GNSS接收机跟踪环路结构和特性分析

分析了全球导航卫星系统(GNSS)接收机标准(标量)跟踪环路、基于卡尔曼滤波估值的跟踪环路、矢量跟踪环路、INS辅助的跟踪环路以及INS辅助的可配置跟踪环路等跟踪环路的结构和特性及实现的算法复杂性,给出了一种典型的VDFLL实现方法,指出了在不同的应用环境中应采用不同的跟踪环路以使GNSS接收机性能价格比达到最优。     

矢量GNSS接收机自主完好性监控性能研究

在分析了矢量跟踪环路和标量跟踪环路故障检测方面差异的基础上,该文指出全球导航卫星系统(GNSS)矢量接收机自主完好性监控(RAIM)技术所存在的问题,即RAIM检测量受噪声影响导致检测故障不准确,和故障信息在环路中的传播使得难以准确识别出故障源。针对上述问题,对矢量接收机的结构进行了改进,提出基于预滤波器的双环路跟踪结构。在新结构中,通过基于容积卡尔曼滤波算法的预滤波器削弱噪声的影响,并通过双环路切换的方法阻止故障信息的传播。仿真实验结果表明,改进后的矢量接收机不仅RAIM检测统计量的均值和方差都显著减小,而且识别故障的准确率有了明显的提高,RAIM性能较原来得到了有效提升。     

多项式预测GNSS信号矢量跟踪算法

提出了一种多项式预测全球卫星导航系统(GNSS)矢量跟踪算法,不需要接收机运动参数的先验信息,不同于传统卡尔曼滤波器需要根据目标的运动状态选择合适的动态模型并且调节相应的状态噪声。对观测噪声进行自适应估计,实现对目标状态更为鲁棒的跟踪。仿真结果表明,建立的矢量跟踪模型能够准确跟踪目标状态,适应各种加速度的目标运动情况,在加速度发生突变时,也能保持鲁棒的跟踪,有效避免了传统卡尔曼模型由于参数选择带来的问题。     

少星环境下的矢量跟踪接收机增强技术研究

卫星导航系统已经成为最常用的导航和定位手段,地面车辆、智能手机等都依靠卫星导航接收机提供高精度导航和定位信息.然而在城市复杂环境下,卫星导航信号常常被环境遮挡,接收机接收不到足够数量的卫星信号,导致接收机定位误差变大或者不能输出导航信息.矢量跟踪接收机采用卡尔曼滤波估计导航定位信息,能够在少星环境下提供一定精度的定位信息,但是误差随着时间发散.为了提高矢量跟踪接收机在少星环境下的性能,提出高度信息辅助矢量跟踪接收机方法,给出了高度信息辅助下矢量接收机导航信息估计模型.实际场景实验表明,在2 min的实验时间中,采用高度信息辅助,定位精度有了明显的提升.     

基于片上系统的GNSS兼容接收机设计与实现

提出了利用FPGA内的嵌入式软核NiosII代替专用DSP处理器和通用控制器,在单片FPGA内实现整个GNSS组合导航定位接收机的总体方案。分析了该模式下的快速捕获、相关器、载波跟踪环和码跟踪环算法理论与实现,给出了该组合接收机24h的静态测试结果。结果表明,该GNSS组合接收机设计满足要求。     

INS辅助GNSS高动态捕获跟踪技术研究

在高动态的环境下,由于载体的运动速度及加速度非常大,卫星与载体之间的相对Dopple很大,超出了常规全球卫星导航(GNSS)收机的捕获搜索范围与跟踪门限,因此会造成搜索不到卫星或失锁。针对这一问题开展了利用惯导测量系统(INS)辅助GNSS接收机捕获与跟踪技术研究,GNSS接收机利用INS提供载体的速度、加速度和位置参数,预测载体的多普勒(Dopple)频移,结合接收机的星历及环路信息,共同调节环路中的NCO,及时重新设定环路搜索中心频率,从而解决了高动态引起大的Dopple频移这一问题。仿真结果表明,相比传统的接收机,通过INS辅助的GNSS接收机可以在超高动态模拟环境下,加速度100 g和速度为4 000 m/s时仍可以快速捕获及稳定跟踪信号。     

