高動態(tài)GPS接收機信號跟蹤技術(shù)研究.pdf

1、全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（ GPS）經(jīng)過30多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)在許多領域得到應用，航空航天、導彈制導、大地測量、智能交通等等都離不開GPS提供的導航定位服務。目前，低動態(tài)下的GPS接收機信號跟蹤算法已經(jīng)能夠提供滿足需要的跟蹤精度，但是在高動態(tài)環(huán)境下，由于接收機和衛(wèi)星之間的速度、加速度很高，使得GPS信號中含有很大的多普勒頻移及其變化率，傳統(tǒng)的接收機往往跟蹤誤差很大，甚至會失鎖。本文對高動態(tài)下的GPS接收機信號跟蹤技術(shù)進行深入的研究，以實現(xiàn)提高

2、接收機在高動態(tài)下的跟蹤性能。本文的主要工作可以概括如下：
　　本文對GPS信號跟蹤原理及傳統(tǒng)的信號跟蹤環(huán)路進行了深入的研究，并分析了高動態(tài)信號下，傳統(tǒng)接收機的局限性：GPS接收機信號跟蹤環(huán)路包括載波跟蹤環(huán)路和碼跟蹤環(huán)路。傳統(tǒng)的GPS接收機載波跟蹤環(huán)路通常采用鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)。在高動態(tài)情況下，環(huán)路必須采用較大的噪聲帶寬以提高動態(tài)性能，但是較大的帶寬又使得進入環(huán)路的噪聲增大，造成跟蹤誤差增大，甚至失鎖。本文針對高動態(tài)信號對跟蹤環(huán)

3、路的影響，提出了一種高動態(tài)下的GPS接收機信號跟蹤環(huán)路。研究了矢量延遲鎖定環(huán)路，考慮到碼跟蹤環(huán)路動態(tài)容忍性較強，高動態(tài)下環(huán)路一般不會失鎖且通過載波環(huán)的輔助可以消除高動態(tài)運動帶來的動態(tài)應力作用，但高動態(tài)下接收機接收到的衛(wèi)星信號往往不穩(wěn)定，可能出現(xiàn)某顆衛(wèi)星信號短暫變?nèi)跎踔料У那闆r，所以本文設計了基于EKF的矢量延遲鎖定環(huán)路，并仿真了某顆衛(wèi)星信號短暫消失的情況，對比基于EKF的矢量延遲鎖定環(huán)路與傳統(tǒng)碼跟蹤環(huán)路的跟蹤性能。由于載波跟蹤環(huán)路對動

4、態(tài)容忍性較弱且載波環(huán)需要應對所有的動態(tài)應力作用，高動態(tài)下較大的多普勒頻移及其變化率導致傳統(tǒng)載波跟蹤環(huán)路跟蹤誤差很大甚至失鎖，所以本文設計了基于UKF代替?zhèn)鹘y(tǒng)載波跟蹤環(huán)路鑒別器和環(huán)路濾波器的高動態(tài)載波跟蹤環(huán)路。通過觀測I、Q支路相干積分值，直接得到載波相位誤差、載波多普勒及其各階導數(shù)的精確估計值。結(jié)合基于EKF的矢量延遲鎖定環(huán)路，完成了整個信號跟蹤環(huán)路的設計，本文最后基于仿真數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)對所設計的信號跟蹤環(huán)路性能進行了驗證，并與傳統(tǒng)跟蹤