一种减少多径干扰的卫星信号跟踪环路设计

抗干扰技术是卫星定位导航领域中一项重要的技术,也是信号处理学科的一项重要分支。以减少卫星信号多径干扰为目的,结合多径环境下的卫星导航信号模型和卫星导航信号的跟踪捕获原理,设计出一种抗多径干扰性能较好的信号跟踪环路,该信号跟踪环路能在经典信号跟踪环路的基础上减少卫星信号的多径干扰,从而提高了整个卫星导航系统的抗干扰性能。     

基于双环估计的CBOC调制信号无模糊跟踪方法

针对复合二进制偏移载波(CBOC)调制信号跟踪的模糊性问题,提出了一种基于双环估计的无模糊跟踪方法.该方法使用延迟锁相环(DLL)和子载波锁相环(SLL)分别对CBOC调制信号的伪随机噪声(PRN)码和子载波进行跟踪,然后对DLL和SLL输出的信号时延估计值进行计算,从而得到CBOC信号的高精度无模糊时延估计值.仿真结果表明:该方法能够实现对CBOC调制信号的无模糊跟踪,在高载噪比下,可以达到与传统跟踪方法相同的跟踪精度;在低载噪比下,该方法的跟踪精度要优于三环估计方法.     

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.     

基于DSP+FPGA的高动态GPS信号载波环路设计

为了提高动态环境下捕获、跟踪GPS信号的环路性能,通过分析环路逻辑时序、参数和高动态下多普勒频移的变化特性,使用高阶、宽带宽的跟踪环路,设计了一种基于DSP+FPGA的载波捕获、跟踪方法。利用现场可编程门阵列(FPGA)对信号进行傅里叶变换,实现载波的快速初捕和二次精捕,同时利用数字信号处理器(DSP)实现具有自动调整功能的二阶频率锁定环路的辅助三阶Costas-PLL载波跟踪环,使得环路具有抗高动态性能的同时仍拥有较高的跟踪精度。仿真实验表明:该方案能实现高动态下载波信号的快速捕获与精确跟踪。     

Compass导航信号性能评估研究

卫星导航信号体制决定了导航系统的先天性能,是系统设计和升级过程中必须考虑的关键因素之一.本文提出了卫星导航信号体制的性能评估方法,并评估了Compass信号的性能.该评估方法包含了精度、抗干扰、抗多径、兼容性四个方面的内容,分别采用了Gabor带宽、解调抗窄带/匹配谱干扰品质因数、跟踪抗窄带/匹配谱干扰品质因数、多径误差包络、连续平均多径误差包络、谱分离系数、谱安全指数等指标来刻画这些方面的性能.基于我国对外公布的最新信号体制框架,将Compass信号体制和GPS,Galileo信号体制进行对比分析.分析结果表明：对于民用信号,Compass的性能最佳;对于特殊用户,Compass的精度、抗多径能力和GPS,Galileo相当,但抗干扰能力低于GPS和Galileo.这意味着Compass系统在未来的特殊条件下处于劣势.最后,给出了信号体制优化的建议.     

卫星导航MSK扩频调制及跟踪技术研究

针对基于最小频移键控（MSK）扩频调制的卫星导航信号的跟踪问题,建立了通用的MSK调制的信号功率谱密度模型,分析了基于MSK调制的二进制偏移载波（MSK-BOC）信号的跟踪模糊现象,提出了一种基于本地码余弦脉冲成形的稳定的MSK-BOC（n,n）卫星导航信号无模糊跟踪方法,仿真并论证了使用该方法的MSK-BOC（n,n）信号的无模糊码跟踪误差和多径误差包络. 分析结果表明,该方法可以完全消除MSK-BOC（n,n）信号的跟踪模糊现象,简化跟踪环路的软硬件设计,并保证较好的跟踪精度.      