GNSS信号捕获与跟踪算法的改进与实现

为了缩短GNSS接收机捕获信号所用的时间,在对导航信号进行频谱观察的基础上,改进了基于FFT的捕获算法和阈值的设定,并对改进后的算法进行了仿真验证,结果表明该算法具有可行性,并可以缩短捕获时间。设计了GNSS接收机的完整跟踪通道,利用MATLAB软件对该跟踪通道进行仿真,仿真结果验证了该跟踪通道的正确性。     

多速率CDMA系统的盲自适应多用户接收机

该文研究可变扩频长度(Variable Spreading Length, VSL) 多速率直接序列码分多址(Direct-Sequence Code-Division Multiple-Access, DS-CDMA) 系统中的自适应多用户接收机。利用到相交子空间的迭代投影估计得到包含信道信息的特征矢量,以此构造多用户接收机。借助于子空间跟踪算法的特殊形式,推导了特征矢量估计算法及多用户接收机的一种低复杂度的自适应实现。仿真实验证明,该算法有很好的数值稳定性,与传统算法BER性能相同的情况下,具有更低的计算复杂度。     

基于VC++的GPS软件接收机设计

由于GPS软件接收机具有需要硬件资源极少、可移植性强、开发新算法成本低等诸多优点,成为了新一代GPS接收机研制的热点.完成了基于快速傅里叶变换(FFT)算法的卫星信号的捕获算法、基于混合载波跟踪环的载波跟踪和码跟踪算法、卫星星历数据的提取及卫星状态解算算法和伪距测量算法等算法的仿真验证,介绍了基于VC++的GPS软件接收机的设计方法和过程.该软件接收机可以输出各个通道跟踪到卫星信号的载波频率、伪码频率及伪距,卫星星历及卫星状态,接收机的位置、速度信息以及各种DOP值等诸多信息.最后,给出了所开发的GPS软件接收机在实际GPS数字中频信号下的定位结果.结果表明,该软件接收机的定位误差在20 m以内.该GPS软件接收机系统采用纯软件的方法实现了硬件GPS接收机数字中频信号后的所有功能,算法修改灵活,可为进一步研究GPS接收机的各种算法提供一种方便快捷的仿真平台.     

GNSS信号接收机的构件初识──GNSS导航信号的收发问题之十

GNSS信号接收机是GNSS导航卫星的用户设备,是实现GNSS卫星导航定位的终端仪器。它是一种能够接收、跟踪、变换和测量GNSS卫星导航定位信号的无线电接收设备,既具有常用无线电接收设备的共性,又具有捕获、跟踪和处理弱达3.5E-16W~2.5E-17W卫星微弱信号的特性。为此,GNSS信号接收机的构件必须满足这种捕获、跟踪和测量GNSS信号的需求。     

基于矢量跟踪的导航接收机研究综述

近年来,矢量跟踪环路的研究受到了广泛的重视。频频出现在国际会议的研讨项目之中,大量的相关文章被出版。同时,国内也出现大批的机构和学者从事于矢量跟踪的研究。目前所有的工作可大致分为以下几个方面,①矢量接收机与传统接收机性能的比较;②矢量跟踪在噪声环境和高动态下的性能分析:③矢量跟踪在其他相关方面的应用分析,如与惯性导航组合等。本文梳理了国内外的研究现状,总结了文献中的重要结论,希望对于从事矢量跟踪的学者有所帮助。     

一种矢量跟踪环路及其抗干扰性能分析

针对GPS信号在接收端的功率较弱,接收机在载噪比低的环境中很容易受到其他信号的干扰,该文提出一种基于矢量跟踪环路的接收机设计方法,在跟踪环路环节对干扰信号进行抑制。以实际的伪距、伪距率误差为状态量,量测得到的伪距、伪距率误差为观测量构建跟踪环路滤波器,利用更新后的接收机位置,计算出接收机与可视卫星间的观测矢量,完成闭合反馈回路。接收机的信号跟踪与导航解算部分融合一体,改变了传统接收机的结构。对比分析标量和矢量跟踪环路的预测伪距方差,来研究矢量跟踪环路对干扰信号的抑制性能。采用实际卫星星历进行仿真实验,验证了矢量跟踪环路比标量跟踪环路的预测伪距方差小,抗干扰能力强。     

