旋转状态下的GPS信号跟踪性能

对于旋转载体采用圆柱共形微带天线更易实现对GPS信号稳定和连续的接收,然而接收得到的信号含有载体旋转引入的调制效应,对接收机跟踪环路提出了较高的要求。在考虑圆柱共形微带天线相位中心偏移的基础上,分析了载体旋转对GPS载波相位和频率的影响,研究了旋转状态下接收机跟踪环路的性能。仿真结果表明：为了减少旋转引入的动态应力误差,保持对GPS载波相位的稳定跟踪,必须相应的增大接收机跟踪环路的带宽,且旋转状态下二阶环路的跟踪性能要好于三阶环路。     

高动态GNSS接收机载波跟踪环自适应最优带宽设计与试验

对于大多数高动态接收机,通常采用2阶FLL辅助的3阶PLL环路结构,由于存在FLL环路,导致跟踪精度的下降。针对卫星接收机的动态性能和信号载波功率噪声密度比,在综合考虑接收机跟踪环路中的各种误差源(热噪声、晶振误差、动态牵引误差等)的基础上,采用自适应最优带宽技术,设计一种适用于高动态的3阶PLL载波跟踪环。采用基于GPS数字中频信号的数字仿真和GNSS信号源对所设计的自适应最优带宽进行了验证,验证结果表明:在加速度为30g、过程中存在加加速度为30g/s的高动态情况下,采用18 Hz 3阶PLL不能对信号进行跟踪,而采用所设计的自适应最优带宽的3阶PLL环可以对信号进行可靠的跟踪;同时,和固定带宽接收机比较,所设计载波跟踪环环路能够跟踪50g的高动态Compass卫星信号,而采用固定带宽接收机失锁,并且定位精度优于1 m(2σ),测速精度优于0.2 m/s(2σ)。     

基于实时调节GPS射频前端采样周期的INS辅助GPS组合导航方法

为了提高GPS卫星接收机在高动态环境下的跟踪能力,提出了一种基于GPS射频前端采样周期实时调节的INS辅助GPS组合导航方法。首先通过组合滤波器将INS导航信息和GPS导航信息进行融合,修正INS导航信息误差。然后利用修正后的INS导航信息和GPS导航电文,实时计算出载体相对于每颗卫星的多普勒频移,并将得到的多普勒频移换算为GPS中频信号载波的波长变化。最后根据载波的波长变化实时调节GPS接收机射频前端ADC的采样时间间隔,补偿因为多普勒频移导致的中频数字信号采样点变化,隔离多普勒频移对GPS接收机跟踪环路的影响。仿真结果表明,此方法可以在不改变传统GPS接收机跟踪环路结构的前提下,显著提升GPS接收机的高动态性能,即使在多普勒频移变化率为5000 Hz/s的情况下,GPS跟踪环路仍能可靠工作。     

基于射频前端的GPS软件接收机设计与验证

介绍了基于硬件射频前端的GPS软件接收机设计与验证。针对GPS串行的搜索算法速度慢的缺点，采用了高速的并行码相位搜索算法；设计和实现了码跟踪环和载波跟踪环，并用载波环路来辅助码跟踪环路；综合考虑接收机的动态性和噪声影响，采用最优化设计思想，设计了GPS软件接收机最优环路带宽。采用GPS中频信号采样器采集实际GPS数据，对搜索和跟踪算法进行了验证。测试结果证明所设计的搜索和跟踪方法是有效的，使得用户在微弱信号处理、多路径处理和发展新的算法等方面具有更大的灵活性，为实际的高性能硬件GPS接收机设计提供的重要的基础。     

基于矢量跟踪的SINS/GPS深组合导航方法

为了满足高动态用户及强噪声干扰条件下的应用需求,提出了一种基于矢量跟踪的SINS/GPS深组合导航方案。深组合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跟踪和组合导航信息处理的任务;利用相关器残差来更新导航参数状态,同时根据已有的导航参数和星历信息推测GPS伪码相位和多普勒频移等信号跟踪参数,用以控制接收机的本地伪码、载波数控振荡器（NCO）,使本地伪码相位和载波频率与输入信号保持一致。最后,通过仿真验证表明,基于矢量跟踪的深组合方法不仅在GPS信号发生短暂中断期间,能够保证组合系统的导航精度和可靠性,而且在载噪比较低的环境中能够维持较好的伪码相位和载波频率跟踪性能。     

