GPS接收机码/载波跟踪环技术及其抗干扰能力分析

为了提高GPS接收机的抗干扰能力，美国采取了一系列抗干扰技术措施，其中码／载波跟踪环技术是现代数字GPS接收机普遍采用的技术。本文主要通过分析数字GPS接收机的码／载波跟踪环技术，根据经验法则确定的载波跟踪环（PLL）与码跟踪延迟锁相环（DLL）门限，对采用码／载波跟踪环技术的GPS接收机的抗干扰能力进行分析。     

干扰对GPS接收机伪距测量精度的影响

本文根据GPS接收机伪距测量的原理，以GPS接收机的载波噪声功率密度比(C／NO)为基础，分析压制干扰对GPS接收机伪距测量精度的影响。若要在干扰环境下提高GPS的定位精度，必须采取措施提高GPS接收机的抗干扰能力，如采用外部导航辅助等。     

GPS接收机载波环辅助码环跟踪性能研究

在GPS接收机中载波环辅助码环是一种常用的技术,通过载波辅助可消除码环的动态应力,减小码环带宽和码环阶数,提高测量精度。本文分析了GPS接收机中晶振产生的采样率抖动对载波环辅助码环的影响,指出采样率抖动使得载波环辅助码环的比例因子发生变化,不能提供精确的辅助,因而码环带宽不宜设的过小。同时本文还给出了载波环辅助码环的跟踪结构对弱信号的跟踪性能,实验结果显示,这种结构可以对-156dBm的信号保持稳定跟踪。     

基于VC++的GPS软件接收机设计

由于GPS软件接收机具有需要硬件资源极少、可移植性强、开发新算法成本低等诸多优点,成为了新一代GPS接收机研制的热点.完成了基于快速傅里叶变换(FFT)算法的卫星信号的捕获算法、基于混合载波跟踪环的载波跟踪和码跟踪算法、卫星星历数据的提取及卫星状态解算算法和伪距测量算法等算法的仿真验证,介绍了基于VC++的GPS软件接收机的设计方法和过程.该软件接收机可以输出各个通道跟踪到卫星信号的载波频率、伪码频率及伪距,卫星星历及卫星状态,接收机的位置、速度信息以及各种DOP值等诸多信息.最后,给出了所开发的GPS软件接收机在实际GPS数字中频信号下的定位结果.结果表明,该软件接收机的定位误差在20 m以内.该GPS软件接收机系统采用纯软件的方法实现了硬件GPS接收机数字中频信号后的所有功能,算法修改灵活,可为进一步研究GPS接收机的各种算法提供一种方便快捷的仿真平台.     

干扰对GPS接收机伪距测量精度的影响

本文根据GPS接收机伪距测量的原理,以GPS接收机的载波噪声功率密度比(C/N0)为基础,分析压制干扰对GPS接收机伪距测量精度的影响。若要在干扰环境下提高GPS的定位精度,必须采取措施提高GPS接收机的抗干扰能力,如采用外部导航辅助等。     

载波相位平滑伪距算法研究与精度分析

伪距测量值是GPS接收机最基本的距离测量量,对导航定位的精度具有重要影响,通过一些方法提高伪距精度可以有效改善定位精度,而载波相位平滑伪距是提高伪距精度的一种简单有效的方法。文章在阐述平滑伪距原理的基础上,介绍了一种载波相位平滑伪距技术,并详细分析了平滑窗口、周跳判断门限的选取对该技术平滑效果的影响。以高动态数据为例,确定参数的合理取值,进行定位精度分析和伪距精度改进分析,并从统计角度分析了载波相位、伪距及平滑伪距之间的相互关系。结果表明,该方法能够有效提高伪距测量的精度,对提高GPS接收机的实时定位精度具有实际应用价值。     

