GNSS軟件接收機(jī)高動(dòng)態(tài)載波跟蹤環(huán)路關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、擁有全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)是航天大國(guó)的重要特征,它的發(fā)展不僅代表著一個(gè)國(guó)家的科技水平,同時(shí)會(huì)給該國(guó)帶來(lái)巨大的軍事和經(jīng)濟(jì)利益。中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)于2011年12月27日宣布具備初步運(yùn)行能力,從而拉開了該系統(tǒng)從建設(shè)到應(yīng)用的序幕,使GNSS接收機(jī)技術(shù)研究領(lǐng)域得到了難得的發(fā)展機(jī)遇,國(guó)家制定了一系列的政策和措施,用以鼓勵(lì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的相關(guān)核心技術(shù)的研究。
　　 為了提高GNSS接收機(jī)的性能,國(guó)內(nèi)外的科研人員在多個(gè)不同的方向

2、進(jìn)行了深入研究,本文的選題是高動(dòng)態(tài)載波跟蹤環(huán)路關(guān)鍵技術(shù)。高動(dòng)態(tài)主要是指接收機(jī)載體具有較高的速度和加速度。在高動(dòng)態(tài)的環(huán)境下,由于多普勒效應(yīng)的影響,使接收機(jī)獲得的載波產(chǎn)生較快速的頻移,這將影響載波跟蹤環(huán)路的穩(wěn)定性,特別是當(dāng)載波的頻移速度超過(guò)環(huán)路的動(dòng)態(tài)范圍時(shí),接收機(jī)將無(wú)法正常工作。
　　 由于高動(dòng)態(tài)接收機(jī)主要用于軍事、航空等高端領(lǐng)域,西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我國(guó)在相關(guān)技術(shù)上實(shí)施封鎖和限制,很多研究成果屬于技術(shù)保密范疇。所以我國(guó)鼓勵(lì)在該領(lǐng)域進(jìn)行深

3、入研究,因此本文的研究具有理論和實(shí)際意義。
　　 本文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面:
　　 (1)為了對(duì)載波跟蹤環(huán)路的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行定量的描述,提出了有效工作帶寬這個(gè)概念,并發(fā)現(xiàn)了在GNSS軟件接收機(jī)中,載波環(huán)路的有效帶寬存在理論上界,并得到了該理論上界的數(shù)學(xué)公式模型。該發(fā)現(xiàn)為確定高動(dòng)態(tài)環(huán)境下載波跟蹤環(huán)路允許的最大多普勒頻移變化率提供了理論依據(jù)。
　　 (2)為了提升載波環(huán)路對(duì)于多普勒頻偏的跟蹤速度,提出了一種基

4、于自適應(yīng)增益控制理論的載波環(huán)路設(shè)計(jì)方案,并給出了相應(yīng)的自適應(yīng)控制算法的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí),該方案對(duì)于不同幅度的多普勒頻偏均能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)調(diào)節(jié),提升了載波環(huán)路對(duì)于多普勒頻移的響應(yīng)速度,從而提高了傳統(tǒng)載波環(huán)路的高動(dòng)態(tài)跟蹤性能。
　　 (3)為了提高載波環(huán)路對(duì)于多普勒頻偏的預(yù)測(cè)能力,提出了一種基于短時(shí)循環(huán)迭代方式的多普勒參數(shù)檢測(cè)算法,并給出了基于此算法的全新載波跟蹤環(huán)路設(shè)計(jì)方案。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí),該算法僅需要少量相位誤差測(cè)量值和經(jīng)

5、典頻域數(shù)字濾波器就能夠估計(jì)出載波多普勒頻偏的高階變化率,使得環(huán)路具備了對(duì)載波多普勒頻移的短時(shí)預(yù)測(cè)能力,實(shí)現(xiàn)了高動(dòng)態(tài)環(huán)境下的載波跟蹤。
　　 (4)為了在提高載波環(huán)路動(dòng)態(tài)性能的同時(shí)盡可能的減少噪聲干擾,提高環(huán)路的跟蹤精度,提出了一種自適應(yīng)卡爾曼濾波算法,并引入了多普勒參數(shù)檢測(cè)算法對(duì)傳統(tǒng)的卡爾曼濾波器進(jìn)行優(yōu)化,同時(shí)利用模糊控制理論對(duì)系統(tǒng)的觀測(cè)噪聲矩陣進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí),該算法在實(shí)現(xiàn)多普勒參數(shù)檢測(cè)的基礎(chǔ)上,對(duì)隨機(jī)噪聲序列