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。     

25～28 Gbit/s CMOS高灵敏度光接收机电路设计北大核心

基于65 nm CMOS工艺设计了一种25～28 Gbit/s具有自适应均衡和时钟数据恢复功能的光接收机电路。光接收前端采用低带宽设计，以优化接收机的灵敏度；采用判决反馈均衡器，以恢复低带宽前端引入的码间干扰。为了适应不同速率和工艺角引入的码间干扰，结合SS-LMS自适应算法，实现信号的自适应均衡。无参考时钟数据恢复电路采用鉴频环路拓宽频率捕获范围，同时将半速率鉴相器嵌入均衡器中，以降低功耗和成本。后仿真结果表明，在100 fF光电二极管的寄生电容条件下，接收前端最大增益达到66 dBΩ,25%带宽处的等效输入噪声电流为15.3 pA·Hz-1/2,光接收机灵敏度为-14.5 dBm。当电源电压为1.2 V时，光接收机的整体功耗为181.1 mW。     

一种应用于GNSS接收机常数环路带宽的小数频率合成器

提出了一种应用于手持式民用GNSS接收机常数环路带宽的小数频率合成器,并在0.13μm 1P6M 的CMOS工艺中实现。通过离散的工作区域,LC-VCO用简单的结构获得宽的调节范围和小的压控灵敏度。提出的杂散抑制技术来最小化由于鉴频鉴相器和电荷泵引入的相位偏移。当PLL输出频率改变或温度变化时,通过自动环路校正模块自适应调整电荷泵电流保持优化的环路带宽不变。测试结果显示,该频率合成器带内相位噪声小于-93dBc（10 kHz 频率偏移处）,杂散小于-70 dBc, 环路带宽变化小于?3%;在1V的电源供电下,整个合成器（不包括本振测试buffer）消耗4.5mA电流,面积为0.5mm2。     

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。     

基于自适应锁相环的高动态GPS信号载波跟踪算法

提出了一种基于四维卡尔曼滤波的自适应锁相环算法,并将该算法用于高动态GPS信号的载波跟踪.详细推导了卡尔曼滤波与数字锁相环之间的等效性,并给出了相应的环路更新步骤.仿真结果表明,该算法相对于采用固定增益数字锁相环的算法明显地降低了载波跟踪过程的均方根频率误差,提高了接收机的测速精度.     

基于最大似然估计的高动态GPS载波跟踪环

 基于最大似然估计提出了一种全新设计的GPS载波跟踪环结构,并将该环路应用于高动态、低信噪比条件下的GPS载波频率跟踪. 文中给出了环路的设计细节,并详细讨论了环路中各模块的功能及模块之间的参数传递. 利用具有典型高动态参数的GPS载波信号对环路的跟踪性能进行了测试. 测试结果表明,与普通GPS接收机的载波跟踪环相比,该环路对高动态环境下的失锁门限和门限附近的频率跟踪精度均有显著改善.     

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。     

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.     

基准振荡器相位噪声对载波锁相环的影响

扩频接收机中的锁相跟踪环路噪声带宽受环路输入信号的各种内部和外部噪声误差的制约,在环路滤波器噪声带宽很窄的条件下,接收机基准振荡器的相位噪声对PLL环路的影响不能忽略.根据基准振荡器相位噪声功率谱密度的度量公式,考虑利用二阶锁相环的情况下,推导出基准振荡器的阿仑偏差与环路滤波器噪声带宽的关系,确定在跟踪接收机设计中,采用高频率稳定度的恒温晶振作为基准振荡器,可以获得较窄的环路噪声带宽,从而提高跟踪的稳定性和测量精度.     

402～405 MHz CMOS低功耗射频收发机北大核心

基于0.18μm CMOS工艺设计了一种用于WBAN 402～405 MHz频段具有低功耗全数字锁频和灵敏度校准功能的超再生收发机。采用具有噪声抵消技术的巴伦低噪声放大器，以减少无源匹配器件数量和适应低压工作；超再生数控振荡器采用数字控制电容阵列实现频率调谐，以消除猝灭操作期间振荡器的频率漂移；采用全数字锁频环替代频率综合器，以降低传感器节点的功耗；灵敏度校准环路与自动幅度控制环路共享组件，以减小校准误差，并能够在不中断接收状态的情况下动态校准接收机灵敏度。仿真结果表明，在1 V电源电压下，接收机灵敏度为-90 dBm,功耗为1.89 mW,其中全数字锁频环功耗为78μW;发射机功耗为1.96 mW,效率为28%。     

基于Matlab的数字中频GPS信号生成模型

精确的GPS信号生成器是测试与评价先进GPS接收机设计的重要分析工具。本文在中频GPS信号理论模型分析的基础上,用Matlab实现了一种数字GPS信号生成模型,它能够在数字中频上产生GPS接收信号,其中包含仿真的噪声和接收机时钟误差。与常规的GPS信号生成器(或模拟器)相比,这种模型设计灵活、易于使用,此外,模型构建涉及对GPS信号在接收机射频前端处理过程的仿真,从而为GPS接收机射频前端的设计提供了支持。     

A multipath mitigation discriminator for GPS receiver

A novel technique for mitigating the multipath-induced code delay estimation error in Global Positioning System (GPS) is proposed. In contrast to conventional methods that aim to eliminate multipath signals, the proposed method exploits them to enhance the direct signal without affecting the accuracy of GPS code delay estimates. To achieve this, coherent accumulation of the received GPS signals is first done by transforming the received data into frequency domain and the parameters of multipath signals are then estimated by sparse reconstruction algorithm. Subsequently, a modified local reference signal is employed in delay lock loop (DLL) of the GPS receiver, which mitigates the pseudo-range estimation error and increases the correlation value of direct GPS signal. Simulation results demonstrate the performance and robustness of the proposed method.     

