基于SOPC实现扩频信号的捕获与跟踪

扩频信号的捕获与跟踪是扩频接收机进行定位解算的基础,提出了利用FPGA内的嵌入式软核Niosll在单片FPGA内实现扩频信号捕获与跟踪的设计方案.详细分析了该方案的匹配滤波器、相关器、载波跟踪环和码跟踪环设计和实现方法.给出了根据该设计对实时的GPS信号的捕获跟踪测试结果.结果表明,该设计能够实现对扩频信号的实时捕获与跟踪,相比利用FPGA+DSP方案实现扩频信号的捕获与跟踪,具有可重构性好,硬件开发难度低,接收机体积小等优点.     

多星座GNSS接收机设计与实现

GNSS的发展大大增加了导航信号数量,因此开发可接收多个星座信号的GNSS接收机具有很大的意义。本文设计实现了一种简单灵活的新型接收机,主要包括利用MAX2769作为射频前端实现多星座信号覆盖,可重配置的FPGA实现多星座信号的捕获跟踪与数据传输,导航与数据后处理由计算机实现。同时为了兼容多种GNSS信号,设计了通用跟踪环路。测试结果表明设计的GNSS接收机具有体积小、实时性好和兼容性强等特点,满足实际应用需求。     

高动态GNSS导航接收机中扩展卡尔曼跟踪算法的研究

针对高动态GNSS导航接收机跟踪环节中动态性和噪声性能的问题,该文提出一种基于信号参数估计结构的扩展卡尔曼跟踪环。该文首先对高动态GNSS信号进行建模,使用扩展卡尔曼参数估计来实现载波跟踪,并用载波多普勒辅助码环,有效地提高了高动态导航接收机的跟踪性能。仿真结果表明,相比传统上的锁频环辅助锁相环,该文提出的环路具有更小的跟踪误差以及更好的噪声特性。     

一种高动态弱GNSS信号跟踪解调算法研究与实现

在某些高动态弱信号场景中,载波相位难以锁定。为实现对高动态弱全球导航卫星系统(GNSS)信号的跟踪,考虑锁频环较锁相环更为鲁棒,提出了一种基于锁频环(FLL)+差分解调的算法,实现对GNSS信号的跟踪和解调。该算法采用二阶FLL实现对卫星信号的频率进行跟踪,差分解调算法实现对比特数据的解调。工程应用上,算法采用现场可编程门阵列和数字信号处理器(FPGA+DSP)的架构实现,在FPGA中实现信号的跟踪信号的前处理,在DSP中实现跟踪环路算法、位同步和差分解调。本文在Matlab平台中实现算法的仿真,通过模拟器平台和对天接收真实的GNSS信号对算法进行验证。仿真结果与实验结果表明,该算法在高动态弱信号条件下能实现对卫星信号的稳定跟踪和数据的解调,克服了锁相环难以锁定导致数据无法解调的难题,最终实现GNSS信号在该条件下的位置、速度和时间(PVT)解算。     

GNSS接收机自适应带宽伪码跟踪环路设计

从GNSS接收机对伪码延迟锁定环(DLL)快速稳定的需求出发,分析了环路滤波器带宽对码环性能的影响,对不同带宽下环路的稳定时间和跟踪精度进行了测试。提出了一种自适应带宽的码环设计方案,通过对环路滤波器带宽的实时调整,有效地实现了码环牵引过程的快速稳定和精确跟踪,提升了码环性能。利用自研的GNSS接收机进行了测试和验证,测试结果表明码环稳定时间小于400 ms。     

扩频通信中PN码序列的捕获

扩频信号的捕获与跟踪是扩频接收机进行定位解扩的基础,文中基于FPGA进行了扩频信号捕获与跟踪的设计实现。分析了该方案的匹配滤波器、载波跟踪环、码跟踪环的设计与实现方法。并通过BPSK调制,使用非相干扩频通信的PN码并行捕获算法实现信号的捕获。     

基于FPGA的GPS接收机实现

利用可编程片上系统(SOPC)技术,设计了一种基于FPGA的GPS接收机。提出了基于多普勒频域移位的捕获策略,并分析了捕获时间。基于延迟锁定环与Costas环跟踪方法,给出接收机的SOPC实现。实验结果表明,该接收机的信号捕获、跟踪方法正确可行,且在静态条件下水平定位精度优于4.5m(标准差),具有良好的实时性、灵活性和可扩展性。     