应用PID思想的高动态GPS载波跟踪环路设计

传统的GPS载波跟踪环路对载体的高速运动敏感,难以适应动态环境下基带处理的要求,因此提出一种应用PID思想,融合频率误差微分控制项的环路优化设计方案。分析了载波跟踪环路锁相环的基本结构,将环路中对本地数控振荡器的控制近似为PI模型;根据锁相环的相位输出结果,提取频率误差量,作为增加的微分控制项的输入;适当选取模型参数,构建应用PID控制的GPS载波跟踪环路。仿真结果初步表明,改进方案的环路达到稳态时间比原始方案缩短了10 ms以上,在动态适应性方面显著优于传统跟踪环路。     

基于软件GPS平台的高动态数字中频信号模拟与实现

在有限的实验条件下,为验证高动态软件GPS接收机信号的捕获和跟踪模型,提出了一种基于软件GPS接收平台的高动态GPS数字中频信号模拟方法.介绍了软件GPS接收平台的基本结构框架,并根据高动态环境下伪随机码的多普勒效应及本地振荡器的频率误差对接收信号的影响,推导并建立了一种较精确的高动态GPS数字中频信号模型.为使模型适用于更加复杂的环境,通过设置接收信号的噪声幅值来调整信噪比大小,以确定所需的信号强度;在信号参数的设置过程中调整入射信号与反射信号的幅度比值及反射信号的时间延迟参数,以模拟不同程度的多路径效应对中频信号的影响.仿真结果表明了该方法的有效性.     

北斗/INS深耦合接收机基带滤波器设计

随着北斗导航系统的组网,北斗/INS深耦合接收机的研制具有重要价值。传统的接收机基带滤波环路通常为相互独立的载波环路滤波器与码环路滤波器,码环路无法充分利用载波环路的信息,因此码环的动态性能受到限制。设计了载波/码组合滤波器,将载波环与码环的测量信息在一个滤波器内进行耦合,实时估计码相位、载波相位、多普勒频移与其变化率。通过北斗B3频点实际静态数据和GNSS模拟器采集的卫星-用户视线方向40g高动态数据进行离线跟踪测试,载波/码组合滤波环路可跟踪40g高动态信号,且静态数据的跟踪精度相比传统滤波环路提高27%。上述算法成功应用于基于Xilinx平台的卫星信号处理设备在线跟踪。提出的组合滤波器结构简单,测试有效,为北斗/INS深耦合接收机的工程实现提供参考。     

MIMU辅助GPS跟踪环路嵌入式硬件平台设计

为了验证惯性系统辅助GPS跟踪环路的接收机性能,设计了一种基于多CPU结构的专用惯性辅助GPS跟踪环路嵌入式硬件平台.该平台以FPGA作为整个系统的逻辑和时序控制中心,以DSP作为中心处理器,实现了惯性数据和GPS数据的高速融合.经过跑车实验,证明该系统能够满足惯性辅助GPS跟踪环路的要求,锁相跟踪环路被惯性辅助后噪声降低.详细阐述了该系统的硬件设计思想和基本工作原理,给出了FPGA和TMS320C6727 DSP的软件编程逻辑流程图.     

强电离层闪烁对GPS软件接收机的影响分析（英文）

强电离层闪烁会导致信号幅度深度衰减和载波相位激烈震荡,引起GPS载波跟踪环的失锁,从而导致定位误差增长甚至导航中断。本文研究了GPS L1软件接收机在经历强电离层闪烁时的信号处理算法。研究数据采集于构建于巴西的一个多GNSS多频段中频信号采集系统,数据采集时间为2013年11月,此年为太阳活动极大年。信号捕获、跟踪算法以及由载波跟踪环计算得出的闪烁指数(包活幅度指数S_4和载波相位指数σ_φ等)都在文中进行了详细阐述。分析强电离层闪烁对GPS软件接收机的影响对于研究卫星高级跟踪算法和提高GPS接收机的鲁棒性及定位精度将发挥重要作用。     

基于MATLAB的GPS软件接收机捕获与跟踪算法实现

研究了GPS软件接收机的捕获和跟踪算法,并基于Matlab软件平台和射频前端在PC上实现了GPS软件接收机样机。介绍了GPS软件接收机的结构和数据采集硬件,讨论了GPSC/A码的特性、产生原理以及捕获过程。针对传统的串行搜索算法慢的缺点以及高动态GPS软件接收机的特点,在该样机中实现了快速的基于循环卷积的并行捕获算法,并联合使用超前滞后环和对相位反转不敏感的科斯塔斯锁相环分别对码相位和多普勒频偏进行跟踪,解调得到导航电文。仿真和测试结果表明,使用GPS软件接收机进行信号处理的思想使用户在算法处理和软件升级等方面具有更大的灵活性,可应用于下一代任何全球导航卫星定位系统(GNSS)和空基增强系统(SBAS)接收机的设计。     

