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.     

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。     

基于跟踪回路误差限制的惯导辅助载波跟踪回路模式研究

惯导(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。     

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.     

动态GPS接收机载波多普勒分析及环路跟踪性能实验研究

针对普通GPS接收机在炮射制导弹药动态条件下难以正常定位的问题,用SPIRENT卫星信号模拟器分析了几种动态条件下的载波多普勒频移及其变化率,进而产生载体不同动态条件下的卫星接收信号,用软件接收机对载波跟踪环路采用2、3阶锁相环(PLL)、1阶锁频环(FLL)辅助2阶PLL、2阶FLL辅助3阶PLL时的跟踪性能进行实验.结果表明,当载体加速度达到40 g时,仅用PLL无法正常跟踪,FLL辅助PLL跟踪正常;而对于弹道环境,1阶FLL辅助2阶PLL仅有一路跟踪正常,2阶FLL辅助3阶PLL有两路跟踪正常,据此给出了载波跟踪环路改进方案.     

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.     

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.     

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。     

GPS/INS超紧组合导航滤波器的优化设计

在极高动态条件下,GPS （global positioning system）接收机即使采用基带信号预处理技术,也无法精确地估计载波频率.而各通道的跟踪误差会通过传统导航滤波器相互耦合,并最终导致GPS/INS （inertial navigation system）超紧组合系统的崩溃.为解决这一问题,对伪距率跟踪误差建模,并将其扩充为导航滤波器状态量.但此时扩维导航滤波器维数过高,因此又通过星间单差和两阶段Kalman滤波对该滤波器进行了降维处理,从而在不损失导航精度的前提下,大幅降低了系统的计算复杂度.最后,以某次火箭弹试射时所遥测的惯性器件输出值为基础,通过半实物仿真验证了新型导航滤波器的有效性.      

基于FPGA的GPS接收机跟踪环路设计与实现

为提高GPS基带芯片跟踪环路的性能,提出一种基于FPGA跟踪环路的具体设计与实现方案.研究了GPS接收机跟踪环路的基本原理,在分析现有算法的基础上,采用锁频环辅助锁相环、动态码环和载波环辅助码环策略,利用Xilinx公司FPGA软硬交互工作方式的优点,在一片FPGA芯片上实现整体方案.该设计方案可提高系统的运行效率,节省系统资源,降低硬件成本.试验结果验证了其可行性与有效性.     

高灵敏度GPS接收机载波跟踪环路的设计优化与实现

基于高灵敏度GPS基带信号处理器, 设计优化并实现了GPS载波跟踪环路。为了提高跟踪灵敏度, 对鉴相器的性能、环路误差、环路参数进行了分析优化, 并采用锁频环辅助锁相环结构, 同时对于需要多个乘法器、除法器的模块采用分时共享技术, 降低了资源消耗减小芯片面积。用Verilog硬件描述语言实现了所设计的载波跟踪环路, 在ModelSim中完成了RTL级代码的逻辑和功能仿真, 搭建了FPGA开发板验证平台, 并使用GPS L1波段信号源进行性能测试。测试结果表明所设计的载波跟踪环路可达到25 dB-Hz的跟踪灵敏度。单通道载波跟踪环路基于SMIC 0.18μm工艺, Design Complier的逻辑综合面积为425555μm²。     

GPS软件接收的关键技术

目的讨论GPS软件接收机中核心模块的实现算法,重点研究捕获算法。方法在捕获模块中采用基于DFT的频域快速相乘相关算法,通过相位关系计算出精确的载波频率,同时优化计算;跟踪算法采用软件锁相环路(PLL)实现。结果用MATLAB仿真实现了捕获跟踪过程,相关点峰值高于预设的阈值,成功捕获了GPS信息。结论所采用的基于DFT的频域相关优化算法不仅实现了准确的相关捕获,且可适应实时性需要,为软件接收机的设计实现提供了一种有效的算法。     

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。     

GNSS软件接收机算法设计与仿真测试

从GNSS（global navigation satellite system）软件接收机的总体结构出发,阐述了GNSS软件接收机基本原理,设计了GNSS软件接收机的信号相关器及其工作流程,介绍了基于FFT的码并行搜索策略,在信号跟踪中详细给出了载波环路中的鉴相器和鉴频器设计。对于导航定位解算,讨论了各项误差的处理方法,包括钟差和简化的等效对流层误差模型,并给出了最小二乘法的具体实现步骤。仿真结果表明,软件接收机中采用伪码并行捕获方法、DLL环与FLL环辅助下的PLL环路算法可获得良好的效果。在考虑星钟误差、对流层误差、电离层误差和地球自转引起的偏差等误差源的条件下,最小二乘法解算的单点定位结果满足要求。     

基于载波辅助的GPS相对动态跟踪算法研究

针对高动态GPS信号接收问题,深入研究了相对动态跟踪的环路算法,分析了伪码双环跟踪结构,与国外采用的近似最大似然估计(AMLE)和扩展卡尔曼滤波(EKF)算法相比,该算法采用载波辅助伪码方法将绝对动态跟踪转换为相对动态跟踪,采用低阶窄带锁相环提高伪码环路的跟踪精度,简化了技术实现复杂度.经过系统仿真验证,性能满足高动态GPS信号跟踪要求.     

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.     

多天线GPS和微机械惯导组合进行姿态确定

描述了一种多天线GPS和微机械惯导系统组合来进行姿态确定的系统.目的是设计和装配一种具有可靠的高精度姿态确定性能、而且具有高输出率、低耗、快速初始化、通过数据合成而具备坚固和冗余性的多天线GPS和MEMS惯导组合的系统.这个系统在一段时间内没有GPS测量信息也能提供姿态以及其他的导航信息.性能分析显示在200 Hz状态下姿态、位置、速度、加速度以及角速率可以达到0.08o/s、1.5 m、0.1 m/s、0.12 m/s2和0.1o/s.