高動態(tài)GNSS接收機(jī)載波跟蹤的性能研究.pdf

1、目前，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)已經(jīng)滲透到世界各國的諸多領(lǐng)域中，成為一種提供全天候?qū)Ш蕉ㄎ环?wù)的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。GNSS具有廣闊的應(yīng)用前景與巨大的產(chǎn)業(yè)化效益，各航天大國都在極力研制和推廣各自的導(dǎo)航接收機(jī)。然而，在航空、航天與導(dǎo)彈制導(dǎo)等應(yīng)用領(lǐng)域，衛(wèi)星信號的多普勒頻移及其變化率非常大，傳統(tǒng)的載波跟蹤環(huán)路難以承受由高速運(yùn)動帶來的動態(tài)應(yīng)力，極易失鎖，接收機(jī)無法工作。本文擬解決高動態(tài)環(huán)境下接收機(jī)載波跟蹤環(huán)路的性能優(yōu)化與魯棒性設(shè)計(jì)等問題，為我國

2、高動態(tài)GNSS導(dǎo)航接收機(jī)的研制提供一定的理論基礎(chǔ)。
　　本文首先介紹GNSS的系統(tǒng)構(gòu)成與接收機(jī)組成原理，其次構(gòu)建高動態(tài)GNSS信號模型并產(chǎn)生基帶中頻信號源，然后闡明了傳統(tǒng)跟蹤環(huán)路對動態(tài)應(yīng)力的局限性和基于信號參數(shù)估計(jì)理論的跟蹤環(huán)路。最后，針對接收機(jī)的高動態(tài)運(yùn)動模型，將卡爾曼濾波理論與粒子濾波理論引入環(huán)路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以突破傳統(tǒng)跟蹤環(huán)路性能上的局限，提出幾種適用于高動態(tài)環(huán)境的載波跟蹤環(huán)路。本文的主要工作可以概括如下:
　　(1)為

3、解決傳統(tǒng)環(huán)路中帶寬必須在動態(tài)應(yīng)力與跟蹤精度間折中的矛盾，對最優(yōu)帶寬優(yōu)化算法展開研究，提出了一種基于強(qiáng)跟蹤自適應(yīng)濾波(ASTF)的高動態(tài)載波跟蹤環(huán)路，并設(shè)計(jì)兩種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu):帶鑒別器的閉環(huán)結(jié)構(gòu)與參數(shù)估計(jì)結(jié)構(gòu)。通過對ASTF環(huán)路的性能分析，推導(dǎo)閉環(huán)結(jié)構(gòu)與鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)等效性，證明強(qiáng)跟蹤機(jī)制帶來的穩(wěn)態(tài)帶寬調(diào)整能力，最后探討參數(shù)估計(jì)結(jié)構(gòu)與閉環(huán)結(jié)構(gòu)的性能差異。
　　(2)針對ASTF環(huán)路在處理非線性觀測模型時(shí)求解雅各比矩陣帶來的跟蹤精度降低與算法

4、復(fù)雜度高的問題，在平方根無跡卡爾曼濾波中引入基于新息協(xié)方差的自適應(yīng)漸消因子，提出了一種基于自適應(yīng)平方根無跡卡爾曼濾波(ASRUKF)的高動態(tài)載波跟蹤環(huán)路，并設(shè)計(jì)其參數(shù)估計(jì)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。由于UT變換的逼近精度達(dá)到了二階以上，ASRUKF環(huán)路的跟蹤精度較ASTF更高。
　　(3)基于貝葉斯最優(yōu)估計(jì)與粒子濾波理論，提出了一種基于高斯粒子濾波(GPF)的高動態(tài)載波跟蹤環(huán)路，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的環(huán)路實(shí)現(xiàn)方案，并對其進(jìn)行性能分析。為解決GPF對初始值敏