GNSS接收机多径抑制性能检测技术

多径干扰信号会导致GNSS接收机伪距、载波相位和多普勒等测量精度降低,多径信号对GNSS接收机观测数据的影响与多径信号的延迟、幅度、相位等特性参数有关,造成的伪距测量误差高于载波相位测量误差2个数量级。多径抑制是GNSS接收机关键性能指标之一,GNSS接收机主要从试验室模拟环境和实际工作环境两方面检测多径抑制性能,多径误差包络检测技术利用模拟导航信号源完成多径抑制性能检测,码减载波和多径误差分析都是通过接收观测卫星导航信号并进行数据分析完成多径抑制性能的检测。     

GPS考虑副瓣的多径跟踪误差研究

研究了在考虑副瓣情况下的GPS多径码相跟踪误差和载波相位跟踪误差以及不同早减迟间距的影响。基于非相关早减迟延时锁定环和反正切载波跟踪环,得出了由一般形式的误差解析表达式导出的码相和载波相位跟踪误差曲线。计算机仿真表明:在不同段中,跟踪误差包络内部曲线形式是不同的;C/A码自相关副瓣对较长时间相对多径延时的码相和载波相位跟踪误差有影响;采用窄相关器不仅可以减小码相位跟踪误差,也可以减小载波相位跟踪误差。     

基于MBOC调制的北斗导航信号的多径误差分析

为了定量地分析MBOC(Multiplexed binary offset carrier)调制的北斗导航信号的多径误差,在分析MBOC调制信号原理的基础上,建立了相应的多径信号模型,利用超前减滞后功率鉴相器和反正切函数鉴相器,推导了多径效应导致码相位跟踪误差和载波相位误差的表达式.对不同的多径直达幅度比(Multipath todirect ratio,MDR)、相关器间隔、前端带宽时MBOC调制信号的多径性能进行了仿真,并针对存在噪声干扰时的码跟踪误差进行了仿真分析.仿真结果表明,多径直达幅度比由-3 dB减小到-6 dB时,所产生的多径误差包络也相应地减小.在多径直达信号幅度比(MDR)一定时,采用窄相关技术和较宽的接收机前端带宽均能很好地抑制多径误差.存在噪声干扰时,码跟踪误差随着载噪比(Carrier to Noise Ratio,CNR)的增加逐渐减小为0.     

GNSS接收机导航滤波器辅助捕获技术

为了充分利用GNSS接收机导航滤波器先验信息对基带信号处理过程的捕获进行辅助,以提高捕获速度及灵敏度,以北斗B1I信号为研究对象,开展GNSS接收机导航滤波器辅助估计伪码相位、载波多普勒、NH码相位研究. 首先引入“虚拟路径”的概念计算伪码相位,并详细推导了由导航滤波器直接计算接收信号伪码相位的算法. 然后对伪码相位及多普勒频率的误差源和传播特性进行详细分析. 最后进行了捕获性能理论仿真分析. 结果表明:导航滤波器辅助伪码相位与多普勒频率估计条件下,能够将捕获灵敏度提高1.1 dB,平均捕获时间为1 ms;进一步加入对NH码相位估计的辅助从而扩展相干积分时间为20 ms,则额外可以提供12.8 dB的灵敏度提升,平均捕获时间为20 ms. 通过导航滤波器中的先验信息对信号捕获进行辅助,能够提高信号捕获性能,同时有助于降低无辅助条件下捕获装置频繁运行带来的功率损耗,所提出的算法可以直接应用到GNSS接收机及GNSS/INS深组合导航系统中.     

动态和噪声环境下伪码和载波联合测距算法研究

在分析伪码和载波跟踪环性能的基础上,给出了跟踪环路的最优带宽.根据实时估计的信噪比动态的更新环路带宽,减小噪声带来的跟踪误差.针对载体的动态性利用AFC算法快速得到多普勒频率,并利用载波辅助伪码跟踪环路,可以在较窄的环路带宽下跟踪高动态的扩频信号,从而可以很好地抑制宽带噪声,提高跟踪精度.理论分析和仿真表明,该方法能有效改善环路的动态性能和跟踪精度,满足系统要求.     

数据通道对伪码跟踪环跟踪性能的影响

针对再生伪码测距应用中测距通道和数据（遥控或遥测）通道同时工作时的不同功率分配情况,分析了数据通道在PCM/PSK/PM和SP-L/PM两种调制方式下对伪码跟踪环跟踪精度的影响,同时还考虑了频率参考源不稳定引入的影响.理论分析和仿真结果表明,跟踪性能的下降取决于测距信噪比和信号干扰比,而信号干扰比又同数据速率与伪码速率之比有关,而且随着这个比值的增大呈现出极大值和极小值有规律的交替变化.通过合理选择数据速率,以及在正常的再生伪码测距信噪比条件下,跟踪性能损失很小,同时频率参考源不稳定的影响可以忽略.     

不同信号体制对GNSS定姿性能影响的分析

利用GNSS信号能够进行高精度的载体定姿,其算法性能受不同信号体制影响较大.针对这一问题,首先在GNSS单频单历元定姿算法数学模型的基础上,分析了算法性能与码和载波相位测量精度之间的关系,然后研究了不同信号体制对码和载波跟踪精度的影响,最后提出了评估信号体制对定姿性能影响的关键指标,并对其在不同信号体制下进行了仿真实验.仿真结果表明,该指标可以有效地评估不同信号体制下的定姿性能.     

