高動態(tài)GNSS信號處理及解算關鍵技術研究.pdf

1、全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS)是一種天基導航系統(tǒng)。當能夠同時收到超過4顆衛(wèi)星發(fā)射的直射信號時，接收機能夠通過信號傳輸時延及衛(wèi)星精確軌道信息計算其當前位置。GNSS系統(tǒng)建設的最初目標主要是面向軍事應用領域，包括艦艇定位及武器運輸監(jiān)控等。隨著高動態(tài)接收技術的發(fā)展，GNSS高動態(tài)導航系統(tǒng)以及以GNSS為中心的組合導航系統(tǒng)在導彈、戰(zhàn)機等載體導航應用中的地位迅速提升。除軍事應用外，高動態(tài)導航接收機在航空航天、空間定軌以及微小衛(wèi)星編隊飛行等領域也有著

2、極大的應用價值。
　　 高動態(tài)GNSS接收機需要應對載體的較大加速度和加加速度，動態(tài)變化使得接收信號具有很大的載波多普勒和碼多普勒變化。這使得普通接收機的載波跟蹤環(huán)路和偽碼跟蹤環(huán)路難以保持鎖定，造成解調(diào)失敗或偽距測量誤差擴大。為適應高動態(tài)條件下的GNSS信號接收，接收機通常具有較大的環(huán)路噪聲帶寬。但這會為環(huán)路輸出引入更多的噪聲，造成測距和定位精度下降。為解決這些矛盾，本文針對高動態(tài)條件下的偽碼快速捕獲技術、載波和偽碼跟蹤技術、高

3、精度定位技術和軌跡平滑技術進行深入研究。此外，還針對位置解算與接收機跟蹤通道的聯(lián)合處理技術進行了研究。
　　 本文首先回顧了GNSS信號接收及定位的基本實現(xiàn)流程，并對系統(tǒng)常見測量誤差來源進行了總結。
　　 在第二章中，為降低高采樣率條件下的捕獲器復雜度，研究了基于數(shù)據(jù)折疊的正交平均捕獲算法。算法在保證較小的檢測概率損耗的條件下，明顯降低了算法實現(xiàn)開銷和計算復雜度。本文從基本鎖相環(huán)的數(shù)學模型分析出發(fā)，描述了高動態(tài)GNSS接

4、收機中基本載波跟蹤環(huán)路結構，給出了二階跟蹤環(huán)路的輸出噪聲方差及環(huán)路等效噪聲帶寬計算方法。
　　 在第三章中，對載波多普勒平滑偽距算法進行了分析，并將這一算法推廣到高動態(tài)接收機中，分析了由載體高階動態(tài)引入的載波頻率估計誤差對算法定位性能的影響。提出了一種基于載波多普勒輔助的位置速度聯(lián)合估計算法，并基于測量值的估計性能限對算法的近似性能限做出了分析。從分析和仿真結果可知，該算法的定位性能優(yōu)于傳統(tǒng)定位算法。
　　 在第四章中，

5、研究了小波降噪在載體軌跡平滑應用中的可行性。通過高動態(tài)下對載體位置估計結果直接進行小波降噪的算例分析可知，當載體具有高階動態(tài)時，噪聲高頻成分被保留，平滑效果較低動態(tài)時有明顯下降。因此利用高動態(tài)條件下基于載波多普勒平滑偽距的解算結果的平滑特性，設計了一種基于對差分解算結果小波降噪處理的軌跡平滑算法。仿真證明，該方法能夠在載體具有較大動態(tài)的條件下，在保證較小的平均位置解算偏差的同時，有效的提高位置解算精度。
　　 在第五章中，對位置