GNSS接收机锁相环最佳环路带宽的选取

锁相环环路带宽值的选取对于锁相环的跟踪误差性能有重要影响。基于全球卫星导航系统(GNSS）接收机中常用锁相环结构与数学模型,首先介绍了锁相环及其重要组成部分环路滤波器的结构和原理,然后分析了环路带宽的取值对锁相环两个最重要的误差源——环路热噪声误差和晶振阿伦偏差的影响,给出了低动态下使锁相环总的跟踪误差最小的最佳环路带宽的理论表达式。对基于由现场可编程门阵列（FPGA）芯片、温补晶振和模/数接口电路构建的实际硬件接收机平台进行了验证,结果表明：当根据最佳环路带宽的理论表达式取环路带宽值时,锁相环的跟踪误差最小。所推得的理论表达式不仅可以应用于GNSS接收机,也适用于一般的载波跟踪环设计。     

北斗导航载波锁相环和锁频环的混合应用

为满足北斗导航接收机的复杂动态条件下的使用,本文提出了一种锁频环和锁相环混合跟踪的载波跟踪方法,提高北斗导航接收机在高动态下的载波跟踪性能,通过对载波跟踪环的参数进行了研究。设计并实现了一种在DSP端进行环路控制,在FPGA端完成载波的剥离的载波环路跟踪方案,测试结果表明,该方案能实现高动态下载波信号的快速精确跟踪,具有良好的实时性和推广价值。     

高码率QPSK全数字接收机关键技术研究

时钟同步和载波同步是接收机的关键问题,传统模拟解调可靠性、稳定性差,调试复杂。介绍了一种高码率QPSK全数字接收机的定时同步和载波同步方法,他采用数字转换跟踪环和COSTAS环实现同步。同步计算全部由软件实现,设计灵活。仿真及实测结果表明,该方法是可行的,适合FPGA实现。     

GPS/GLONASS/BDS三系统组合定位的定权方法

为了提高 GPS/GLONASS/BDS三系统组合定位的稳定性和精确度,研究加权最小二乘定位中的定权方法。提出一种结合高度角先验定权和验后方差估计的定权方法,利用多系统兼容接收机实测数据进行仿真验证。结果表明,相较于传统的最小二乘法,该定权方法可以明显改善多系统组合定位的精确度,且具有很好的抗差性能,提高了定位结果的稳定性,可应用于多系统兼容接收机组合定位解算中。     

一种基于卡尔曼滤波定位解算方法的研究

GPS 利用卫星发射的无线电信号，通过计算卫星与GPS 接收机之间的相对位置，进而确定出用户接收机在地球上的位置，可以为用户接收机提供实时的定位、测速和授时等服务。传统接收机通过最小二乘法进行定位解算，接收机坐标容易发生较大的跳动。通过利用卡尔曼滤波原理，根据接收机的运动特点建立模型，利用每次导航解算结果之间的联系，对定位结果进行平滑，消除由于最小二乘算法结果相对独立而产生的定位抖动误差。通过定位试验结果表明，所设计的定位解算算法具有良好的定位效果。     

GPS/BD-2兼容接收机信息处理系统的设计与实现

为实现GPS与我国的北斗二号（BD-2）兼容导航接收机的信息处理系统,在单系统定位数学模型上建立了GPS／BD-2组合导航系统的数学模型,并结合双系统兼容定位特点进行了分析。为了降低定位精度较低的GPS信号对兼容定位精度的影响,提出使用加权最小二乘法进行定位解算的方案,用C／C＋＋语言实现了基于该算法的信息处理软件,并给出了软件流程和结果分析。通过实际测试和调试,证明了此算法及软件的可行性。     

