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。     

非相干扩频接收机伪码跟踪环设计及FPGA实现

伪码跟踪环的设计是实现非相干扩频接收机的关键环节。为了实现非相干扩频接收机的伪码跟踪,设计了能量归一化的延迟锁定跟踪环,给出了环路的实现结构及环路参数的计算方法。分析了非相干扩频的特点,指出环路设计的关键点,在此基础上阐述了码环鉴别器、环路滤波器、超前滞后码发生器的设计及实现方法,并给出一套具体的实现参数。Modelsim仿真结果及FPGA实测数据表明所设计的环路能对伪码进行精确跟踪。     

加性白噪声下基带延迟锁定环跟踪精度的计算

研究了加性白噪声下基带延迟锁定环跟踪精度的计算问题,着重讨论了积分时间和环路带宽的关系.以码延迟相关鉴别器的等效鉴相模型为基础,研究了相关器输出噪声特性及其在输入端等效噪声的特性,推导了线性跟踪环输出噪声方差的计算公式,并得到了积分时间和环路带宽分别起主导作用时的简化计算公式,使两种不同的结论得到了统一.     

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。     

各种二进制延迟锁定环路实现方法的比较

延迟锁定环路是一种跟踪两种相关波形延迟差的装置,它用作二进制通信和跟踪的同步环路。本文给出了二进制延迟锁定环路在射频场合使用的各种实现方法的延迟跟踪性能,讨论了伪随机序列的幅度和双相调制,分析了进行这两种调制方式的三种接收机:包络相关、相位相干相关和锁相解调后的视频相关。     

一种GNSS信号跟踪环路频相直调控制算法

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收机信号跟踪环路正确地锁定导航信号的频率、相位是提取测量值以及导航星历的基础。传统的接收机跟踪环路采用调整频率的方式来调整相位,不能及时消除跟踪误差,并且在弱信号条件下容易受到噪声影响,难以对信号进行精确跟踪。针对这一问题,提出了一种基于非相干预滤波器的频相直调环路控制算法,采用非相干预滤波器提取跟踪误差,并且在本地信号生成阶段直接将载波相位差、载波频率差、码相位差进行消除。实验表明,与传统环路相比,频相直调算法对载波相位、码相位迁入速度分别提高了90%和95%,高动态、弱信号下多普勒估计精度分别提高了69.25%和61.37%,并且频相直调算法能够有效抑制环路参数调整、载体突然机动对载波相位锁定带来的扰动。     

GPS接收机伪码锁相环设计

本文介绍了 GPS 接收机核心算法中的伪码跟踪锁相环设计，对实际应用中的非相干延迟锁定环的工作原理进行了详细推导，着重介绍了归一化超前减滞后包络鉴相器和理想二阶环的设计。     

一种低复杂度GPS载波跟踪环路设计

 GPS接收机载波跟踪环路的鉴别器和滤波器设计决定了跟踪环路的性能,也在很大程度上决定了GPS接收机的性能.本文在分析了传统锁相环和锁频环鉴别器算法的基础上,提出了一种锁相锁频环共用四象限反正切函数单元的鉴别器算法;同时,在研究了基于双线性Z变换积分器与矩形波数字积分器的滤波算法基础上,提出了一种基于矩形波数字积分器的锁频环辅助锁相环的滤波器算法.综合这两种新算法给出一种低复杂度的GPS接收机锁相锁频环设计方法.通过理论分析与仿真实验,证实该GPS载波跟踪环路设计不但具有良好的跟踪性能,且与传统设计方案相比具有运算量小,复杂度低,占用资源少等优点,更易于工程实现.     

导航接收机中基于反正切鉴别器载波环路的分析及优化设计

该文首次给出了数字反正切鉴别器环路的精确建模和分析,得到了不同信噪比下的等效环路带宽和收敛区间,通过推导可知低信噪比下的等效环路带宽约为高信噪比下的1/3,收敛区间约为高信噪比下的1/2;低信噪比下振荡器短稳和动态应力引起的跟踪误差约为传统理论分析结果的9倍;输入信噪比降低10 dB,热噪声引起的跟踪误差约增加20 dB。通过仿真对等效环路带宽以及鉴别器方差分析的正确性进行了验证。最后,根据总跟踪误差与收敛区间的在不同信噪比下的关系,给出了反正切环路最低可稳定工作的信噪比门限以及对应的环路参数设计方法。该文的结论可用于导航接收机的精确设计。     

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。     

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。     

CORDIC算法在跟踪环中的应用与FPGA实现

主要介绍了CORDIC算法在跟踪环鉴别器中的应用,包括码跟踪环、锁频环和锁相环鉴别器,并进行了FPGA实现。在设计中,采用统一CORDIC算法优化方法减少硬件开销,用非流水方式在一个CORDIC运算基本单元中实现了码跟踪环、锁频环和锁相环三种鉴别器。同时对CORDIC运算的精度和位宽进行分析,在保证环路功能的情况下尽量减少硬件资源的使用。在Virtex5 lx220上测试使用了该鉴别器的GPS跟踪环,取得了满意的跟踪效果。     

