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。     

北斗导航载波锁相环和锁频环的混合应用

为满足北斗导航接收机的复杂动态条件下的使用,本文提出了一种锁频环和锁相环混合跟踪的载波跟踪方法,提高北斗导航接收机在高动态下的载波跟踪性能,通过对载波跟踪环的参数进行了研究。设计并实现了一种在DSP端进行环路控制,在FPGA端完成载波的剥离的载波环路跟踪方案,测试结果表明,该方案能实现高动态下载波信号的快速精确跟踪,具有良好的实时性和推广价值。     

GPS接收机载波跟踪环路设计

载波跟踪环路设计是GPS接收机中的关键技术,载波环鉴别器的类型确定了跟踪环的类型,为了有效地防止因为数据跳变引起的鉴别误差,并且使其频率鉴别范围大,精度高,采用一种二阶锁频环（FLL）辅助三阶锁相环（PLL）的方法。通过Matlab仿真载波环路比较了两种鉴频和鉴相算法的性能。结果表明,该方法鉴别范围大,精度高,切实可行。     

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.     

载波快速捕获与跟踪的双数字锁频环路无缝切换

锁频环广泛应用于载波频率快速同步的场合,为解决大捕获范围和跟踪精度之间的矛盾,通常捕获和跟踪状态时采用带宽不同的频率锁定环路,并根据载波同步情况进行切换.对这种硬切换所导致的跟踪环路的收敛过程、瞬态时间进行分析,并基于二阶锁频环与卡尔曼滤波等效结构,应用卡尔曼滤波算法进行两种状态之间环路增益时变的无缝切换.推导出高动态数字直扩接收机差积鉴频二阶锁频环路无缝切换控制增益,两种切换方式的仿真结果表明无缝切换的效果优于传统的硬切换方式.     

一种新型结构数字载波跟踪环及其Z域稳态性能分析

 提出一种具有串联环路结构的新型数字载波跟踪环,以解决极低载噪比下高动态载波信号的跟踪问题.在输入纯载波信号时,通过建立Z域全相位模型,对新型载波环稳态性能和稳定条件进行了理论推导,得到稳态相差和稳定条件与环路参数间的解析式.理论分析表明,该新型载波环的动态跟踪能力等价于高阶锁相环,且稳定条件比后者更容易满足.仿真结果验证了上述结论.所得结论可用于评估接收机载波跟踪性能及指导环路设计,并为设计高阶锁相环提供了一种新思路.     

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.     

转发欺骗干扰对卫星导航接收机载波环的影响研究

本文研究了转发欺骗干扰对卫星导航接收机载波跟踪环的影响。推导出在存在转发欺骗条件下卫星导航接收机载波跟踪环输出的相位误差公式，分析了不同强度的转发欺骗干扰对卫星导航接收机跟踪环路的作用，得出了使卫星导航接收机跟踪环路失锁转发欺骗干扰所需的最小功率强度。通过试验验证了本文分析结论的正确性。     

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。     

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。     

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。     

GPS软件接收机载波跟踪环路设计

为研究GPS信号处理技术,首先设计了GPS软件接收机的总体方案,然后对其中的关键模块——载波跟踪环进行深入分析并拟定环路各部件的实现方案,利用MATLAB对环路进行仿真分析,验证了该方案的可行性,最后在Altera公司的FPGA上完成了环路的设计.结果表明,Costas载波跟踪环性能良好,完全能够满足GPS软件接收机的工作要求,具有一定的工程参考价值.     

GPS软件接收机跟踪环路设计

GPS软件接收机跟踪环路的设计在环路参数与鉴相器选择上有很大空间。在分析GPS跟踪原理的基础上．对比码环与载波环不同鉴相器的性能,然后在不同环路参数下对跟踪效果进行了仿真比较,最后选择一组鉴相器并设计合适的环路参数,对实际采集的GPS中频信号进行跟踪,跟踪结果验证了设计环路的有效性。     

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。     

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。     

高动态环境载波跟踪环路的设计

为了满足高动态环境下对测轨定位的需求,对数字中频接收机载波同步跟踪关键技术进行了研究。针对高动态环境下载波同步需要解决的捕获带宽、捕获速度与跟踪精度的矛盾,综合利用了传统数字锁频环路和数字锁相环路的优点,设计了一种适合高动态环境下数字中频接收机的锁频联合锁相环工作的环路方案。仿真和测试结果表明:改进算法解决了环路跟踪精度和动态性能不能兼顾的矛盾,信号跟踪环路能在高动态环境中实现对信号的稳定跟踪。     

GPS软件接收机跟踪环路设计

GPS软件接收机跟踪环路的设计在环路参数与鉴相器选择上有很大空间.在分析GPS跟踪原理的基础上,对比码环与载波环不同鉴相器的性能,然后在不同环路参数下对跟踪效果进行了仿真比较,最后选择一组鉴相器并设计合适的环路参数,对实际采集的GPS中频信号进行跟踪,跟踪结果验证了设计环路的有效性.     

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.     

一种新的可调带宽卫星导航接收机载波环设计

载波跟踪环一直是卫星导航接收机中最脆弱的一环,接收机失锁往往首先由载波跟踪环失锁引起.载波跟踪环设计的难点在于其自身的矛盾:一方面为了提高接收机的动态性能,需要提高载波环带宽；而另一方面,为了提高载波跟踪精度,保证导航电文解调精度,又希望尽量减小载波环的带宽.考虑到现代化的卫星导航信号普遍增加了导频通道,导频通道中没有数据调制,可以采用纯PLL跟踪.因此提出了一种可调带宽纯PLL载波跟踪环结构,在保持锁相环跟踪精度的同时大大提高了其动态性能.     

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。