一种改进的窄带GPS接收机的抗多径干扰技术

GPS(Global Positioning System)在全球范围内得到了越来越广泛的应用,车载和手持市场的普及使GPS接收机的应用环境变得很复杂.多径干扰成为GPS定位精度的误差主要来源.窄带GPS接收机有着良好的抗干扰能力,但是其抗多径性能却不太理想.传统的窄带抗多径技术收敛时间过长,不能满足工程应用.本文提出了一种改进的窄带GPS接收机的抗多径干扰技术,大大提高了收敛速度,并且在抗多径性能上又略有改善.     

Applications of New Fuzzy Inference-Based Tracking Loops for Kinematic GPS Receiver

Carrier phase measurement is essential for high-accuracy measurement in kinematic global positioning system (GPS) applications. For GPS receiver design, a narrow noise bandwidth is desired to decrease phase jitter due to thermal noise. However, this bandwidth will deteriorate the capability of the tracking loop and result in cycle slipping. Based on bandwidth adjustment criteria, a novel intelligent GPS receiver is proposed for solving the carrier phase tracking problem in the presence of high dynamic environments. A phase error estimator is developed in the carrier loop to conduct the phase error signals; i.e., frequency and frequency ramp errors. Two kinds of fuzzy inference (FI)-based approaches, fuzzy logic control and adaptive neuro-fuzzy control methods, that are simple and have easy realization properties are designed to perform rapid and accurate control of the digital frequency phase-locked loop (FPLL). A new design procedure for kinematic GPS receiver development is also presented. The computer results show that the FI-based receivers achieve faster settling time and wider pull-in range than the conventional tracking loops while also preventing the occurrence of cycle slips.     

Design of an L1 band low noise single-chip GPS receiver in 0.18 μm CMOS technology

This article presents an L1 band low noise integrated global positioning system(GPS)receiver chip using 0.18 μm CMOS technology.Dual-conversion with a low-IF architecture was used for this GPS receiver.The receiver is composed of low noise amplifier(LNA),down-conversion mixers,band pass filter,received signal strength indicator,variable gain amplifier,programmable gain amplifier,ADC,PLL frequency synthesizer and other key blocks.The receiver achieves a maximum gain of 105 dB and noise figure less than 6 dB.The variable gain amplifier(VGA)and programmable gain amplifier(PGA)provide gain control dynamic range over 50 dB.The receiver consumes less than 160 mW from a 1.8 V supply while occupying a 2.9 mm2chip area including the ESD I/O pads.     

GPS软件接收机中的一种实用高灵敏度快速捕获算法

 Ｃ／Ａ码的捕获,在软件ＧＰＳ接收机中的地位举足轻重．通常软件ＧＰＳ接收机中没有专门用于相关运算的硬件部件,提高软件ＧＰＳ接收机的捕获灵敏度的同时降低捕获的运算量,是软件接收机实用化的关键．利用先叠加再相关的方法,可以减少相关运算的次数,但必须考虑载波误差对相关函数峰值的影响．在此基础上,研究了数据预处理中,线性插值的参数选择问题,最后,提出了最佳路径算法,进行进一步的相关累积,在延长相干累积时间长度的同时,避免导航数据跳变对累积的影响,提高捕获的灵敏度．仿真结果表明,在信噪比ＳＮＲ＝－３７ｄＢ的情况下,算法仍能捕获到所有卫星信号．实际接收的数据也表明,算法能明显增加捕获到的卫星数量．由于算法采用了多种措施来降低运算量,因此算法的运算量适中,非常适合在软件接收机中采用．     

一种高灵敏度的GPS比特同步技术

GPS(Global Positioning system)在全球范围内得到了越来越广泛的应用,车载和手持市场的普及对GPS接收机提出了高灵敏度的要求.弱信号下的比特同步在GPS的接收机设计中是一个重点也是一个难点.本文分析了最大似然比特同步算法,给出了理论的性能分析和仿真结果.并且,提出了一种改进的比特同步技术,可以在不增加同步时间的情况下,大幅度减小误同步概率,这可以提高接收机的定位完好性.     

高动态GPS中频信号仿真及验证

在研究在高动态条件下GPS软件接收机信号处理算法时,需要对高动态GPS数字中频信号进行仿真。本文在分析GPS数字中频信号数学模型的基础上,针对高动态载体接收的GPS信号深入研究,提出了一种高动态信号仿真方法,详细阐述了信号仿真的步骤,在MATLAB上实现了对GPS数字中频信号的仿真,最后在GPS软件接收机上验证了中频仿真信号。检验结果表明,本文提出的仿真方法可以为研究高动态GPS软件接收机算法提供可靠的信号源。     

高动态环境的GPS信号接收及其算法研究

高动态环境存在较大的多普勒频移,这使得普通的GPS接收机在没有惯导辅助的情况下很难可靠工作。为了同时满足高动态GPS接收机动态性能和跟踪误差两方面的需要,本文提供了一种以DSP为核心的高动态GPS接收机设计方案,并对其各模块的功能进行了详细的解释说明。为了帮助DSP的设计,本文还研究了3种适应高动态环境的GPS信号参数估计算法,包括最大似然估计算法,卡尔曼滤波算法和频率扩展卡尔曼滤波算法。通过仿真,比较分析了这3种算法的估计精度和动态跟踪能力等性能。并对高动态GPS中的DSP实用化的设计方案进行了探讨分析。