FPLL载波跟踪环仿真及高动态GPS信号测试

针对高动态环境下普通GPS接收机跟踪环路容易失锁的问题,考虑到锁频环动态性能好、锁相环跟踪精度高的特点,实现了二阶锁频环辅助三阶锁相环的载波跟踪环(FPLL)。根据FPLL结构原理和误差分析理论,提出了一种FPLL环路的码相位和载波相位精度分析方法。借助GPS软件接收机平台,在Matlab环境下仿真实现了FPLL载波跟踪环,并利用Spirent GSS7700仿真器采集高动态GPS模拟信号对FPLL环路进行了测试。测试结果和精度分析表明,在导航信号的载噪比为40dB-Hz,加速度为26g,加加速度为9g/s的条件下,该高动态跟踪环路能够达到码相位1.31m(1σ),载波相位为4.24×10-3 m/s(1σ)的跟踪精度。     

高动态载波锁相环设计和性能分析

常规的二阶载波跟踪环路由于环路带宽的限制,无法满足接收机高动态条件下的环路跟踪,为了解决环路的高动态应力引起的噪声响应对环路带宽的要求,需要合并动态应力到误差跟踪控制信号才能满足高动态的性能要求。本文从载波跟踪二阶环路的结构入手,对利用外界速度辅助的三阶环路进行动态稳定性和稳定误差性能进行仿真计算和性能分析,结果表明这种有外界速度辅助的三阶载波锁相环路可以改善信号跟踪环路的动态应力性能。     

高动态宽带信号码跟踪方法仿真分析

针对高动态场景,单独的码环路很难实现跟踪,由于高动态载波跟踪的算法很成熟,通常应用载波跟踪结果对码环路进行辅助,针对窄体制信号,这种方法可以帮助消除码环的动态误差,但对宽体制信号来说,辅助力度减小。从高动态宽带信号码跟踪误差门限以及跟踪精度入手,分析了单独码跟踪算法的易失锁性,理论和仿真验证应用高动态载波跟踪结果辅助码跟踪算法的有效性,且具有高的跟踪精度。这为导航接收机的跟踪算法提供了理论依据。     

MEMS IMU辅助的高性能GPS接收机设计

高性能稳健性的GPS卫星接收机仍然是当前研究和发展的热点。在高动态条件下,GNSS接收机设计总是涉及到跟踪动态性能所要求的环路带宽和噪声所要求的环路带宽一对矛盾体。以微惯性测量单元(MIMU)辅助的GPS接收机为实例,设计了MIMU辅助的GPS接收机搜索算法和跟踪算法,同时为减少GPS接收机对惯性器件的性能的依赖,设计了基于MIMU辅助的最优GPS接收机的环路带宽。通过仿真和车载试验对所设计的方法进行验证,仿真和试验结果表明,MIMU辅助的GPS接收机动态性能取决于MIMU的性能指标和环路的带宽,而抗干扰性能至少有13 dB的提高;跑车试验中,商用GPS接收机和研制的GPS接收机精度大体相当。同时系统还能够提供姿态角信息。     

超紧组合中不同精度IMU对GNSS信号跟踪性能的提升

详细推导了惯性测量单元(IMU)精度与全球导航卫星系统(GNSS)接收机信号跟踪环路误差之间的数学模型,分析了IMU辅助的高动态载波跟踪环路误差精度,比较了不同精度IMU辅助GNSS信号捕获性能,证明了分析推导的正确性和合理性,指出了惯性卫星超紧组合导航系统对IMU的精度要求。     

基于矢量跟踪的GNSS／SINS相干深组合系统研究

为满足组合导航系统在高动态环境下的性能要求,设计基于矢量跟踪的GNSS／SINS相干深组合导航方法。利用矢量跟踪环路将所有可视卫星的跟踪和导航解算融为一体,增强通道间的辅助;高动态对载波跟踪影响更大,在通道预滤波中将码环载波环分别用独立的滤波器处理,组合滤波中采用通道间差分降低滤波状态维数,提高计算效率。引入惯导的加速度辅助本地信号参数预测,较精确地测量卫星视线方向的加速度,减小接收机在高动态时段的剩余动态,提高本地信号参数的预测精度。基于矢量跟踪软件接收机搭建相干深组合仿真系统,实验表明该方法在高动态等环境下能提高信号跟踪性能,改善系统的精度、可靠性。      

