GPS接收机跟踪环的多径误差分析

基于典型的GPS接收机跟踪环 ,研究了多径效应导致的码相跟踪误差和载波相位跟踪误差 ,得出了码相跟踪误差和载波相位跟踪误差与多径参数的解析表达式。计算机仿真表明 ,码相跟踪误差和载波相位跟踪误差随多径信号的幅度的增大而增加 ;码相跟踪误差和载波相位跟踪误差与多径信号的相位呈周期性变化 ;载波相位跟踪误差随多径延迟的增加而减少。     

多相关器结构GNSS码鉴相器最优化设计

调制信号的抗多径和无模糊跟踪是现代全球导航卫星系统接收机码环设计中需要解决的两个重要问题。提出了一种基于优化算法的码鉴相器设计方法,该方法使用多相关器结构,以组合权值为优化变量,根据无模糊跟踪要求给出了约束条件。以多径包络面积为目标函数建立了非线性最优化问题,提出了一种基于曲线赋形技术的优化初值设置方法。仿真结果表明,与传统的鉴相器相比,所设计的鉴相器具有更好的抗多径性能,且能实现对二进制偏移载波调制信号的无模糊跟踪。     

北斗系统C波段导航信号调制方式及性能评估

针对C波段卫星导航信号严格的兼容性约束要求, 探索性地将基于椭圆球面波函数的连续相位调制(continuous phase modulation based on prolate spheroidal wave functions, CPM-PSWF)应用于C波段导航。在分析了关键参数对CPM-PSWF信号功率谱特性影响后, 初步筛选出4个CPM-PSWF子族作为C波段候选导航信号, 并对其导航性能指标进行评估。在权衡C波段信号频谱兼容性和各导航性能指标基础上, 提出将“QM2PSWF(10) C=6”且h=0.5的CPM-PSWF信号用作北斗系统C波段的导航信号。研究表明, 所提出的CPM-PSWF信号频谱泄露少, 带外衰减快, 同时在码跟踪精度与抗多径性能方面, 较当前C波段非CPM-PSWF候选导航信号更具竞争力。     

GPS软件基带信号处理与定位实现

在GPS软件接收机架构下,基于计算机MATLAB软件平台,利用实际采集的GPS中频信号,在普通计算机上实现了一个硬件接收机的所有基带信号处理以及导航解算功能：详细介绍了FFT相关捕获方法,经典载波、伪码跟踪环设计;对于接收机中最重要的伪距计算环节,给出一种完全不需要本地时间,而仅利用采样数据,根据由捕获和跟踪得到的观测量,提取出各卫星帧头到达天线的时延差,从而计算伪距的方法,最终实现了定位解算。实验结果表明,利用真实GPS中频数据,可以在GPS软件接收机架构下,完成全部基带信号处理以及定位解算等完整过程,完全实现一个接收机功能,并适合精密单点定位、多模接收机等算法开发。     

BOC调制信号抗多径双环估计方法

双环估计方法是为了解决全球卫星导航系统中二进制偏移载波(binary offset carrier, BOC)调制信号模糊跟踪问题所提出的一种码相位估计方法。为了提高双环估计方法的抗多径性能,将双环估计中本地产生的伪随机码转变为仅在码片边沿出现的双极性归零码,从而使得二维相关函数具有更尖锐的二维相关峰值,进而使得双环估计具有较强的抗多径性能。理论上重点分析了本文所提方法在带限条件下的抗多径性能,并进行了仿真实验。结果表明,相对于现有方法,本文所提方法能够同时实现对BOC调制信号的无模糊、抗多径、抗低载噪比的相位估计。     

基于RCB与锁相环的跟踪鉴别测向方法

为了弥补阵列天线导向矢量失配和相位测量噪声对测向性能的影响,提出一种基于稳健capon波束形成技术(robust capon beamforming,RCB)和锁相环的矢量最优估计与跟踪鉴别测向方法。首先基于RCB与锁相环原理,对目标来波信号导向矢量进行最优估计与跟踪测量;然后在稳定、准确跟踪导向矢量的基础上,借鉴扩频接收机伪码鉴相原理确定来波信号方向。仿真分析表明,该方法能够弥补阵列流型失配和相位噪声的影响、突破角度相关间隔的限制,准确测量来波信号的方向。     