基于LEON3开源软核的卫星导航接收机设计

为了提高卫星导航接收机的工作性能以及小型化设计,在现场可编程门阵列( FPGA)平台上开发一款基于LEON3开源软核的拥有自主知识产权的卫星导航接收机。通过LEON3开源软核架构和自主设计的分段匹配滤波器( PMF)与快速傅里叶变换( FFT)相结合的捕获模块、基于延迟锁定环的码跟踪环路和基于科斯塔斯环的载波跟踪环路相结合的跟踪模块IP核实现卫星导航接收机的基带系统级芯片( SoC)设计,最后完成接收机系统的软件设计并在DE2-115 FPGA平台上对接收机系统进行验证测试。实验结果表明所设计的接收机性能优良,能够正常捕获并且跟踪到卫星信号,定位结果显示正常,误差在3m左右。拥有完全的硬件软件源代码以及优良的性能使得所设计的接收机对国内导航的发展有着重要意义。     

高动态GNSS接收机载波环性能评估与仿真

高动态GNSS接收机在航天和制导武器应用中越来越普遍,很多文献上都说明了接收机能够跟踪30 g,甚至更高动态的加速度,以及50 g/s以上的加加速度。从跟踪门限以及跟踪精度的角度出发,分析了各种跟踪环路的性能,找出了锁频环辅助锁相环的跟踪上界,并给出了二阶锁频环,三阶锁相环的各种噪声带宽下的理论下界,以及高动态GNSS接收机经常使用的辅助的三阶锁相环的仿真结果。所设计的跟踪环路已经在实际应用中得到使用,性能非常稳定,加速度能够达到50 g,加加速度达到60 g/s。     

CORDIC算法在跟踪环中的应用与FPGA实现

主要介绍了坐标旋转数字计算（CORDIC）算法在跟踪环鉴别器中的应用,包括码跟踪环、锁频环和锁相环鉴别器,并进行了FPGA实现。在设计中,采用统一CORDIC算法优化方法减少硬件开销,用非流水方式在一个CORDIC运算基本单元中实现了码跟踪环、锁频环和锁相环三种鉴别器。同时对CORDIC运算的精度和位宽进行分析,在保证环路功能的情况下尽量减少硬件资源的使用。在Virtex5lx220上测试使用了该鉴别器的GPS跟踪环,取得了满意的跟踪效果。     

基于小波的改进GPS弱信号跟踪方法

针对GPS信号在室内、隧道、森林等复杂环境下,信号强度大幅衰减,以及形成多径等不利影响,提出了一种改进的GPS信号跟踪方法.该方法以传统GPS接收机跟踪环路为基础,在载波跟踪环节对Costas环进行改造,使用小波分析方法来降低鉴别器的输出噪声,以尽可能减少跟踪环路中诸多时变噪声对弱信号的污损.仿真结果表明输出信号波动明显减小,噪声得到了有效抑制,跟踪过程更加稳定.     

低载噪比锁频环捕获性能研究

在低信噪比高动态通信环境中，频率的捕获与跟踪主要靠锁频环来完成。本文介绍了传统锁频环的基本结构，并针对其在低信噪比的情况下，因噪声干扰而鉴频失误，不能快速锁定的问题，在分析锁频环鉴相误差的基础上，提出了改进锁频环，该环路结构简单，并且能够有效地减小噪声对鉴频环路的影响，通过仿真计算，证明该环路结构能抑制噪声的干扰，比传统锁频环更能适应低信噪比的通信环境，并能有效提升其拍获，跟踪性能。     

GPS中使用扩展卡尔曼滤波器改进的延迟锁定环

延迟锁定环是GPS接收机中实现PN码的捕获和跟踪的重要部分,对系统的性能有着重要的影响。该文首先讨论了经典的延迟锁定环的组成和原理,接着介绍了卡尔曼滤波器以及为了应用于非线性系统的扩展卡尔曼滤波器,最后提出了用扩展的卡尔曼滤波器对传统的延迟锁定环的改进。     

DSSS接收机中一种延迟锁定环的设计与实现

延迟锁定环（DLL）是扩频接收机中实现PN码捕获和跟踪的一个重要部分，本文介绍了一种基于farrow结构的内插滤波器的延迟锁定环，并进行了数字化实现。通过MATLAB仿真，表明这种延迟锁定环可以比较好的解决PN码同步问题，并FPGA上实现了该算法，使数字解调的硬件实现具有很好的移植性和灵活性。     

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。