深紧耦合GPS/INS组合模式及其特性研究

根据深紧耦合GPS/INS组合模式的基本构成,分析接收机信号搜索与跟踪、动态适应性等技术,仿真研究深紧耦合GPS/INS组合模式特性,并探讨深紧耦合组合过程中注意的几个技术问题。     

惯性导航辅助GPS接收机抗干扰能力分析

根据惯性导航(INS)辅助GPS的紧耦合抗干扰GPS／INS组合模式实例，分析利用惯性导航速度辅助的GPS接收机的抗干扰能力．     

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.     

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Wigner-Ville分布的高动态频率跟踪算法

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要求,文中根据时频分析的理论,提出了一种基于Wigner-Ville分布的高动态频率跟踪算法。在分析高动态载波相位模型和Wigner-Ville分布理论的基础上,给出算法的实现方法。仿真结果表明：该算法可在低信噪比下跟踪高动态GPS信号。     

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.     

基于阵列天线的高性能导航系统设计与分析

本文将惯性制导技术和阵列天线技术应用到GPS 接收机中以提高导航系统的整体性能,文章分析了GPS/INS 紧耦合模型的结构和数学模型,给出了相应的EKF 算法,分析了阵列天线抗干扰处理的原理和技术。在此基础上,给出了基于GPS/INS 与阵列天线相结合的导航系统模型。最后对该系统的输出载波噪声比（C/N0）进行了仿真分析,结果表明本系统可以有效的抑制干扰信号的影响,保证导航系统的可靠工作。     

高动态下GPS接收机载波跟踪技术的研究

针对高动态环境下GPS接收信号的载波捕获与跟踪问题，分析研究了几种适合的GPS信号跟踪的频率估计算法，提出了一种全数字化的高动态GPS接收机载波跟踪技术设计方案，最后通过仿真验证CPAFC算法的正确性。     

高动态地基伪卫星接收机载波跟踪技术

针对地基伪卫星系统接收信号接收载噪比和频率激励特点,分析了三阶锁相环的载波跟踪能力,在高动态条件和接收机接近离去伪卫星等过程中,有限的载噪比和接收信号的高阶频率激励将导致三阶锁相环失锁。为提高伪卫星系统接收机在高动态条件下的载波跟踪能力,提出一种惯导/伪卫星接收机深耦合载波跟踪方法,基于惯导输出的高频定位、速度信息和伪卫星位置信息估计接收信号的频率偏移并进行补偿。仿真实验表明,接收机在不高于10 g加速度直线运动下接收邻近伪卫星信号,深耦合算法具有相对更为稳定和精确的载波跟踪能力。     

INS/GPS紧组合系统PLL最优带宽的选取

在INS/GPS紧组合系统中,通过INS提供的多普勒辅助信息可以消除GPS跟踪环路的动态性,同时降低环路带宽来抑制热噪声的影响,从而提高GPS系统的抗干扰能力。环路带宽是跟踪环路的一个重要参数,不能任意选取,当GPS跟踪环路设置为最优带宽时,系统性能将达到最优状态。为了保持系统性能最优,首先对影响最优带宽的各个误差源进行分析,提出了易于实现的迭代最优带宽算法,最后进行了仿真实验验证,结果表明在相同动态下采用最优带宽比固定带宽的系统具有更高的抗干扰能力和更强的跟踪锁定性能。     

基于TDOA/FDOA相位条纹的高精度GPS信号跟踪方法

针对传统GPS接收机跟踪环路结构复杂,以及在低信噪比(SNR)、高动态条件下跟踪性能较差的问题,该文提出一种基于相位条纹斜率检测的跟踪新方法。通过采用到达时差(TDOA)的频域相位测量伪码时延,到达频差(FDOA)的时域相位测量载波多普勒频偏。该方法降低了环路实现的复杂度,同时提高了跟踪精度。仿真结果验证了该方法的有效性和稳定性,在载噪比为32 dB-Hz时,相比传统方法,基于TDOA/FDOA相位条纹法的码相位测量精度提高了60%,载波多普勒测量精度提高了31%,且在高动态环境中也能实现精确跟踪,对改善GPS接收机跟踪性能具有研究意义。     

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.     

一种基于载波相位时间差分的惯性/卫星组合方法

传统的惯性/卫星紧耦合组合导航系统使用卫星伪距/伪距率作为量测，卫星伪距率一般可以提供厘米/秒级精度的速度信息；而载波相位时间差分观测量可以达到毫米级精度且无需参考接收机。本文分析了载波相位时间差分的原理，并将其应用到惯性/卫星组合导航系统中；在滤波器的设计中使用状态延迟滤波法处理载波相位时间差分观测量，使惯性/卫星组合导航系统达到了较高的速度精度。     

一种改进的高动态GPS载波组合跟踪环路算法

在高动态的接收环境下,GPS接收机接收信号载频上会产生很大的多普勒频移及其变化率,传统的GPS载波跟踪环无法保证可靠的跟踪。在综合分析了常规跟踪方案的利弊后,提出一种新的基于四相鉴频（FQFD）牵引的二阶叉积自动频率控制环（CPAFC）辅助三阶锁相环（PLL）高动态跟踪环路算法。通过美国喷气推进实验室（JPL）高动态载体模型测试表明,该算法在高动态环境下不仅能快速牵入和锁定载波信号,而且在高达100g/s的加加速度作用过程中能持续、精确跟踪,实现导航电文的正常解调。     

Mobile GPS carrier phase tracking using a novel intelligent dual‐loop receiver

Carrier phase information is necessary for accurate measurements in global positioning system (GPS) applications. This paper presents a novel intelligent GPS carrier tracking loop with variable‐bandwidth characteristics for fast acquisition and better tracking capability in the presence of dynamic environments. Our dual‐loop receiver is composed of a frequency‐locked loop‐assisted phase‐locked loop structure, the fuzzy controllers (FCs), and the ATAN discriminator functions. The soft‐computing FCs provide the time‐varying loop gains to perform accurate and reliable control of the dual‐loop paradigm. Once the phase dynamic errors become large under kinematic conditions, the fuzzy loop gains increase adaptively and achieve rapid acquisition. On the other hand, when the tracking errors approach zero in the steady state, the loop gains decrease and the corresponding dual‐loop receiver returns to a narrowband system. Four types of carrier phase signals, i.e. phase offset, decaying sinusoidal phase jitter, frequency offset, and frequency ramp offset, are considered to emulate realistic mobile circumstances. Simulation results show that our proposed receiver does achieve a superior performance over conventional tracking loops in terms of faster settling time and wider acquisition range while preventing the occurrence of cycle slips. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.