低信噪比高动态条件下载波同步技术研究

针对极低信噪比高动态条件下载波同步问题,采用锁频环（FLL）和锁相环（PLL）相结合的方法来实现载波跟踪。对常用的叉积自动频率跟踪环（CPAFC）进行了改进,改进后的鉴频算法具有更快的捕获速度。对整体环路进行仿真,结果表明了该环路能有效地解决载波快速捕获与精确跟踪的问题。     

高动态下直扩接收机关键模块的设计与仿真*

高动态给扩频信号带来较高的多普勒频移,使伪随机码产生较大的动态时延,很容易造成载波跟踪环和码跟踪环的失锁。为了提高跟踪环路的动态应力,防止跟踪环路失锁,在分析了捕获与跟踪原理的基础上,提出了一种捕获与跟踪的设计方案。该方案捕获采用基于FFT的并行快速捕获算法,载波环采用2阶锁频环FLL(frequency locked loop)辅助3阶锁相环PLL(phase locked loop),码环采用2阶延迟锁定环DLL(delay lockedloop)。MATLAB仿真结果表明,在高达65 g的视距动态应力条件下该设计也能够表现出其精确、稳定的性能。     

基于载波频率辅助相位的GPS信号跟踪算法

针对传统全球定位系统(GPS)接收机在高动态环境下跟踪性能不理想,提出一种基于载波频率辅助相位的GPS信号跟踪算法。利用锁频环(FLL)辅助锁相环(PLL)的方式代替传统单一跟踪环路,通过卡尔曼(Kalman)滤波器对接收机各跟踪通道中频信号进行综合处理。根据多条跟踪通道的伪距和伪距率残差对系统状态参量进行综合估计,并搭建Kalman滤波器的状态方程和量测方程,给出了跟踪环路反馈量,与传统标量跟踪模式下的跟踪性能进行了对比。仿真结果表明,基于载波频率辅助相位的GPS信号跟踪算法进入稳态时间减小了100 ms,位置误差精度提高了5 m,速度误差精度提高了近3 m/s,在接收机用户快速运动的环境下,能够很好地处理高动态信号。     

卫星定位接收机载波跟踪的设计与实现

介绍了卫星定位接收机载波跟踪部分的设计和实现。在对比分析了载波频率跟踪(FLL)和载波相位跟踪(PLL)各自优点的基础上,提出一种易于通过FPGA实现的二阶FLL和三阶PLL相结合的载波跟踪方法。硬件实现采用Altera Cyclone Ⅱ FPGA中的EP2C70。对该模块的Verilog硬件描述语言编程方法也进行了详细说明。实验测试结果表明该设计可以很好地满足动态性能和跟踪精度的要求。     

一种高动态USB应答机的设计与实现

为了同时满足高动态USB应答机动态性能和跟踪精度两方面的需求,提出了一种FFT频率引导、FLL辅助PLL的载波捕获跟踪方案,详细设计了环路滤波器的结构和参数,分析了环路带宽、载噪比对载波频率跟踪和载波相位跟踪性能的影响,并介绍了相关硬件结构。根据此方案研制的应答机,经动态模拟试验检验,其动态范围已达±120kHz,多普勒频移一次变化率32kHz/s,二次变化率200Hz/s2,初始捕获时间小于1s。     

INS加速度信息辅助GPS载波跟踪方法研究

为了解决GPS接收机载波跟踪环路在高动态环境下很容易失锁的问题,提出了一种利用INS加速度信息来辅助接收机跟踪环路的方法。该方法利用INS和GPS组合滤波后的信息以及INS的加速度信息,计算多普勒变化率,加入到跟踪环路中,为载波跟踪提供辅助。文中通过仿真实验,完成了对该GPS定位精度以及跟踪环性能的分析验证。实验结果表明,利用INS加速度信息辅助GPS接收机,有效地降低了动态对载波环的影响,提高了载波环的动态跟踪性能,同时通过降低载波环噪声带宽,提高了载波环的跟踪精度。     

