高動(dòng)態(tài)GPS載波跟蹤及FPGA實(shí)現(xiàn)的研究.pdf

1、在軍事、航天領(lǐng)域中的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)(如安裝在運(yùn)載火箭、導(dǎo)彈上的接收機(jī))，當(dāng)其載體作高動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，與衛(wèi)星之間存在著較大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、加速度、甚至加加速度，導(dǎo)致多普勒頻移劇烈變化，從而造成衛(wèi)星信號(hào)跟蹤系統(tǒng)工作失常。因此，對(duì)高動(dòng)態(tài)環(huán)境下導(dǎo)航接收機(jī)的設(shè)計(jì)提出了特殊要求。其中，衛(wèi)星載波信號(hào)跟蹤環(huán)路是高動(dòng)態(tài)導(dǎo)航接收機(jī)設(shè)計(jì)的核心部分。
　　 為了解決高動(dòng)態(tài)帶來的載波跟蹤問題，許多研究者對(duì)載波跟蹤算法進(jìn)行了改進(jìn)，將卡爾曼濾波應(yīng)用于載波跟蹤

2、中，并先后提出了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)的載波跟蹤算法和性能更好的基于無跡卡爾曼濾波(UKF)的載波跟蹤算法。但在UKF的設(shè)計(jì)中，通常先驗(yàn)假設(shè)過程噪聲和觀測(cè)噪聲為統(tǒng)計(jì)特性已知不變的白噪聲，這與高動(dòng)態(tài)條件下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的工作環(huán)境不符。因此不能保證載波跟蹤系統(tǒng)的收斂性和穩(wěn)定性。
　　 針對(duì)此問題，本文提出了一種主從式自適應(yīng)UKF(AUKF)的方法。AUKF能自適應(yīng)調(diào)整過程噪聲方差，從而達(dá)到減小模型估計(jì)誤差，抑制濾波發(fā)散的目的。

3、Matlab仿真結(jié)果表明，在高動(dòng)態(tài)下噪聲統(tǒng)計(jì)特性發(fā)生變化時(shí)，基于AUKF的載波跟蹤具有很好的穩(wěn)定性。
　　 為了滿足高動(dòng)態(tài)的載波跟蹤實(shí)時(shí)性的要求，本文對(duì)基于AUKF的載波跟蹤環(huán)路進(jìn)行了FPGA設(shè)計(jì)。為了減小算法的計(jì)算量，避免一些重復(fù)的操作，本文還對(duì)AUKF算法進(jìn)行了化簡(jiǎn)，便于算法的FPGA設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。采用仿真工具ISESimulator對(duì)設(shè)計(jì)的各個(gè)算法模塊在功能和時(shí)序上進(jìn)行了驗(yàn)證。并將算法在FPGA平臺(tái)下與PC平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)做實(shí)時(shí)性