一种星载GPS接收机设计及测试

为解决星载GNSS接收机具备高动态信号的跟踪与锁定功能,基于自行研发的星载GPS导航接收机,通过软件升级使其能够工作在LEO、GEO和更高轨道高度上,实现更快的信号捕获能力和对微弱信号的跟踪能力。文中给出了接收机的软硬件架构及功能描述,以及低轨道高动态条件下的模拟器测试结果,通过测试表明,文中给出的接收机具有高动态、微弱GNSS信号的捕获跟踪性能,具备星载搭载条件。     

一种改进的GPS弱信号跟踪算法

针对目前GPS(全球定位系统)软件接收机中常用的跟踪环路难以跟踪弱信号的缺点,结合卡尔曼滤波技术,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的GPS弱信号跟踪算法.该算法通过改进传统卡尔曼滤波的观测方程,提高了信号估计精度.仿真结果表明,在载噪比低至23 dB· Hz的GPS信号跟踪条件下,传统跟踪环路已无法跟踪信号,但该改进的跟踪方法仍能跟踪.总体来说,该改进算法可用于GPS弱信号的跟踪,也可以用于其他GNSS(全球卫星导航系统).     

基于扩展卡尔曼滤波器的矢量跟踪算法研究

该文针对矢量跟踪算法缺乏定量分析的问题,对线性化模型与跟踪误差进行了研究.为了提高矢量跟踪环的动态跟踪性能,修正了已有线性化观测矩阵忽略接收机伪距率对位置的偏导项的问题;提出了新的环路反馈量,简化了运算过程.推导出了矢量跟踪环的热噪声跟踪误差,与标量跟踪环相比跟踪门限明显降低,并且在相同条件下,观测卫星数越多,矢量跟踪环的跟踪门限越小;推导了矢量跟踪环的动态应力跟踪门限,证明矢量跟踪环可以处理高动态微弱信号.通过 Monte Carlo 仿真验证了理论分析结果的正确性.     

多星座GNSS接收机设计与实现

GNSS的发展大大增加了导航信号数量,因此开发可接收多个星座信号的GNSS接收机具有很大的意义。本文设计实现了一种简单灵活的新型接收机,主要包括利用MAX2769作为射频前端实现多星座信号覆盖,可重配置的FPGA实现多星座信号的捕获跟踪与数据传输,导航与数据后处理由计算机实现。同时为了兼容多种GNSS信号,设计了通用跟踪环路。测试结果表明设计的GNSS接收机具有体积小、实时性好和兼容性强等特点,满足实际应用需求。     

基于相控阵单通道接收机高分辨DOA估计的跟踪算法

本文提出一种基于相控阵单通道接收机系统的波达方向(DOA)高分辨跟踪算法。这种跟踪算法是用特定权实现单通道接收机高分辨测向的进一步完善。在信号源不相关的情况下,通过对权矢量的循环使用和功率信号的更新处理,实现对DOA时变信号源的跟踪。计算机模拟结果表明该方法具有良好的效果。     

一种GNSS信号跟踪环路频相直调控制算法

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收机信号跟踪环路正确地锁定导航信号的频率、相位是提取测量值以及导航星历的基础。传统的接收机跟踪环路采用调整频率的方式来调整相位,不能及时消除跟踪误差,并且在弱信号条件下容易受到噪声影响,难以对信号进行精确跟踪。针对这一问题,提出了一种基于非相干预滤波器的频相直调环路控制算法,采用非相干预滤波器提取跟踪误差,并且在本地信号生成阶段直接将载波相位差、载波频率差、码相位差进行消除。实验表明,与传统环路相比,频相直调算法对载波相位、码相位迁入速度分别提高了90%和95%,高动态、弱信号下多普勒估计精度分别提高了69.25%和61.37%,并且频相直调算法能够有效抑制环路参数调整、载体突然机动对载波相位锁定带来的扰动。     

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。     

基于相控阵单通道接收机高分辨DOA估计的跟踪算法

本文提出一种基于相控阵单通道接收机系统的波达方向（ＤＯＡ）高分辨跟踪算法,这种跟踪算法是用特定权实现单通道接收机高分辨测向的进一步完善。在信号源不相关的情况下,通过对权矢量的循环使用和功率信号的更新处理,实现对ＤＯＡ时变信号源的跟踪,计算机模拟结果表明该方法具有良好的效果。