GPS软件接收机关键技术研究及实现

研究了GPS软件接收机的关键技术和具体实现。设计并实现了一种基于FFT的码相位并行的快速信号捕获方案：介绍了码跟踪环与载波跟踪环的算法流程并详细推导了伪距及精密伪距的计算过程,在建立载体运动模型的基础上运用卡尔曼滤波对定位结果滤波处理,提高了定位精度,减小了定位方差。通过实验,验证了文中软件接收机算法的可行性,接收机定位精度较高,定位均方差较小。     

基于TDOA/FDOA相位条纹的高精度GPS信号跟踪方法

针对传统GPS接收机跟踪环路结构复杂,以及在低信噪比(SNR)、高动态条件下跟踪性能较差的问题,该文提出一种基于相位条纹斜率检测的跟踪新方法。通过采用到达时差(TDOA)的频域相位测量伪码时延,到达频差(FDOA)的时域相位测量载波多普勒频偏。该方法降低了环路实现的复杂度,同时提高了跟踪精度。仿真结果验证了该方法的有效性和稳定性,在载噪比为32 dB-Hz时,相比传统方法,基于TDOA/FDOA相位条纹法的码相位测量精度提高了60%,载波多普勒测量精度提高了31%,且在高动态环境中也能实现精确跟踪,对改善GPS接收机跟踪性能具有研究意义。     

一种高动态GPS接收机跟踪环路设计

一般地，高动态接收机跟踪环路必须采用较宽的带宽和／或采用比静态接收机较高阶的跟踪环路。本文选用了一种常见的GPS接收机跟踪环路模型，充分分析了环路时序控制的设计，以及环路参数的设计，在设计中码环采用二阶转三阶环或载波辅助码跟踪的二阶环，载波环采用二阶频率环，使跟踪环对加速度动态应力的稳态误差为零，能够满足预设的动态要求。     

不同平滑时间常数对载波平滑码伪距结果的影响分析

伪距和载波相位是接收机的两个基本距离测量值,两者既有明显区别,又呈互补特性。伪距测量值包含钟差、大气延迟等各种误差,但是它真实反应卫星与接收机之间的距离;载波相位测量值含有整周模糊度,但是它非常平滑,精度很高。此外,多径效应对码伪距测量值的影响也远远大于对载波相位测量值的影响。目前,业界通常采用载波平滑码伪距的方法整合码伪距和载波测量的优点,输出一种既无模糊度又相对平滑的伪距测量值。通过设定不同的平滑时间常数和添加电离层模型对载波平滑码伪距的平滑结果进行分析,从而评估滤波器在不同时间常数条件下的性能,最终为平滑时间常数的选择提供决策依据。     

扩频通信接收机关键技术的FPGA实现

扩频伪码的捕获与跟踪是扩频通信接收机的关键技术,其实现十分复杂并且需要大量的软/硬件资源。为了实现接收机的小型化、降低功耗、提高系统的性能和可靠性,提出了采用FPCA实现扩频伪码的捕获与跟踪及其他关键技术,在FPCA上集成数字下变频、载波振荡器、匹配滤波器、伪码发生器、载波跟踪环、伪码跟踪环和解扩共7个模块。详细讨论了各模块的设计方案,并对扩频伪码的捕获进行了仿真,仿真结果证明了设计方案是正确的。     

GPS接收机Z跟踪技术抗干扰性能分析

Z跟踪技术是民用GPS接收机为消除或减弱AS（Anti—Spoofing）政策影响,实施精密测距和高精度导航定位的一种有效方法。通过分析Z跟踪技术载波相位测量的基本原理,研究了GPS接收机Z跟踪技术的抗压制干扰、抗欺骗干扰性能。结果表明：采用Z跟踪技术的GPS接收机与C／A码接收机的抗压制干扰基本相同;其在信号捕获状态下的抗欺骗干扰能力取决于欺骗干扰信号与GPS信号的相关程度,而在信号跟踪状态下抗欺骗干扰能力则等同于抗伪随机噪声码干扰能力。     