基于采样率变换与FFT的GPS系统C/A码捕获改进算法

针对全球定位系统民用粗码信号快速捕获算法速度慢、不易于硬件实现的不足,提出了基于采样率变换和FFT的GPS信号C/A码捕获算法。利用采样平均的方法把采样率为5Msps的输入信号降低为1.024Msps,然后利用FFT进行粗捕,得到粗略的伪码相位,最后对粗略的伪码相位周围的原始数据进行循环相关处理得到精确的伪码相位估计值,降低了对后续跟踪环的动态要求。仿真结果表明该算法运算量小可以快速实现C/A码的粗捕,得到高精度的捕获结果,同时该算法可以利用现有1024点的FFT处理核(IP),便于在硬件上实现。     

水声通信中差分相干检测及其相位补偿方法

水声通信中的多普勒(Doppler)频移和水声信道的时变性等因素影响着载波跟踪效果,最终使得接收机性能下降.常规差分相干检测技术能为PSK调制提供天然的载波同步但抗码间干扰能力很差且当载波偏移较大时的性能也受到很大影响.针对这一问题,提出了一种自适应差分相干检测算法及其相位补偿方法.该算法将线性均衡器和差分相干检测器有机结合,降低了检测的均方误差并成功地抑制了多径的影响.利用一种新的相位补偿方法对均衡前的信号先进行相位补偿,跟踪信道引起的相位变化,进一步提高了系统抗载波频偏的能力.在实际湖试信道条件下的4DPSK性能仿真表明:在10Km的距离上,应用常规的相干检测算法无法对存在标准频率偏移在0.01以上的情况进行正确检测,但自适应差分相干检测算法经过相位补偿后,处理存在大频偏(标准频率偏移在0.02到0.04之间)的情况时,同样误码率下比原来节省2～4dB的信噪比.     

北斗QPSK调制信号多星联合捕获算法

传统的接收机捕获方法仅针对单颗卫星码相位及载波频率进行搜索与捕获,为了提高接收机傅里叶变换及相关运算模块的使用效率,提出了一种面向北斗B1频点信号的多星联合捕获算法,并在此基础上建立了联合捕获相位参量与相应卫星编号间的映射关系。最后,利用采集的卫星中频信号对多种捕获算法进行了实验对比与性能分析,实验结果表明,多星联合捕获算法可成功对多颗卫星进行并行搜索及快速捕获,平均运行速度相对于传统捕获算法提高了约23%,改善了北斗接收机中信号捕获的处理效率。     

GNSS软件接收机中匹配滤波器算法研究

为了适应全球卫星导航定位系统接收机的发展趋势,针对GNSS系统不同信号,研究了一种联合多个星座卫星信号的匹配滤波器捕获算法.通过对算法的分析,给出了影响算法复杂性的两个因素:接收序列伪码长度和本地复现序列数,并通过仿真给出了捕获GPS粗码信号和伽利略系统E1频段开放信号可以参考的最佳复现序列数.仿真结果表明,对不同的GNSS信号,只要通过软件配置算法中的复现序列数,就可以以最小的计算复杂性来捕获相应信号.这个结论对软件接收机中匹配捕获算法的设计有重要的指导意义.     

GPS信号空时处理后码跟踪误差的补偿方法

全球卫星定位系统（global position system, GPS）接收机使用空时自适应处理能够增益信号并抑制干扰,但空时自适应处理结构影响GPS信号的定位精度。首先推导空时自适应处理后,GPS信号与参考信号的相关波形,分析了空时处理对码跟踪的影响。然后在码跟踪过程中改进本地参考信号以补偿相关波形的误差,减少空时自适应处理后的码跟踪精度损失。仿真和实测结果验证了算法的有效性。     

GPS接收机载波跟踪技术研究及仿真

MATLAB/Simulink对研究高动态GPS接收机的基带信号处理算法极为有效。通过采用载波辅助码跟踪环技术后,GPS接收机高动态性能的关键是通过载波自动频率跟踪环来实现的。在利用Simulink建立载体高动态模型,重点研究高动态GPS接收机三种载波自动频率跟踪技术的基础上,采用带符号的叉积点积自动频率跟踪环,仿真实现了该算法的跟踪误差、失锁概率与环路带宽、载噪比之间的关系。仿真结果表明,带符号的叉积点积自动频率跟踪环算法解决了叉积自动频率跟踪环受符号位影响及叉积点积自动频率跟踪环鉴频范围减半的问题,并能适用于加速度为10g,加加速度为10g/s的高动态环境。

Abstract：

It is very efficient for studying the baseband signal processing algorithms of the high dynamic GPS receiver with MATLAB/Simulink.The key performance of the high dynamic GPS receiver is achieved by the technology of carrier automatic frequency control after taking carrier assistant code tracking loop.By making use of Simulink to set up the high dynamic model and applying signed cross-product and dot-product automatic control based on the key research about thee kinds of carrier automatic tracking technology of the high dynamic GPS receiver,the simulation on the relationship among the tracking error,the lock-loss probability,loop bandwidth and the carrier noise ratio was achieved.The results show that the signed cross-product and dot-product automatic frequency control has solved the problems that cross-product automatic frequency control is affected by the signed bit and the frequency discrimination range of cross-product and dot-product automatic frequency control could reduce to half,and it can also be applied to the high dynamic environment with the acceleration of 10g and the jerk of 10g/s.     

