GNSS接收机跟踪环路结构和特性分析

分析了全球导航卫星系统(GNSS)接收机标准(标量)跟踪环路、基于卡尔曼滤波估值的跟踪环路、矢量跟踪环路、INS辅助的跟踪环路以及INS辅助的可配置跟踪环路等跟踪环路的结构和特性及实现的算法复杂性,给出了一种典型的VDFLL实现方法,指出了在不同的应用环境中应采用不同的跟踪环路以使GNSS接收机性能价格比达到最优。     

GPS接收机载波跟踪环设计与分析

针对GPS接收机载波跟踪环环宽与跟踪的动态性能问题,在分析影响GPS信号动态性能的主要参数热噪声、晶振Allan相位噪声、晶振振动相位噪声和动态应力的基础上,通过对不同阶数的锁相环、锁频环跟踪门限分析与仿真,主要解决了如何设计GPS接收机的载波跟踪环路的带宽,并使系统性能达到最佳的问题,即使用环宽为18 Hz的二阶锁相环辅助环宽为10 Hz的三阶锁频环可以跟踪动态范围小于10 g、100 g/s的高动态信号。     

INS辅助GPS载波跟踪环分析

高动态环境会造成较大的多普勒频移,这使得一般的GPS接收机在没有外界辅助的情况下难以可靠工作.为了同时满足高动态GPS接收机动态性能和噪声抑制两方面的需要,GPS/INS紧耦合系统利用INS的信息辅助GPS接收机的载波跟踪回路.对紧耦合系统的关键技术--INS辅助GPS载波跟踪回路进行了系统分析,阐述了INS信息辅助G...     

GPS软件接收机跟踪环路设计

GPS软件接收机跟踪环路的设计在环路参数与鉴相器选择上有很大空间。在分析GPS跟踪原理的基础上．对比码环与载波环不同鉴相器的性能,然后在不同环路参数下对跟踪效果进行了仿真比较,最后选择一组鉴相器并设计合适的环路参数,对实际采集的GPS中频信号进行跟踪,跟踪结果验证了设计环路的有效性。     

GPS软件接收机跟踪环路设计

GPS软件接收机跟踪环路的设计在环路参数与鉴相器选择上有很大空间.在分析GPS跟踪原理的基础上,对比码环与载波环不同鉴相器的性能,然后在不同环路参数下对跟踪效果进行了仿真比较,最后选择一组鉴相器并设计合适的环路参数,对实际采集的GPS中频信号进行跟踪,跟踪结果验证了设计环路的有效性.     

基于I/Q支路相干积分观测滤波的GPS接收机信号跟踪方法

针对传统GPS接收机在弱信号环境下跟踪误差大,收敛速度慢的缺点,该文提出一种基于I/Q支路相干积分观测滤波的GPS信号跟踪方法。将接收机I/Q支路相干积分输出为观测量,应用无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)算法构建卡尔曼滤波器,得到基带数字信号处理滤波模型,闭合接收机跟踪环路。该方法能够有效减小传统GPS跟踪环路中信号参数的估计误差,提高接收机抗干扰能力和弱信号环境下环路跟踪性能。仿真对比结果表明,不同载噪比环境下相比传统GPS信号跟踪的方法,基于I/Q支路相干积分观测的信号跟踪算法能够提高跟踪精度,加快跟踪收敛速度。     

数字AGC技术研究与FPGA实现

在短突发无线通信中,要求数字自动增益控制环路(DAGC)捕获带宽大,捕获时间短,为加大环路的捕获带宽,应提高环路的增益K或者增加环路滤波器带宽,但是提高环路增益或增加环路滤波器带宽往往与提高环路的跟踪性能和抗噪声性能的要求相矛盾.针对以上需求,设计了具有快速捕获能力且跟踪和滤波性能较好的DAGC电路,并且基于现场可编程门阵列(FPGA)实现,该方法经过检验,可运用到实际系统中.     

动态环境下载波锁相跟踪环的信号级仿真

在接收信号载噪比一定的前提下,针对GPS软件接收机在不同运动状态下载波环跟踪的问题,仿真研究了不同环路的跟踪性能:在低加速度动态下采用2阶锁相环跟踪更佳,在高加速度动态下则应该采用3阶锁相环跟踪。通过仿真验证了环路的有效性。此外通过仿真发现当载噪比和滤波器噪声带宽一定的情况下,选择合适的预检测积分时间可以有利于载波跟踪。     

一种矢量跟踪环路及其抗干扰性能分析

针对GPS信号在接收端的功率较弱,接收机在载噪比低的环境中很容易受到其他信号的干扰,该文提出一种基于矢量跟踪环路的接收机设计方法,在跟踪环路环节对干扰信号进行抑制。以实际的伪距、伪距率误差为状态量,量测得到的伪距、伪距率误差为观测量构建跟踪环路滤波器,利用更新后的接收机位置,计算出接收机与可视卫星间的观测矢量,完成闭合反馈回路。接收机的信号跟踪与导航解算部分融合一体,改变了传统接收机的结构。对比分析标量和矢量跟踪环路的预测伪距方差,来研究矢量跟踪环路对干扰信号的抑制性能。采用实际卫星星历进行仿真实验,验证了矢量跟踪环路比标量跟踪环路的预测伪距方差小,抗干扰能力强。     

GPS/SINS组合的抗干扰性能分析

通过对GPS接收机跟踪环路的抗干扰性能进行深入讨论,分别得出GPS/SINS组合以及C/A码GPS接收机的抗干扰性能以及二者间的差异,并通过C/A码接收机的注入式干扰实验,对理论分析进行了验证。分析结果表明,GPS/SINS组合具有更强的抗干扰能力,其抗干扰能力可达到50dB以上。     