一种适用于多普勒高阶变化率的载波跟踪算法

针对多普勒高阶变化率的载波跟踪问题,分析了现有二阶锁频环辅助三阶锁相环的局限之处,设计了一种三阶锁频环辅助四阶锁相环的载波跟踪算法,从理论上证明了该算法可以对多普勒高阶变化率信号进行无误差跟踪,并根据环路传递函数和环路带宽,推导出了环路所有参数的计算方法,最后通过环路模式切换及环路带宽设置策略,既加快了整个载波跟踪环路的收敛速度,又提高了载波频率跟踪精度,保证了跟踪的稳定性。仿真结果表明,对于多普勒高阶变化率信号,该算法能够有效地完成信号的载波跟踪并正常解调出原始数字信息,因此有较高的应用价值。     

GPS软件接收机载波跟踪环的设计实现

在接收机的信号优化问题的研究中,多普勒频移的跟踪是GPS信号解扩的关键技术之一.针对传统载波跟踪环路中由接收机加速度和加加速度引起的多普勒频移跟踪误差大的缺点,根据科斯塔斯(Costas)环实现载波跟踪的基本原理,为了减少信号误差,提出了接收机载波跟踪环路中鉴别器、滤波器和载波NCO的一种软件实现方法,推导出在不同动态环境下载波跟踪环路带宽和环路频率更新时间的理论值范围,最后对不同动态软件接收机接收的信号进行了跟踪仿真.结果表明:设计的载波跟踪环路功能正常,性能稳定,可快速精确地完成GPS信号的载波跟踪.     

复杂环境下INS辅助GPS跟踪环路研究

为实现超紧INS/GPS组合接收机跟踪高动态、微弱GPS信号,分析了超紧组合的基本结构,并根据载波环路噪声与带宽的关系,研究并设计了一种INS辅助GPS接收机载波和码跟踪环路的具体实现方案.整个环路进行r仿真.结果表明:载噪比为45 dB/Hz时,载波和码环带宽可降至2,0.03 Hz;而在满足带宽大于或等于20,0....     

基于多载波环融合的GPS高动态信号跟踪方法

研究全球定位系统(GPS)导航高动态接收跟踪信号精度优化问题,针对GPS在高动态环境下信号跟踪精度不高,并容易失锁的问题,提出了一种新的跟踪方法。基于锁相环,锁频环,四象限反正切鉴频器和锁频环辅助锁相环构建多载波环相融合的跟踪环,利用频率和相位判决因子,调整选用不同跟踪环更新本地载波频率发生器以实现稳定跟踪。仿真结果表明,提出的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150g的超高动态GPS信号,并在高动态环境下提高了GPS信号的跟踪精度,为多载波设计提供了参考依据。     

Kalman滤波理论在GNSS信号跟踪中的应用

在分析传统GNSS接收机跟踪环路的基础上,对传统的码环滤波和载波滤波在复杂的环境下精度不高的问题,提出一种以自适应Kalman滤波算法代替码环和载波环中的两个环路滤波器,并依据新息自适应的对测量噪音实时调整,将调整结果输入到卡尔曼跟踪环路,估计跟踪误差、实现GNSS(扩频信号)信号的跟踪,提高环路在复杂应用环境下的跟踪精度。仿真结果证明了这种方法提高了跟踪精度,对环境的适应能力有了明显的增强。     

适用于高阶QAM的改进型Costas环研究

为提高高阶正交幅度调制(QAM)解调中载波恢复的收敛速度及跟踪稳定性,基于软件无线电设计思路和传统科斯塔斯(Costas)环基本原理,提出一种改进型Costas环的研究方法。该方法采用符号鉴相器代替传统的乘法器鉴相器,设计的环路滤波器运用多系数调整取代传统的一组系数调整。以1024QAM信号解调为例,通过使用Matlab/Simulink下的System Generator工具箱对解调系统建模仿真,以验证其载波恢复性能。仿真结果表明,改进的Costas环能准确地对接收的高阶QAM信号进行载波恢复,且与传统算法相比,改进后的环路跟踪平稳、收敛速度更快速、误码率更低,较好地改善了通信质量。     

基于载波表的GPS载波跟踪环路研究

实时GPS软件接收机可以使用查找表的方法得到本地复现载波以减少运算量。载波表是由一组具有一定频率间隔和固定初始相位的正弦和余弦信号组成。传统的载波跟踪环路无法使用具有离散频率和不连续相位的复现载波完成GPS载波跟踪。针对这一问题,使用相位补偿算法对载波进行相位补偿,设计了基于载波表的载波跟踪环路。仿真结果表明该载波跟踪环路能有效实现GPS信号的载波跟踪,且与传统的载波跟踪环路相比仅有微小的信噪比损失和频率跟踪精度衰减,可用于实时GPS软件接收机设计。     

