高动态接收机的关键问题研究

为检测高动态GPS(Global Positioning System)信号,需要设计码环及载波环的捕获与跟踪数字系统.在高动态下,在GPS信号的码跟踪和载波捕获与跟踪问题中最关键的是要解决在高加速度下的载波跟踪问题.主要讨论了在高动态下,结合GEC公司的十二通道相关器GP2021,载波跟踪环路的特性并在此基础上提出了一个新的方法来改善载波跟踪环路的性能.     

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。     

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。     

高动态下GPS信号的捕获和跟踪技术研究

为检测高动态GPS信号,需要设计码环及载波环的捕获和跟踪数字系统。如何快速捕获信号,并进行精确跟踪,是问题的关键。针对高动态环境下GPS信号的捕获和跟踪问题,分析了高动态环境对GPS信号的影响,提出了FFT码快速捕获算法,以及二阶FLL与三阶PLL混合载波跟踪方案,并对码环和载波环的结构和参数的设计方法进行了说明。仿真结果和分析表明该方案能在高动态环境下实现信号的快速捕获,且能较好地满足接收机动态性能和跟踪精度的要求。     

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。     

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.     

伪码测距中码跟踪环的FPGA实现

码跟踪环的设计是伪码/载波相位联合测距系统的一个关键环节.分析了伪码跟踪环路的结构,利用查表法、二阶环路分别对NCO和环路滤波器等关键部分进行了设计,并给出了相应的电路结构.系统仿真与FPAG片上测试结果表明,实现了伪码准确、实时跟踪,跟踪到的伪码相位误差小于载波相位的周期长,设计的跟踪环具有一定工程应用价值.     

GPS定位技术在航天器高动态导航中的应用问题研究

本文着重讲述了 GPS 系统在航天器动态导航中的应用问题，分析了航天器高动态环境下对 GPS 信号的捕获和跟踪所带来的影响。提出了 FFT 码快速捕获算法，以及二阶 FLL 与三阶 PLL 混合载波跟踪方案，并对码环和载波环的结构和参数的设计方法进行了说明。仿真结果和分析表明该方案能在航天器高动态环境下实现信号的快速捕获，且能较好地满足接收机动态性能和跟踪精度的要求。     

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。     

基于ASPeCT的BOC调制信号捕获与跟踪研究

针对BOC调制信号传统捕获算法的模糊问题,在对直接捕获法、BPSK-Like法以及ASPeCT法分析的基础上,确定了ASPeCT法作为信号接收机捕获模块的设计方案。然后设计了基于BOC调制信号的跟踪环路,在对载波环和码环分析的基础上,确定了锁频环辅助锁相环作为环路中载波环的设计方案,以及修正后的EMLP鉴相器为环路中码环的设计方案。最后,对基于ASPeCT法捕获及基于锁频环辅助锁相环、ASPeCT修正码环的信号跟踪进行了实验仿真,验证了捕获模块和跟踪环路方案的有效性。     

矢量跟踪算法快速重跟性能分析

当卫星导航信号受到一段时间干扰或遮蔽时,信号载噪比下降,传统跟踪环路失锁。信号恢复时,针对传统跟踪环路不能及时重新跟踪问题,应用矢量跟踪算法,进行跟踪。分析了在真实GPS数据加上仿真噪声之后矢量/频率锁定环路（VDFLL）的性能以及与传统环路进行对比,试验证明矢量跟踪具有快速重跟性能。     

Design of an FPGA based DPLL with fuzzy logic controllable loop filters with application customization capability

The carrier recovery loops are important in carrier tracking approaches particularly in the presence of high dynamic stress on user receivers and noisy environment applications. The precise carrier tracking techniques are proposed in systems that are sensitive to carrier mismatches, such as terrestrial or satellite tracking systems. The fading phenomenon, phase and frequency step changes and high user dynamics are currently most important challenges in the development of robust carrier tracking systems. In this work, a novel Digital Phase Locked Loop (DPLL) is proposed using type-2 fuzzy logic controller to improve noise immunity and handling user dynamic in digital receivers with application customization capability. Due to fast and accurate decision-making by proposed fuzzy logic controller, optimal loop filter coefficients are generated for DPLL. The proposed DPLL is simulated with Xilinx System Generator Software and can be implemented on FPGA. In comparison to traditional approaches, proposed new DPLL shows better performance in response to phase step, frequency step and frequency ramp signals with acceptable settling time alongside minimum complexity in implementation and customization.     

一种基于FLL和PLL的复合载波环的跟踪精度分析

基于卫星通信高动态、高精度的需求,提出了一种锁频环与锁相环相结合的双环载波跟踪系统.通过分析热噪声和动态应力对载波环跟踪精度的影响,指出了锁相环和锁频环的优缺点,给出了复合载波环的结构框图和工作流程.最后通过系统仿真,证明了复合载波环比单一载波环具有更全面的性能.     

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DSP的高动态接收机载波捕获跟踪技术

介绍了高动态GPS接收机的码捕获与载波跟踪的原理,设计了一种基于高速数字信号处理(DSP)技术的PLL FLL环混合全数字高动态载波跟踪技术方案,同时给出了一种在连续高动态下载波跟踪算法即基于交叠离散傅里叶变换的频率跟踪算法(ODAFC),并对此算法进行了仿真验证.仿真结果证明了该算法的正确性.     

四相鉴频器辅助的高动态BOC信号载波跟踪

叉积鉴频器的输出频率范围比较窄,捕获信号以后的多普勒频偏可能不在其跟踪范围内。针对此问题,提出了使用四相鉴频器( FQFD )算法辅助已经成型的二阶锁频环加三阶锁相环模型。首先,利用四相鉴频器的非线性特性将接收信号频偏大步长牵引到较低范围,然后使用锁频环消除其大部分动态性,最后利用锁相环跟踪精度高的特点实现高动态二进制偏移载波( Binary Offset Car-rier,BOC)信号载波的快速准确跟踪。在分析各跟踪模块算法的基础上,讨论了其本身的热噪声误差、动态适应力以及最优带宽等相关问题,理论分析和仿真结果验证了该方法比原有跟踪算法提高了300 Hz左右的鉴频范围,并且跟踪效果良好。     

INS辅助GPS载波跟踪环分析

高动态环境会造成较大的多普勒频移,这使得一般的GPS接收机在没有外界辅助的情况下难以可靠工作.为了同时满足高动态GPS接收机动态性能和噪声抑制两方面的需要,GPS/INS紧耦合系统利用INS的信息辅助GPS接收机的载波跟踪回路.对紧耦合系统的关键技术--INS辅助GPS载波跟踪回路进行了系统分析,阐述了INS信息辅助G...     

高动态扩频信号的载波跟踪技术研究

针对高动态环境下扩频信号的载波捕获与跟踪问题,本文分析了多普勒频移对锁相环、锁频环以及环路滤波器设计的影响,以及高动态环境中载波快速捕获问题,在此基础上提出了一种数字复合软环的设计方法,计算机仿真结果表明这种数字复合软环能有效地解决载波快捕与精跟踪的问题.