北斗导航卫星伪距偏差特性及减弱方法

导航卫星信号的非理想特性会引起伪距测量产生偏差,具体表现为相同类型接收机具有相同伪距偏差,不同类型接收机的伪距偏差不一致.当提供导航定位服务产品的接收机技术状态与用户端不一致时,伪距偏差将引起导航定位服务性能降低.本文利用超短基线双差伪距O?C(Observation Minus Computation)方法计算了BDS(Beidou Satellite Navigation System)的伪距偏差,发现在早期试验卫星阶段的不同状态接收机之间存在较大的伪距偏差现象,设计了接收机环路参数调整、改变抗多径算法和卫星预失真滤波器参数调整三种减弱伪距偏差的方法.分别试验验证结果表明,接收机环路参数调整能大幅降低卫星之间的伪距偏差,B1I各颗卫星伪距偏差标准差由0.63 m降低至0.36 m;抗多径算法会造成额外的伪距偏差,窄相关算法能大幅减小伪距偏差,B1I各颗卫星伪距偏差标准差由0.36 m降低至0.18 m;调整卫星预失真滤波器参数能在一定程度上减小伪距偏差,单颗卫星伪距偏差降低约0.3–0.4 m.最后,针对BDS卫星伪距偏差解算无固定参考基准的问题,设计了一种基于外频标非实时双差O?C方法,利用该方法分别处理了BDS和GPS(Global Positioning System)数据,并对两个系统卫星伪距偏差的特性进行比较分析.结果表明,BDS和GPS卫星都存在伪距偏差;GPS卫星L2C伪距偏差与BDS-3卫星B1C数据支路相当;GPS卫星L1CA伪距偏差与其兼容互操作的BDS-3卫星B1C导频支路相当;L5C与其兼容互操作的BDS-3卫星B2a信号相比伪距偏差更大.     

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.     

数字伪码跟踪环中的野值剔除新方法

针对伪码跟踪环中由于相位误差鉴别结果出现野值而导致跟踪性能下降的问题,提出了一种野值剔除方法. 该方法根据伪码跟踪环中鉴别器的鉴别范围及环路的跟踪状态,调节野值剔除门限. 与常规伪码跟踪环相比,采用该方法的环路具有更高的跟踪精度和抗干扰能力. 仿真结果表明,设计方法通过有效剔除环路鉴别器输出的野值,提高了伪码跟踪环的跟踪精度和稳定性.     

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。     

CBOC调制导航信号跟踪算法研究及实现

复合二进制偏移载波（CBOC）信号的子载波是四电平的扩频符号,增大了接收机相关基带码的处理难度.针对此问题,本文分析了CBOC（6,1,1/11）信号的跟踪性能,并根据其子载波的特性,改进了TM61跟踪算法.该方法在跟踪的初始阶段利用BOC（1,1）进行同步,实现稳定跟踪后改用BOC（6,1）以提高跟踪精度.最后在自主研发的硬件平台上对该算法进行了验证.结果表明在保证跟踪精度的前提下,该方法有效的解决了由BOC（6,1）多峰现象引起的错锁问题,并且降低了对捕获精度的要求.     

基于小波滤波及载噪比估计的GPS接收机多径抑制

为了抑制城市环境GPS(global positioning system)导航应用中由复杂信号反射引起的多径效应,提出了一种基于假设检验小波阈值滤波处理并联合载噪比估计的GPS接收机多径抑制方法.这种方法作用于GPS导航接收机的码和载波跟踪环路,通过估计由多径引起的跟踪误差,补偿伪距估计量,进而消除多径效应引起的定位误差.仿真实验结果表明,对于城市环境典型导航应用的多径场景,所提出的方法显著改善用户定位精度,能够将定位误差从标准接收机处理下的15.95 m降至1.75 m,而计算量无明显增加.     