电离层延迟估计下的AltBOC信号联合跟踪方法

针对电离层分离效应使Galileo系统E5 Alt BOC信号上下2个边带码相位不同步的问题,提出了一种基于电离层延迟估计的Alt BOC联合跟踪的方法。该方法根据双频电离层延迟差估计结果调整Alt BOC信号上下2个边带信号的通道时延,使2个频点信号码相位同步。通过组合上下边带各自的伪随机码,实现Alt BOC信号的双边带联合跟踪。理论分析得出该算法可以有效补偿由电离层导致的Alt BOC信号上下边带信号码相位分离,仿真结果表明,该方法能够有效利用Alt BOC信号尖锐的自相关函数,改善了信号接收的抗多径性能,尤其是在高信噪比下的抗多径性能。     

MSK波形伪码码片跟踪环性能分析

针对小码片信噪比条件下数据转换跟踪环进行MSK波形伪码时钟恢复时的跟踪性能问题,采用了新型的码片跟踪环用于伪码时钟恢复。分析了不同码片信噪比条件下,数据转换跟踪环和码片跟踪环均方时序抖动性能。仿真结果表明:在大信噪比条件下,数据转换跟踪环与码片跟踪环性能一致;在小信噪比条件下,后者性能明显好于前者。     

载波相位辅助消除伪码多径误差的算法研究

随着差分技术的发展,影响卫星导航接收机定位精度的典型误差源大多被消除,而多路径效应仍然是造成接收机定位误差的主要因素。该文分析了多路径效应对伪码测量量和载波相位测量量的影响。利用载波多路径误差源小于伪码多路径误差的性质,提出了一种针对伪码接收机的低复杂度的载波辅助伪码抗多径算法,并对算法进行了深入讨论和分析。该算法将接收机伪码测量量中的多路径误差由数十米减小到亚米级,大大提高了伪码接收机的定位精度。系统仿真证明了该算法的正确性。     

扩频系统中低复杂度多径消除技术研究

为了消除扩频系统中的多径干扰,文章基于稳态零点不变的原则对多径估计延迟锁相环(MEDLL)进行研究及改进.文中给出了伪码跟踪环路的结构框图,并建立了多径干扰下环路的数学模型.在只考虑一路多径干扰信号的情况下分析了多径干扰信号对环路鉴相特性的影响.文中介绍了MEDLL,在保持环路稳态零点不变的情况下提出了零点不变估计延迟锁相环(ZFMEDLL),并将其相对于常规DLL、窄带DLL和MEDLL在稳态相位误差性能、噪声性能和实现复杂度方面进行了仿真比较.结果表明,ZFMEDLL相对于MEDLL在多径消除性能上有很大改进.     

Design of the discriminator for tracking the loop under short-delay multipath interference

The traditional multipath eliminating methods have poor performance under short-delay multipath interference and therefore a discriminator constructing method for tracking the loop is presented. Firstly, from the analysis of the output characteristics for in-phase/quadrature-phase early, late, and prompt channels under the short-delay multipath, an improved late channel is constructed. The output of the loop discriminator is defined as the normalized function of the power difference between early and late signals. It made the error between the code phase of the direct signal and that of the local estimated signal is less than the pre-determined threshold. Theoretical analysis and simulation results show that, compared to traditional methods, the multipath mitigation technique based on the improved loop discriminator can suppress the code tracking errors produced by the multipath when the relative delay is less than 0.5 chip and effectively inhibits short-delay multipath interference, thus improving the tracking and measurement accuracy in navigation and docking systems.     

改进的TMBOC调制信号闸波相关鉴相方法

为了实现卫星导航系统中时分二进制偏移载波调制信号的无模糊抗多径跟踪问题,提出一种基于闸波相关的改进鉴相方法．首先,将时分二进制偏移载波调制信号与偏移0.5个码片的W2形闸波和偏移0.5个码片的伪随机码分别进行相关;然后,将相关结果相乘,即可获得无模糊且对称性良好的码鉴相曲线．对所提方法得到的码鉴相曲线的性质进行了分析和实验仿真,结果证明: 这种方法实现简单,且得到的鉴相曲线基本具有较好的中心对称性,具有较强的抗多径能力,能够实现无模糊跟踪．所提方法相对于已有的闸波相关方法更加适合于时分二进制偏移载波调制信号的鉴相．     

电力线载波双伪码编码直序扩频通信

提出了双伪码编码直接序列扩频的通信方法,该方法能有效改善电力线载波扩频通信中抗干扰性强和接收灵敏度高的特点得不到发挥这一问题,调制后的扩频信号只含载波和伪码成分,伪码的周期与原基带信号的波特率一致并保持同步,双伪码分别代表基带信号中的0和1.这种方法使得解调时省略了载波的恢复,也省去了传统的基带信号解调,从而提高了接收灵敏度,更重要的是解调信号来自双伪码相关检测结果的差分输出,使之能够有效抑制各种干扰信号,提高了抗干扰性.     

全球导航定位系统接收机的跟踪环路带宽设计

为实现全球导航定位系统(GPS)软件接收机对卫星信号灵活稳定的跟踪,采用非相干延迟锁定环和科斯塔斯环来实现伪码跟踪和载波跟踪;选择环路的带宽,利用最优化的设计理念,设计了GPS软件接收机的最优环路带宽,并且根据所估计的信噪比来确定跟踪环路的最优带宽,以达到总的误差最小.采用GPS卫星中频信号采样器采集实际的GPS数据,并通过Visual C及MATLAB进行了仿真实验,结果表明,接收机成功地跟踪上了7路信号,并以通道1中的数据计算出了同相和正交相信号,所设计的搜索和跟踪方法灵活有效,为接收机能够快速地对GPS信号实现捕获和跟踪提供了一定的保障.同时也使得GPS软件接收机对信号处理改用软件来实现,拥有了极大的灵活性.