载波相位的共同跟踪

共同跟踪技术10倍地改进了GPS与GLONASS接收机的跟踪能力。改进的基础是同时用两种类型的锁相环(PLL)。第一种PLL跟踪接收机视在动力学特性(包括接收机的运动和内部振荡器),这一PLL利用的是所有可见卫星的总功率,具有20Hz左右的宽带宽。第二种锁相环是专门为跟踪某一颗卫星的动力学而设计的。这些单独的环路具有比较窄的带宽(约2Hz)。这样的两种环路的组合,既能改进跟踪能力,同时又能降低测量噪声(10倍)。     

电离层闪烁对接收机的影响

导航信号经过电子密度不均匀的电离层时,信号的幅度和相位会产生快速随机起伏,即为电离层闪烁。电离层闪烁对接收机信号捕获跟踪以及解调定位都有一定的影响,本文采用理论和仿真的方法分析了电离层闪烁对I,Q支路以及跟踪环路的影响。结果表明:相位闪烁对信号I,Q支路均有影响,幅度闪烁对I支路的影响比较大,在相位闪烁比较强或者幅度闪烁比较强的区域,信号更难跟踪处理。弱闪烁时锁相环(PLL)的跟踪门限约29 dBHz,延迟锁定环路(DLL)的跟踪门限约为20.2 dBHz,强闪烁时PLL跟踪门限约为32 dBHz,DLL的跟踪门限约为22 dBHz。相比而言,载波跟踪环路更加脆弱。同时得到,闪烁越强,载波发生周跳的概率越大,载噪比越高,抗闪烁能力越强。      

一种SINS/GPS深组合导航系统技术问题分析

为了满足高动态用户及强干扰条件下的应用需求,提出了一种基于卫星信号矢量跟踪的SINS/GPS深组合导航方法,设计了基于FPGA硬件平台的实施方案。利用组合卡尔曼滤波器反馈回路取代了传统接收机中独立、并行的跟踪环路,能够同时完成所有可视卫星信号的跟踪和导航信息处理;通过矢量跟踪算法对所有可视卫星信号进行集中处理,能够增强跟踪通道对信号载噪比变化的适应能力,从而提高接收机在强干扰或信号中断条件下的跟踪性能;根据SINS导航参数和星历信息推测GPS伪码相位和多普勒频移等参数,用以辅助卫星信号的捕获和跟踪,能够大大缩短接收机的搜索捕获时间,并增强接收机在高动态条件下的跟踪性能。基于矢量跟踪的深组合方法不仅在GPS信号短暂中断期间,能够保证系统的导航精度和可靠性,而且在强干扰环境中能够维持较好的伪码相位和载波频率跟踪性能。     

GPS信号跟踪的多径影响分析与仿真

多径信号是GPS定位的主要误差源之一。码和载波跟踪环是GPS接收机的重要组成部分，它们直接决定了接收机的性能，因此当前多径消除技术研究的核心即是从跟踪环内部着手研究。本文仔细分析了GPS接收机信号跟踪环以及多径信号对跟踪精度的影响，对伪距码与载波相位多径误差进行了比较，并且通过仿真结果和图表阐明了码和载波相位多径误差之间的协同关系。     

基于TGO软件的GPS网同步环及异步环提取

美国Trimble Geomatics Office(TGO)GPS数据处理软件被测绘工作者广泛使用,但因其对环闭合差的检核是用水平分量和垂直分量表达,不能按我国GPS规范,分别对同步环及异步环以三维坐标分量方式检验环闭合差,而给使用带来极大不便。本文提出利用TGO的环闭合差报告和数据交换文件中的有关信息解决此难题,用VB编写成TGO辅助程序加以实现,并与不同的软件进行比较分析,说明该程序可以应用于工程实践中。     