GPS接收机伪码测距方法及误差分析

根据全球定位系统(GPS)的信号特点,介绍了GPS接收机利用L1频段C/A码进行伪码测 距的原理和方法,提出了一种简单、易行的位同步环设计 方法,并与传统设计方案进行了对比。最后,对影响伪距测量值的因素进行了讨论,给出了 误差计算的方法,分析了对测距精度的影响。     

压制干扰对GPS接收机码跟踪环的性能影响分析

压制干扰是GPS接收机面临的重要的人为威胁之一,对伪码跟踪的跟踪测距精度产生影响,甚至导致伪码跟踪环失锁。干扰对伪码跟踪环的影响模型涉及许多因素,建模比较困难。以常用的非相干超前减滞后功率延迟锁定环为例,建立了码跟踪环在宽带噪声干扰、窄带干扰和点频干扰下的跟踪误差模型,比较了压制干扰对C/A码和P(Y)码跟踪环性能的不同影响。通过对不同干扰方式下C/A码和P(Y)码跟踪误差的仿真,得出了对C/A码和P(Y)码跟踪环性能影响较大的干扰方式和干扰频率,为GPS接收机干扰方法和抗干扰措施的选择提供了理论依据。     

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。     

GPS定位技术在航天器高动态导航中的应用问题研究

本文着重讲述了 GPS 系统在航天器动态导航中的应用问题，分析了航天器高动态环境下对 GPS 信号的捕获和跟踪所带来的影响。提出了 FFT 码快速捕获算法，以及二阶 FLL 与三阶 PLL 混合载波跟踪方案，并对码环和载波环的结构和参数的设计方法进行了说明。仿真结果和分析表明该方案能在航天器高动态环境下实现信号的快速捕获，且能较好地满足接收机动态性能和跟踪精度的要求。     

各种体制的导航制导系统

9908184GPS 载波相位测量的一种应用[刊]/王永澄//数据采集与处理.—1998,13(4).—339～342(V)简要介绍了 GPS 相位平滑伪距的原理,提出了用两个载波在两个历元的相位观测量的双差来消除相位周跳,并进一步对两个载波的码伪距差进行平滑,对实际数据进行处理的结果表明了这种算法改进了双频码伪距差的测量精度。参3     

GPS双频接收机单点定位算法研究

为了提高单点定位的精度,利用GPS双频接收机接收到的双频码伪距和相位伪距测量值进行组合,消除了卫星钟差、接收机钟差、电离层延迟和对流层延迟等误差因素,求出了双频的整周模糊度,并对周跳进行了探测和修复,应用消除了电离层效应的相位伪距值对码伪距进行了平滑,得到了更高精度的伪距值,进而求出接收机坐标.最后,进行了实例分析,理论值与测站的标准坐标值进行了比较,精度较高,并且具有很好的稳定性.     

高动态下GPS信号的捕获和跟踪技术研究

为检测高动态GPS信号,需要设计码环及载波环的捕获和跟踪数字系统。如何快速捕获信号,并进行精确跟踪,是问题的关键。针对高动态环境下GPS信号的捕获和跟踪问题,分析了高动态环境对GPS信号的影响,提出了FFT码快速捕获算法,以及二阶FLL与三阶PLL混合载波跟踪方案,并对码环和载波环的结构和参数的设计方法进行了说明。仿真结果和分析表明该方案能在高动态环境下实现信号的快速捕获,且能较好地满足接收机动态性能和跟踪精度的要求。     

卫星导航基带二次载波剥离跟踪技术

针对现代卫星导航接收机及OEM板低功耗、待机长等需求,本文提出一种卫星导航基带二次载波剥离跟踪技术。首先剥离原始中频,然后对残余载波进行跟踪。该技术可大幅度降低基带数据速率,减小数据量,在FPGA上实现时,复用单个跟踪通道即可完成对16颗卫星信号的实时跟踪。实验结果表明,二次载波剥离跟踪技术较传统跟踪技术节省了30%的硬件资源,且可达到以下性能指标:跟踪灵敏度-139d Bm,伪距测量精度0.5m,载波相位精度0.01m。