频率确定小波变换系数极值在尺度坐标里搜索范围的方法,降低小波变换求解载波条纹相位调制的难度,给出了调制相位求解的算例,分析了载波频率对相位求解的误差影响。     

利用小波变换求解载波条纹的相位调制

根据小波系数模值的极大值与载波频率关系,提出了依据载波频率确定小波变换系数极值在尺度坐标里搜索范围的方法,降低小波变换求解载波条纹相位调制的难度,给出了调制相位求解的算例,分析了载波频率对相位求解的误差影响。     

采样频率偏移对卫星导航接收机的影响

为避免采样频率偏差给卫星导航接收机带来的符号位滑动、伪随机噪声码相位移动和载波相位偏差等问题，提出了一种改进的频率偏差估计方法．接收机的码跟踪环路以码速作为时间基准，对采样频率实际值与标称值之间的偏差进行跟踪，环路稳定后得到该偏差的估计值，其采样频率的准确度可提高到10^-7量级．将该估计值补偿到载波锁相环中。可减小由采样频率偏差带来的相位误差和多普勒频移偏差，从而使得导航接收机能正确解调信号，进一步提高了输出载波相位的准确度，为实现更高精度的定时和定位提供了可能性．     

基于RHT斜率抑制法和自适应载波信号跟踪的多径抑制算法研究

从传统的接收机环路多径抑制方法出发，通过纠正码环相关曲线畸变和自适应载波信号更新机制跟踪弱动态载波信号两个层次，并行减缓多径效应对接收机跟踪捕获带来的延迟影响。首先，针对码环内部函数畸变带来的自相关迭代误差问题，利用机器学习领域中的随机霍夫变换(RHT)斜率检测法辅助减小窄相关器的误差；其次，设计了一种自适应阈值载波跟踪信号状态模型，用于解决高遮挡低载噪比(CNR)条件下的信号跟踪受限问题。从不同的角度将该方法与现有方法做了对比和分析，结果表明：应用RHT斜率抑制法辅助自适应增强载波信号跟踪的定位模型性能相较于传统的高分辨率技术(HRC)和卡尔曼滤波(KF)载波跟踪方法均有明显的提升，其中本文提出的方法可以在1.8 s左右的信号延迟时及时恢复载波信号失锁。此外，从最终的定位结果可知，实验场景中多径(MP)效应较强的D区域，定位误差的均方根误差(RMSE)降低了6.3 m.     

惯性辅助下高动态高灵敏度GNSS Kalman跟踪环路设计

高动态卫星导航接收机使用宽带宽载波环来获得动态范围,而高灵敏度接收机使用窄带宽载波环来获得更长的积分时间,因此在高动态和弱信号场景中,存在带宽选择的问题。该文引入惯性辅助来消除接收机的动态应力,设计了一种惯性辅助的二阶Kalman跟踪环路。惯性辅助消除了加速度对接收机环路的影响,使接收机工作于准静态场景,允许使用低阶环路来改善瞬态响应,并压缩环路带宽来延长积分时间,抑制噪声影响的同时也改善了载波相位测量精度。采集航迹发生器和卫星信号模拟器输出信号并进行仿真实验。实验结果表明:使用20ms相干积分时间,接收机加速度大于50g的情况下,该环路可以跟踪载噪比为24dB·Hz的弱信号。     

基于可变带宽可控根FLL-PLL跟踪算法分析与仿真

在信号跟踪环节中,载波跟踪是关键部分,而载波跟踪的改进主要体现在载波环路滤波器的设计上.为了均衡载波同步的跟踪精度、环路带宽与快速同步3者之间的矛盾,提出了基于相位锁定检测量的自适应可变带宽的锁频环(FLL)与锁相环(PLL)相结合的跟踪方案,同时利用可控根法来完成数字环路滤波器参数的设计.由仿真结果得出可控根法可直接设计数字滤波器参数而不依赖模拟概念,同时基于自适应变带宽的锁频辅助锁相跟踪环路可以扩大锁定范围,适应更高动态,自适应变带宽可以在不影响锁定精度的条件下缩短锁定时间,达到快速同步.此方法可折中载波跟踪的各性能,达到平衡状态.