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。     

GPS L2频率P(Y)码跟踪及FPGA实现

P(Y)码的稳定跟踪是GPS双频高精度接收机中必不可少的一项功能,也是接收机中的主要关键技术。由于P(Y)码含有未知的加密码且L2 P(Y)载噪比较低,实现L2 P(Y)码的载波跟踪有多种困难。为了实现高精度接收机的P(Y)码跟踪,采用了半无码跟踪(Z跟踪)技术,根据交叉相乘的原理,利用L1支路的短积分值获得的W码符号位,交叉相乘L2支路的短积分相关值,消除加密码W码的影响并采用长相干积分的方式,实现了L2 P(Y)的稳定跟踪。在硬件平台上实现了无周期P码的生成,交叉相关算法的实现,长相干积分以及P(Y)码捕获和跟踪等关键技术,并最终实现了在FPGA硬件平台上的稳定跟踪。     

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。     

一种新型结构数字载波跟踪环及其Z域稳态性能分析

 提出一种具有串联环路结构的新型数字载波跟踪环,以解决极低载噪比下高动态载波信号的跟踪问题.在输入纯载波信号时,通过建立Z域全相位模型,对新型载波环稳态性能和稳定条件进行了理论推导,得到稳态相差和稳定条件与环路参数间的解析式.理论分析表明,该新型载波环的动态跟踪能力等价于高阶锁相环,且稳定条件比后者更容易满足.仿真结果验证了上述结论.所得结论可用于评估接收机载波跟踪性能及指导环路设计,并为设计高阶锁相环提供了一种新思路.     

“北斗”B2频段导航信号伪码跟踪性能分析

与传统卫星导航信号体制不同,新一代“北斗”B2频段导航信号采用了交替二进制偏移载波调制（AltBOC）体制,因此伪码跟踪性能也与传统信号体制有较大差异。首先介绍了AltBOC调制信号原理及特点,然后根据码跟踪精度理论比较了新型调制信号与传统信号体制的性能差异,分析了不同鉴相器时B2频段信号的码跟踪误差,并对不同相关器间隔、环路带宽、前端带宽、载噪比环境条件下的伪码跟踪误差进行了仿真分析。仿真结果表明,提高信号载噪比、射频前端带宽或减小相关器间隔、环路带宽均能减小码跟踪误差。研究结果对新一代“北斗”导航信号新体制性能的评估以及“北斗”导航接收机的系统设计具有一定指导意义。     

一种改进的GPS弱信号跟踪算法

针对目前GPS(全球定位系统)软件接收机中常用的跟踪环路难以跟踪弱信号的缺点,结合卡尔曼滤波技术,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的GPS弱信号跟踪算法.该算法通过改进传统卡尔曼滤波的观测方程,提高了信号估计精度.仿真结果表明,在载噪比低至23 dB· Hz的GPS信号跟踪条件下,传统跟踪环路已无法跟踪信号,但该改进的跟踪方法仍能跟踪.总体来说,该改进算法可用于GPS弱信号的跟踪,也可以用于其他GNSS(全球卫星导航系统).     

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.     

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。     

极低载噪比高动态信号的载波跟踪锁频环研究

为提高极低载噪比下锁频环对含较大多普勒变化率成份的高动态回波信号的频率跟踪能力,提出了一种改进的锁频环结构,在传统锁频环基础上,增加1个环专门用于跟踪回波信号的多普勒变化率.鉴别器采用2种频率估计算法相互配合获得了宽鉴频范围和高鉴别精度,对鉴别结果采用野值剔除技术,保证了极低载噪比条件下环路的工作稳定,环路滤波器采用多级带宽逐级切换策略,兼顾了频率跟踪精度和环路收敛速度,仿真结果表明:改进锁频环能对载噪比低至16 dBHz的高动态回波信号进行稳定可靠、高精度的频率跟踪.     

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.     

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...     

一种串联结构数字载波环及其Z域噪声性能分析

 提出一种具有串联环路结构的新型数字载波跟踪环,以解决极低载噪比下高动态载波信号的跟踪问题.在输入加性高斯白噪声假设下,通过建立具有一定通用性的Z域全相位模型,对新型载波环的噪声跟踪性能进行了理论分析,推导出相位噪声方差的计算通式.根据新型载波环的具体实例,验证了理论分析结果的正确性.基于上述分析结果,对新型载波环完成了参数优化,并对其与传统载波环进行了性能比较.结果表明,在极低载噪比高动态条件下,新型载波环跟踪性能优于传统载波环.所得结论可用于评估新型载波环的噪声跟踪性能或指导其环路设计.     

A resolver-to-digital conversion method for fast tracking

A resolver-to-digital (R/D) conversion method in which a bang-bang type phase comparator is used for fast tracking is proposed. The low-pass filter needed to reject carrier signal and noise is eliminated from the R/D conversion loop. Instead, two prefilters outside the R/D conversion loop take the role of the low-pass filter, resulting in a fast and accurate tracking R/D converter. Some simulation and experimental results and a mathematical performance analysis are presented to demonstrate the superior tracking performance     

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。     

四相鉴频器辅助的高动态BOC信号载波跟踪

叉积鉴频器的输出频率范围比较窄,捕获信号以后的多普勒频偏可能不在其跟踪范围内。针对此问题,提出了使用四相鉴频器( FQFD )算法辅助已经成型的二阶锁频环加三阶锁相环模型。首先,利用四相鉴频器的非线性特性将接收信号频偏大步长牵引到较低范围,然后使用锁频环消除其大部分动态性,最后利用锁相环跟踪精度高的特点实现高动态二进制偏移载波( Binary Offset Car-rier,BOC)信号载波的快速准确跟踪。在分析各跟踪模块算法的基础上,讨论了其本身的热噪声误差、动态适应力以及最优带宽等相关问题,理论分析和仿真结果验证了该方法比原有跟踪算法提高了300 Hz左右的鉴频范围,并且跟踪效果良好。     

Noise and False-Lock Performance of the PSK-Tanlock Loop

The tanlock modification of the phase detector characteristics of a phase-lock loop can be used to increase the linear range of operation of the S-curve of an analog loop, hence increasing the tracking and acquisition ranges without increasing the loop gain. The phase-shift-keying tanlock loop is a realization of this modification for the coherent demodulation and tracking of a PSK suppressed carrier signal. In this paper we consider the PSK-TLL loop performance in the presence of additive noise. The equivalent noise source used with the baseband model of the loop is derived. Both linear and quasi-linear approximations are considered for evaluation of the phase error variance (mean-square tracking error) of the loop. The false-lock performance of the PSK-TLL due to distortion of the digital data caused by the limited bandwidth of the arm filters is also considered. Results are obtained for both NRZ and Manchester encoded data symbols.     

On false lock in suppressed carrier MPSK tracking loops

The problem of false lock in suppressed-carrier minimum phase-shift keying (MPSK) tracking loops (M>4 in particular), such as Mth power phase-locked loop (PLL) and MPSK Costas loop carrier recovery subsystems, is investigated. It is demonstrated that such tracking loops false lock onto the received signal when the received carrier frequency and the reference signal frequency generated by MPSK tracking loops are mismatched by multiples of 1/M of the MPSK symbol rate. False lock margins (FLMs) for the suppressed carrier MPSK tracking loops are obtained for a noiseless system model as well as for a model corrupted by additive white Gaussian noise (AWGN). Numerical results are presented in order to explain the influence of system parameters, such as the time-bandwidth product of MPSK Costas loop arm filters (or the Mth power PLL prefilter), arm filters' output signal-to-noise ratio and the input signal-to-noise ratio, on the performance of MPSK tracking loops     

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。