FLL辅助PLL载波跟踪环路误差分析

在GPS接收机中,为了跟踪多普勒变化率,需要采用三阶锁相环;为了增大跟踪的动态范围需要锁频环进行辅助跟踪。为了分析二阶锁频环辅助下的三阶锁相环的跟踪误差,建立了环路的数学模型,重点分析和推导了环路的热噪声误差。通过Simulink仿真验证了误差公式的正确性,为以后的环路优化提供了参考。     

基于自适应强跟踪Kalman滤波的GNSS跟踪环路设计

为提高GNSS接收机跟踪环路在复杂环境下的跟踪性能,提出一种基于自适应强跟踪Kalman滤波(ASTKF)的跟踪环路,在传统跟踪环路的基础上,以鉴相器输出为观测量进行自适应强跟踪Kalman滤波,滤波结果用于计算导航滤波器的观测量,同时将伪码频率和载波多普勒频率反馈到码NCO和载波NCO,在ASTKF中使用基于卡方分布的渐消因子计算方法,提升跟踪环路鲁棒性。半物理仿真实验表明,相比于基于Kalman滤波的跟踪环路和基于强跟踪Kalman滤波(STKF)的跟踪环路,所提出方法在水平方向上的位置误差和速度误差减小20%以上,有效提高了卫星导航接收机的定位性能。     

一种改进的载波同步Costas环路设计及实现

提出了一种基于Cosms环（科思塔斯环）载波同步的改进环路，它具有可变环路增益和可变环路带宽。与传统的Cosms环相比，改进环路增加了频差估计、增益控制和环路锁定检测三个辅助电路。该方法能较好地处理环路带宽、稳态相位误差与环路增益之间的关系，在FPGA上已成功实现。     

卫星USB测控副载波同步算法研究

吉林一号卫星测控采用USB测控体制,遥控接收采用FFT+DPLL1+DPLL2的架构,FFT主要实现对载波的粗捕,DPLL1在FFT的基础上实现对载波相位的精跟踪,DPLL2实现副载波的跟踪。对遥控副载波跟踪所用到的数字PLL技术进行了研究,首先给出了载波多普勒折算到副载波上的方法,然后对模拟PLL数字化进行了详细的论述,并设计了遥控副载波同步用的PLL2,对其稳定性、快捕带及快捕时间、捕获带和捕获时间、同步速率等进行了分析和仿真。结果表明,该方法具有捕获时间短、跟踪精度高、稳定性好等特点,易于数字化实现,已成功在吉林一号系列卫星中得到应用。     

基于UKF的高动态GPS载波跟踪

在高动态环境下,传统的GPS载波跟踪环无法保证可靠的跟踪．本文提出一种改进的基于无迹卡尔曼滤波的高动态载波跟踪方法,采用频率快速牵引方法来保证滤波快速收敛,并加入了一种载波幅度的估计方法．利用美国喷气推进实验室高动态载体模型对环路的跟踪性能进行了测试．测试结果表明,该方法在高动态环境下不仅能快速牵入和锁定载波信号,而且在高达lOOg／s的加加速度作用过程中也能持续精确的跟踪．     

直扩QPSK系统中Costas环原理及其实现

介绍了某直接序列扩频、QPSK调制系统接收通道中四相Costas载波跟踪环的原理及其基于DSP+FPGA的实现。着重论述了跟踪环的鉴相特性和环路滤波器的设计和参数计算。     

一种非数据辅助的OFDM残余频偏跟踪方法

针对高速正交频分复用(Orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)系统,提出了一种新的非数据辅助(Non-data aided,NDA)载波残余频偏(Residual frequency offset,RFO)跟踪方法.利用RFO造成的时域信号相位旋转和频域子载波相位偏移特性,提取相位误差信息,并通过设计合理的环路滤波器输出误差估计量补偿时域和频域相位.该方法适用于相移键控(MPSK)调制的OFDM系统,可对不超过子载波间隔5%的残余频偏进行精确的跟踪.由于不需要利用导频子载波,提高了传输效率.本文对算法进行了计算机仿真,结果表明,该方法在加性高斯白噪(AWGN)和多径(Multipath)信道下具有良好的性能,且实现复杂度低.