GPS控制网环检验程序的设计

在GPS控制测量中,环检验是个不可或缺的步骤,其目的在于及时发现粗差,控制整网的精度。本文通过设计一个环检验程序,从算法角度讨论了手工检验和自动检验的具体实现,并详细介绍了针对复杂网形控制网构环算法的优化,保证了程序的可靠性和稳健性。     

精密工程测量数据处理综合系统讲座 第三讲：COSA-GPS及在大规模高精度GPS控制网数据处理中的应用

介绍了COSA-GPS的功能和特点,阐述了COSA-GPS进行大规模高精度GPS控制网数据处理的关键技术,总结了COSA-GPS的更新升级及其在工程测量中的应用情况。     

一种改进的测量控制网最小独立环搜索算法

对已有的生成树搜索方法进行了改进,利用广度优先的思想搜索,线性表结构存储数据,提高了算法的时间效率,简化了计算复杂度,使得该方法更加适用于大型测量控制网的最小闭合环搜索。     

“十白”高速D级GPS控制网精度分析

为了给十堰-白河高速公路提供控制测量资料及后续碎部测量资料,在高速公路沿线布设一系列D级GPS控制点,通过对GPS控制网测量以及外业数据的初步处理,实现了对GPS网的重复边检核,同步环闭合差检核和异步环闭合差检核,进而分析了GPS外业测量的精度,并为今后相似地形条件的工程提供了技术保证。     

基于FPGA的导航接收机跟踪环路设计与实现

现阶段导航接收机设计的基本架构是FPGA＋DSP或者FPGA＋ ARM 的工作方式。接收机存在研发时间长,研发难度较大的特点,且DSP/ARM 处理环路跟踪的同时需处理协议上的许多操作,在实现上较为复杂,实时性不高。基于SOC技术,利用Xilinx公司提供的协处理器软核代替DSP部分功能,用于在单片FPGA内实现导航接收机的跟踪环路,并根据实际情况,设计了硬件加速器和相关值预处理模块,利用时分复用的方式节约了硬件资源,在单片FPGA上实现了跟踪环路的设计,降低了硬件成本,为高性能导航接收机芯片设计提供了一种思路。     

剥蚀法计算GPS观测网独立环闭合差

在GPS测量中，往往需要计算三角形、多边形闭合差，以便及时发现观测粗差、衡量GPS观测精度。本文提出了剥蚀法计算GPS观测网独立环闭合差，这种方法利用计算机自动确定观测网中的独立环个数，并计算所有独立环闭合差。它适合各种复杂的观测图形，所计算的独立环个数是唯一的，独立环为观测网中的最小闭合单元，并且环与环之间不出现包含和重复。     

受天线高影响的GPS测量精度分析

通过指出测量天线高的两种不规范操作,剖析了GPS天线高的测量方法及误差特性。而后首先从原理上分析了受天线高影响下的GPS基线和独立环闭合差的精度,然后通过某案例对数据进行处理,将两种受天线高影响下的上述测量成果与正常情况下的成果作比较,对理论分析进行证实。结果表明由天线高产生的粗差对短基线的测量成果影响较大,对长基线也有一定的影响。进而得出结论,即对于基线较短的校园GPS控制网,必须要重视对天线高的正确测量方法。而对工程单位布设的基线较长的GPS控制网,要获取高精度的定位成果,也不能忽视天线高的测量工作。     

华北地区区域水准大气折光影响分析

大气折光对水准测量的影响是目前最重要且很难消除的误差之一。由折光影响产生的系统闭合差可能超过随机观测误差,那么在沿相同水准路线作重复观测的情况下,就可能会出现同符号闭合差。针对这一问题,该文提出了分析闭合环统计性质,从而提取出大气折光可能影响大的测段的方法。为了定量分析大气折光对水准观测结果的影响,提出不测温差的大气折光改正方法,对提取出的测段进行折光影响模拟。结果表明,大气折光对部分测环的水准环闭合差有系统性偏离影响,部分测段大气折光影响与地形存在明显的相关性。