基于GP4020的GPS接收机软件设计

介绍了一种基于ARM的GPS接收机的开发过程，对接收机的软件设计和信号处理技术进行了详细的阐述，给出了软件结构和程序流程图。为了能够快速地对扩频信号进行捕获跟踪，采用了四相鉴频器、符号叉积频率跟踪算法和科斯塔斯环混合进行载波跟踪的变带宽跟踪策略。实验证明，采用本方案设计的GPS接收机能较好地完成信息提取与处理任务。     

GPS 和 Galileo 空间信号仿真及分析

介绍和详细分析了GPS和Galileo的空间信号。将Galileo空间信号结构及特性与GPS进行了比较,对接收机接收天线接收的射频信号进行下变频并予以分析。为避免信号混叠,仿真中先采用带通滤波器对射频信号进行滤波,然后采用过采样(过采样因子等于8)进行下变频处理。GPS和Galileo信号通过功率归一化加上高斯白噪声产生。对GPS采用的C/A码和Galileo采用的BOC(1,1)码进行比较,发现后者的中心波峰较窄,尽管这一特点使接收机的跟踪处理更为复杂,但提供了较好的接收性能,尤其在多路效应情况下也更为有效。仿真结果为GPS/Galileo双频软件接收机捕获和跟踪算法设计提供了很好的理论基础。     

基于深组合应用的GPS接收机设计

为了能在GPS接收机的基带信号处理部分引入SINS的辅助信息,并且灵活进行接收机的参数设定和加载新的信号处理算法,提出了一种基于FPGA/DSP平台的GPS接收机设计。用Xilinx的Spartan 3E-1600完成RF数据的采集和AGC控制,对采集数据进行相干累加计算;用TI公司TMS320系列的VC6727完成基带信号处理和PVT解算。同时,基于对低价、小尺寸的考虑,RF前端用分立元件进行设计。该接收机尺寸小,功耗低,参数控制灵活,有较好的通用性和兼容性,并且提高了动态性能和抗干扰能力。     

环路跟踪卡尔曼滤波算法的性能分析

基于卡尔曼滤波的环路跟踪算法多是通过一定仿真证明算法性能,没有系统性性能评估,难以较好指导工程应用。在原有算法基础上进行了优化,并系统性地对比分析、评估了基于卡尔曼环路滤波算法性能,以期为算法工程化提供指导。首先提出对跟踪环路反馈调整量进行预测,使之更符合系统实际,减小环路跟踪误差。而后基于卫星信号模拟器输出信号和自生产信号源,充分评估基于卡尔曼滤波环路跟踪算法的收敛时间和灵敏度。仿真结果表明,相比目前工程常用的二阶FFL辅助三阶PLL算法,基于卡尔曼滤波环路跟踪算法能够缩短环路所需稳定时间约90%,并能提升跟踪灵敏度约5 d B,有效改善弱信号场景中接收机输出信息的完好性和连续性。     

一种新的磁传感器辅助弹载接收机跟踪环路的方法

针对弹载接收机高速旋转的特性,提出一种利用磁传感器测量弹体姿态,补偿旋转引起的载波多普勒频移和相位偏移的方法。首先,根据弹丸弹道学特征,推导弹体高速旋转引起的载波频移和相位偏移与弹体姿态的表达式;其次,研究了接收机载波跟踪环路的跟踪门限与弹体动态应力的关系;然后,给出弹体坐标系中,磁传感器测量弹体姿态的算法——极值比值法和积分比值法。仿真试验结果表明,磁传感器弹体姿态估计的方法能够有效降低弹载接收机跟踪环路的跟踪门限,其载噪比降低了3 dB·Hz,环路带宽减小了100 Hz以上,提高了弹载接收机GNSS信号跟踪能力。     

惯导速度辅助下GNSS高精度定位

传统的卫星导航接收机无法同时适应高动态和高精度要求。对于10g以上的加速度,高精度接收机很难达到高精度的指标,甚至基带环路失锁无法正常导航定位。针对GNSS动态条件下高精度定位需求,引入惯性/卫星深组合导航技术,在应用惯性信息辅助接收机减小基带跟踪环路带宽基础上,采用码片窄相关方法降低伪距抖动误差,提高动态条件下GNSS伪距定位精度。仿真结果表明:通过惯性信息辅助跟踪环路可实现较小跟踪环路带宽下的稳定跟踪;在此基础上,通过码片窄相关方法并提高射频前端带宽可实现定位精度的提高。对比传统的伪距定位方法,定位精度(1?)从6 m提高到3 m左右。