浅析卫星导航接收机中的码伪距差分技术

简要论述了码伪距差分技术在卫星导航接收机中的优点，详细论述了码伪距差分定位算法模型，将码伪距差分定位与单点定位进行对比仿真，明显提高了卫星导航接收机的定位精度。     

平台侧位置指纹定位系统中接收端问题的优化

当前室内位置指纹定位系统主要用于对移动端的定位.借鉴其定位机理,研究了对无线电发射端的定位,属于平台侧位置指纹定位系统.从部署接收端的位置以减小定位误差的角度出发,提出了增大参考点之间欧式距离确定接收端位置的方案.同时,提出利用覆盖率的概念确定定位区间的接收端个数以满足区间定位的需求.建立了接收端位置及个数优化问题的数学模型,并用遗传算法和全覆盖原则对优化问题进行求解,给出了优化问题的实现流程.针对不同空间,对优化问题进行了仿真,比较了经验布置接收端和优化布置接收端的定位结果误差及接收端是否满足全覆盖的定位结果误差,验证了所提方法的合理性,对定位前部署接收端的个数和位置有一定的指导意义.     

一种GPS定位解算算法的研究

GPS 利用卫星发射的无线电信号，通过计算卫星与 GPS 接收机之间的相对位置， 进而确定出用户接收机在地球上的位置，可以为用户接收机提供实时的定位、测速和授时等服务。 通过使用最小二乘法，对 GPS 的定位解算算法进行研究，设计了一种基于最小二乘法的 GPS 定位解算算法。通过使用模拟源对所设计的 GPS 定位算法进行了定位解算试验验证，将定位解算结果与设定的模拟接收机位置进行比较，试验结果表明，该定位解算算法具有良好的定位效果。     

GPS信号被延时后对定位影响的仿真分析

根据GPS接收通道跟踪环对信号实施跟踪解调的原理,分析了经过人为与自然延时的信号被接收机跟踪解调的必要条件。再根据GPS定位原理和定位求解方程,对被人为与自然延时的信号进入接收机进行定位解算后,信号延时值变化与接收机定位偏差之间的关系进行了仿真分析。     

基于IR-UWB定位系统接收机的改进与实现

基于超宽带非相关检测的定位接收机,在引入AGC的基础上,对以往的脉冲超宽带室内定位接收机做进一步改进,重新对锁相环进行设计与实现。采用电荷泵式模数混合锁相环接收机对UWB脉冲信号到达时间(TOA)进行准确估计,实现室内环境精确测距,以达到准确定位的目的。通过硬件实现和实验论证了该方案的可靠性,对定位精度的提高具有良好的效果。     

双模导航接收机时间系统一致性研究

卫星导航接收机在某些特殊地域使用时,集成了GPS和GLONASS的双模接收机可以弥补单模接收机的劣势,从而明显提高定位的可靠性及可用性。而GPS和GLONASS时间系统的不一致性对GPS/GLONASS双模接收机有重要制约,对其定位精度产生了一定影响。对GPS和GLONASS的时间系统差异进行了研究,给出对其一致性分析的具体方法。可推广至多导航模块的接收机中,从而使定位精度更加精准可靠。     

Real-Time Receiver Clock Jump Detection for Code Absolute Positioning with Kalman Filter

In global navigation satellite systems (GNSS) navigation the receiver and satellite clocks play a key role. The receivers are usually equipped with inaccurate quartz clocks, which experiment large drift relative to system time and consequently offset growing very fast; receiver manufactures bound the magnitude of the receiver clock offset to prevent it becomes too large and the actual bounding procedures vary from one manufacturer to another. The most common approach consists of introducing discrete jumps when the offset exceeds a threshold (usually 1 ms). This method is common in low-cost GNSS receivers and influences several applications as differential positioning, cycle-slip detection, precise point positioning technique, absolute positioning with Kalman filter. In this work some techniques to detect and account for millisecond clock jump, suitable for code positioning of a single receiver with Kalman filter, are proposed. Two deterministic algorithms to detect receiver clock jumps are shown: in measurement and parameter domain. The technique in measurement domain uses current pseudorange measurements compared with pseudorange and Doppler measurements at previous epoch; the technique in parameter domain compares current and previous least squares estimations of receiver clock bias, considering the clock drift. Two different approaches are described to account for the clock jumps, once detected, a deterministic one, consisting of fixing the pseudorange discontinuities, and a statistic one, consisting of suitably varying the Kalman filter settings. A static GNSS data set is processed with and without the proposed algorithms to demonstrate their efficiency.