GNSS軟件接收機高動態(tài)載波跟蹤環(huán)路關鍵技術研究.pdf

1、擁有全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)是航天大國的重要特征,它的發(fā)展不僅代表著一個國家的科技水平,同時會給該國帶來巨大的軍事和經濟利益。中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)已經于2011年12月27日宣布具備初步運行能力,從而拉開了該系統(tǒng)從建設到應用的序幕,使GNSS接收機技術研究領域得到了難得的發(fā)展機遇,國家制定了一系列的政策和措施,用以鼓勵具有自主知識產權的相關核心技術的研究。
　　 為了提高GNSS接收機的性能,國內外的科研人員在多個不同的方向

2、進行了深入研究,本文的選題是高動態(tài)載波跟蹤環(huán)路關鍵技術。高動態(tài)主要是指接收機載體具有較高的速度和加速度。在高動態(tài)的環(huán)境下,由于多普勒效應的影響,使接收機獲得的載波產生較快速的頻移,這將影響載波跟蹤環(huán)路的穩(wěn)定性,特別是當載波的頻移速度超過環(huán)路的動態(tài)范圍時,接收機將無法正常工作。
　　 由于高動態(tài)接收機主要用于軍事、航空等高端領域,西方發(fā)達國家對我國在相關技術上實施封鎖和限制,很多研究成果屬于技術保密范疇。所以我國鼓勵在該領域進行深

3、入研究,因此本文的研究具有理論和實際意義。
　　 本文的研究工作主要包括以下幾個方面:
　　 (1)為了對載波跟蹤環(huán)路的動態(tài)范圍進行定量的描述,提出了有效工作帶寬這個概念,并發(fā)現(xiàn)了在GNSS軟件接收機中,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學公式模型。該發(fā)現(xiàn)為確定高動態(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。
　　 (2)為了提升載波環(huán)路對于多普勒頻偏的跟蹤速度,提出了一種基

4、于自適應增益控制理論的載波環(huán)路設計方案,并給出了相應的自適應控制算法的數學模型。通過仿真實驗證實,該方案對于不同幅度的多普勒頻偏均能實現(xiàn)最優(yōu)調節(jié),提升了載波環(huán)路對于多普勒頻移的響應速度,從而提高了傳統(tǒng)載波環(huán)路的高動態(tài)跟蹤性能。
　　 (3)為了提高載波環(huán)路對于多普勒頻偏的預測能力,提出了一種基于短時循環(huán)迭代方式的多普勒參數檢測算法,并給出了基于此算法的全新載波跟蹤環(huán)路設計方案。通過仿真實驗證實,該算法僅需要少量相位誤差測量值和經

5、典頻域數字濾波器就能夠估計出載波多普勒頻偏的高階變化率,使得環(huán)路具備了對載波多普勒頻移的短時預測能力,實現(xiàn)了高動態(tài)環(huán)境下的載波跟蹤。
　　 (4)為了在提高載波環(huán)路動態(tài)性能的同時盡可能的減少噪聲干擾,提高環(huán)路的跟蹤精度,提出了一種自適應卡爾曼濾波算法,并引入了多普勒參數檢測算法對傳統(tǒng)的卡爾曼濾波器進行優(yōu)化,同時利用模糊控制理論對系統(tǒng)的觀測噪聲矩陣進行自適應調節(jié)。通過仿真實驗證實,該算法在實現(xiàn)多普勒參數檢測的基礎上,對隨機噪聲序列