微波雷达高精度跟踪环路建模与仿真技术研究

针对在微弱信号(低载噪比信号)动态环境为需求背景下某测量雷达中高精度跟踪环路设计的关键问题,重点研究了载波跟踪环路和码跟踪环路的设计及优化方法。提出以单载波作为导频的信号结构,研究了锁频环与锁相环联合工作的环路结构,通过对两种结构的建模分析和仿真验证,指出在微弱信号高动态环境下,锁频串行辅助锁相环的环路组合结构具有更好的性能。对于码跟踪环路,给出了宽、窄相关间距相结合的方案。通过建模解算得出了最小跟踪误差原则下码环的最优环路带宽。仿真验证了上述算法和参数设计的有效性和可靠性。     

高动态GPS/INS组合导航算法研究

首先介绍了新型深组合GPS/INS系统原理图及组合导航滤波算法。在该算法中，组合卡尔曼滤波器除完成INS误差及GPS接收机时钟误差的估计外，还参与了GPS码跟踪，即完成传统码跟踪环中环路滤波器的功能。采用自适应码跟踪误差估计器补偿组合卡尔曼滤波器测量值中的相关分量，从而消除了传统组合中不稳定的主要根源。然后进行了计算机仿真计算，仿真结果表明，新型深组合GPS/INS导航算法适用于机动性较高的载体。     

GPS接收机相关器技术研究及FPGA实现

GPS接收机中的相关器设计是GPS接收机设计的一个关键技术之一.阐述了GPS相关器的工作原理和结构,对构成相关器的各个模块进行了详细的理论分析,利用本地产生的C/A码的超前、即时、滞后码与输入信号进行并行相关,提高了捕获的速度和精度,并用verilog硬件描述语言在FPGA中实现了GPS相关器的全部设计.设计中首先在modelsim下进行功能仿真,然后进行时序仿真,仿真通过后下载到Xilinx VirtexTM-II Pro开发板中进行验证.运行结果表明设计的相关器工作正常,性能可靠,与微处理器配合可以完成GPS信号的捕获和跟踪.     

不同干扰对北斗B1I信号接收机影响

目前,国内对于北斗卫星信号质量的评估多集中在空间段和地面段,然而对于干扰条件下,用户端的性能研究却不多见。为了对干扰有效划分,结合接收机基带信号处理过程,根据相关器积分时间与北斗B1I信号的频谱特性,将干扰分为4类,并导出相应的解析表达式,最后分析了连续波干扰下载波跟踪测量误差和码跟踪测量误差。北斗B1I信号的仿真结果与国外文献提供的GPS L1的仿真结果具有良好的一致性,验证了此方法的有效性。同时,对于不同干扰类型的研究有助于北斗接收机的抗干扰设计。     

最大值约束的广义延拓逼近GNSS码鉴相算法

针对GNSS码跟踪环高精度鉴相需求,提出了一种最大值约束的广义延拓逼近码鉴相算法,利用5个相关臂的相关结果建立广义延拓逼近模型,拟合得到相关值分布函数,进而得到码相位差。同时利用相关结果最大的相关节点对拟合的相关值分布函数进行约束,进一步提高了码相位差的估计精度和适应性。将新算法与常用的归一化超前减滞后包络鉴相算法从鉴相线性范围、牵引范围和鉴相误差三方面进行了对比。蒙特卡罗仿真和在GPS软件接收机上对实际GPS信号采样数据进行测试的结果表明，结合最大值约束的广义延拓逼近鉴相误差性能大大优于传统的归一化超前减滞后包络鉴相,可以有效地提升码鉴相器的鉴相精度。     

扩频测距系统中多径跟踪误差研究

研究了任一“早”—“迟”码间距的相干和非相干延迟锁定环路中多径跟踪误差对伪距和载波相位观测量的影响。对于大的衰减带宽，相干延迟锁定环路的多径跟踪误差为零，而非相干延迟所定环路有１０ｍ左右误差，载波相位的测量无误差；对于小的衰减带宽，相干延迟锁定环路和非相干延迟锁定环路的多径跟踪误差相同。计算机模拟表明，对于相干和非相干延迟锁定环路，小的“早”—“迟”码间距能有效地降低多径跟踪误差。