Applications of New Fuzzy Inference-Based Tracking Loops for Kinematic GPS Receiver

Carrier phase measurement is essential for high-accuracy measurement in kinematic global positioning system (GPS) applications. For GPS receiver design, a narrow noise bandwidth is desired to decrease phase jitter due to thermal noise. However, this bandwidth will deteriorate the capability of the tracking loop and result in cycle slipping. Based on bandwidth adjustment criteria, a novel intelligent GPS receiver is proposed for solving the carrier phase tracking problem in the presence of high dynamic environments. A phase error estimator is developed in the carrier loop to conduct the phase error signals; i.e., frequency and frequency ramp errors. Two kinds of fuzzy inference (FI)-based approaches, fuzzy logic control and adaptive neuro-fuzzy control methods, that are simple and have easy realization properties are designed to perform rapid and accurate control of the digital frequency phase-locked loop (FPLL). A new design procedure for kinematic GPS receiver development is also presented. The computer results show that the FI-based receivers achieve faster settling time and wider pull-in range than the conventional tracking loops while also preventing the occurrence of cycle slips.     

GNSS/INS组合导航在飞行校验系统中的应用

目前的飞行校验系统以 GPS 作为空间基准,这种定位方式在精度、性能、可靠性方面都存在着固有缺陷。本文介绍的同步定位-姿态-导航(SPAN,Synchronous Position,Attitude and Navigation)技术集合了两种不同但互补的技术：全球导航卫星系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)定位技术和惯性导航技术。通过二者的结合,SPAN 技术可以达到取长补短的目的,组合后的导航系统无论在精度、性能、可靠性方面都优于单独的子系统。将这项技术应用于飞行校验系统,利用 GNSS 定位的绝对精度加上惯性测量单元(IMU)陀螺和加速计测量的稳定性,就可以在卫星信号丢失或者高动态应用环境下仍然提供持续、稳定、可靠的位置及姿态数据。     

引入微分控制思想的辅助GPS载波跟踪环路设计

 载波信号跟踪环路制约着GPS接收机的工作性能,针对其易受高动态和弱信号等环境干扰的缺陷,提出一种引入微分控制思想、应用SINS辅助接收机载波跟踪环路的设计方法.剖析应用于载波跟踪的相位锁定环(Phase Locked Loop,PLL),并将其近似为PI控制模型;在验证辅助信息引入时环路系统稳定的基础上,增加类微分控制项,利用SINS的输出和时钟误差信息估算的多普勒频率作为跟踪环路的中心频率,辅助PLL实现载波信号跟踪;仿真结果表明提出方法能够有效地缩短跟踪环路带宽,缓解热噪声和动态应力之间的矛盾,进而改善载波环路的频率响应和跟踪误差.     

基于阵列天线的高性能导航系统设计与分析

本文将惯性制导技术和阵列天线技术应用到GPS 接收机中以提高导航系统的整体性能,文章分析了GPS/INS 紧耦合模型的结构和数学模型,给出了相应的EKF 算法,分析了阵列天线抗干扰处理的原理和技术。在此基础上,给出了基于GPS/INS 与阵列天线相结合的导航系统模型。最后对该系统的输出载波噪声比（C/N0）进行了仿真分析,结果表明本系统可以有效的抑制干扰信号的影响,保证导航系统的可靠工作。     

Mobile GPS carrier phase tracking using a novel intelligent dual‐loop receiver

Carrier phase information is necessary for accurate measurements in global positioning system (GPS) applications. This paper presents a novel intelligent GPS carrier tracking loop with variable‐bandwidth characteristics for fast acquisition and better tracking capability in the presence of dynamic environments. Our dual‐loop receiver is composed of a frequency‐locked loop‐assisted phase‐locked loop structure, the fuzzy controllers (FCs), and the ATAN discriminator functions. The soft‐computing FCs provide the time‐varying loop gains to perform accurate and reliable control of the dual‐loop paradigm. Once the phase dynamic errors become large under kinematic conditions, the fuzzy loop gains increase adaptively and achieve rapid acquisition. On the other hand, when the tracking errors approach zero in the steady state, the loop gains decrease and the corresponding dual‐loop receiver returns to a narrowband system. Four types of carrier phase signals, i.e. phase offset, decaying sinusoidal phase jitter, frequency offset, and frequency ramp offset, are considered to emulate realistic mobile circumstances. Simulation results show that our proposed receiver does achieve a superior performance over conventional tracking loops in terms of faster settling time and wider acquisition range while preventing the occurrence of cycle slips. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

高动态条件下测控系统载波跟踪环路优化设计

航天测控系统中载波跟踪误差主要来源于热噪声和航天器动态应力,对载波跟踪环路的优化一般通过调整环路等效噪声带宽来实现.分析了航天测控系统中航天器的动态应力特性及环路跟踪误差特性,导出由载噪比和动态应力决定的环路最佳带宽表达式,提出一种通过环路自身状态估计载噪比和动态应力的方法,通过对载噪比和动态应力的实时估计实现对环路参数的实时调整.仿真结果表明,该算法在动态应力和载噪比时变的高动态场合可以实现稳定的载波跟踪,测量精度得到明显改善.     

高动态GPS接收机环路跟踪技术研究

为了解决加速度45g、加加速度10g/s的高动态环境下GPS信号的载波跟踪、码跟踪及其精度问题,提出了一种综合考虑动态和精度性能的载波环和码环优化设计方案,探讨了高动态情况下载波环和码环的结构设计及捕获转跟踪技术,分析了FLL/PLL/DLL环路的动态应力、暂态响应和鉴别器特性,总结了实用的控制策略和环路带宽。该方案经自主开发的软件接收机测试验证,可以在达到很高动态特性的同时满足一定的测距精度和定位精度要求。