一种消除多径对Galileo系统跟踪影响的新方法

为了消除多径对Galileo系统的影响,提高定位精度,介绍了一种抑制多径影响的新方法--高分辨率跟踪技术,并将其应用在多径跟踪抑制方面.主要通过介绍Galileo系统的BOC(binary offset carrier)信号、多径对BOC信号相关特性的影响以及多径对Galileo跟踪性能的影响,给出用高分辨率技术来进行多径抑制的方法.仿真结果显示,高分辨率跟踪技术对多径有很好的抑制能力.     

一种消除多径对Galileo系统跟踪影响的新方法

为了消除多径对Galileo系统的影响,提高定位精度,介绍了一种抑制多径影响的新方法——高分辨率跟踪技术,并将其应用在多径跟踪抑制方面。主要通过介绍Galileo系统的BOC(binary offset carrier)信号、多径对BOC信号相关特性的影响以及多径对Galileo跟踪性能的影响,给出用高分辨率技术来进行多径抑制的方法。仿真结果显示,高分辨率跟踪技术对多径有很好的抑制能力。     

MBOC信号捕获算法性能分析

现代化的GPS和Galileo系统在L1/E1频点增加使用MBOC调制的民用信号。MBOC调制相比BOC(1,1)增加了BOC(6,1)分量,增加高频分量可以提高信号的伪码测量精度和多径抑制性能,但同时也提高了信号捕获的复杂度。文中介绍了MBOC信号3种常用的捕获算法,并从硬件资源和检测性能两方面比较其性能,结果表明窄带匹配滤波捕获算法以损失部分能量为代价,极大降低了实现复杂度。     

码相关参考波形技术在BOC信号接收中的多径抑制性能研究

码相关参考波形（CCRW）技术是一类通过改变码跟踪环路的本地参考信号波形来改善GNSS接收机多径抑制性能的技术的总称.本文对五种波形的CCRW技术在BOC信号接收中的应用及其码跟踪性能进行了分析仿真,其中三种技术为首次应用于BOC接收机中;文中提出了三种基于多径误差包络的多径抑制性能评估指标,并根据这些指标对五种波形的CCRW技术应用于BOC信号时的多径抑制性能进行了定量的比较,得出的结果为针对BOC信号接收机的多径抑制技术设计提供了指导方向.     

一种新型北斗B2频段信号的设计

AltBOC调制信号具备在上下边带承载不同服务的能力,既可独立接收处理单边带信号达到传统BPSK信号性能,也可联合处理实现更高的定位精度,并作为北斗导航系统B2频段的基线。但是AltBOC也有复用效率低调制复杂等缺点。设计了一种新的具有恒包络的调制方式PS-AltBOC(phase shifted AltBOC),详细阐述了PS-AltBOC的调制原理,给出PS-AltBOC的时域频域表达式,并且与AltBOC对比分析了功率谱密度,抗多径能力,带外损耗性能等。分析结果表明,PS-AltBOC与AltBOC具有相似的功率谱密度、抗多径能力、以及码跟踪能力,当接收机前端滤波带宽在30~150 MHz时,其带外损失小于AltBOC调制。仿真结果表明PS-AltBOC可作为北斗B2频段的候选调制方式。     

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.      

Shaping相关器在BOC信号中的抗多径性能分析

为了克服原有抗多径算法在偏移二进制载波(BOC)信号上性能不如粗捕码(coarse/acquisition code,C/A码)的缺点,并消除BOC信号在跟踪时特有的多峰模糊特性,将一种新的参考码应用在BOC信号的跟踪中,并与窄相关器以及高分辨相关器(HRC)技术进行了比较,分别给出了多径误差包络,从仿真结果中得出了最佳参考码码型,并根据最佳参考码分析了成形(Shaping)相关器的噪声性能。Shaping相关器消除了多峰模糊的特点,并在多径误差包络上要优于窄相关器以及HRC算法,也很容易在原有基础上修改实现。该研究为未来的导航接收机中Shaping相关器的应用打下了坚实的基础。