高動態(tài)下GPS矢量接收機(jī)跟蹤算法與實(shí)現(xiàn)研究.pdf

1、隨著國防軍事的發(fā)展需求，導(dǎo)彈、戰(zhàn)機(jī)等先進(jìn)武器設(shè)備的動態(tài)越來越高，這使得傳統(tǒng)GPS接收機(jī)無法再進(jìn)行導(dǎo)航定位，必須對其加以改進(jìn)。高動態(tài)環(huán)境下，由于接收機(jī)與衛(wèi)星的相對速度及其變化率很大，導(dǎo)致接收到的GPS信號會包含很大的多普勒頻移及其變化率。如果采用傳統(tǒng)的算法和結(jié)構(gòu)進(jìn)行跟蹤，那么要想保持鎖定就必須增加環(huán)路濾波器的帶寬，但是這樣會使進(jìn)入環(huán)路的噪聲增大，造成跟蹤環(huán)失鎖。如果不增加環(huán)路帶寬，那么載波多普勒頻移常常會超出環(huán)路的可跟蹤范圍，同樣也會導(dǎo)致

2、環(huán)路失鎖。針對高動態(tài)條件下衛(wèi)星定位存在的問題，本文設(shè)計(jì)了新的接收機(jī)結(jié)構(gòu)和算法，主要包括基于免疫粒子群優(yōu)化粒子濾波的載波跟蹤算法和基于矢量結(jié)構(gòu)的偽碼跟蹤算法。
　　 首先是載波的跟蹤算法設(shè)計(jì)。高動態(tài)環(huán)境下的載波跟蹤實(shí)際上可以理解為對GPS載波信號的相位、頻率以及頻率的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)的估計(jì)。高動態(tài)條件下，這些載波參數(shù)不但變化較為迅速，還具有較強(qiáng)的非線性。綜上考慮，本文提出采用適應(yīng)非線性系統(tǒng)的粒子濾波方法來對載波的這四個參數(shù)進(jìn)行估

3、計(jì)的載波跟蹤算法。但是由于粒子濾波本身存在容易出現(xiàn)粒子退化和樣本貧化的特點(diǎn)，針對該問題，本文提出了免疫粒子群優(yōu)化粒子濾波算法對其進(jìn)行改進(jìn)。該新算法避免了粒子濾波本身存在的問題，能夠根據(jù)載體的運(yùn)動狀態(tài)動態(tài)調(diào)節(jié)帶寬，并且不受系統(tǒng)的非線性和閃爍噪聲問題的限制，較好地跟蹤上高動態(tài)載波信號。
　　 其次是偽碼的跟蹤方法設(shè)計(jì)。偽碼的頻率比載波低，而且其跟蹤可以用載波環(huán)輔助，因此受高動態(tài)影響相對要小的多，非線性也較弱。但是傳統(tǒng)碼環(huán)忽略了各衛(wèi)星

4、通道的相關(guān)性，沒有利用通道之間的相互輔助作用，所以本文設(shè)計(jì)了矢量延遲鎖定環(huán)路VDLL對C/A碼進(jìn)行跟蹤。矢量結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的區(qū)別是，每個通道不再自成回路，而是將觀測到的偽距和偽距率直接傳遞給后面的導(dǎo)航濾波模塊，然后得到每個通道的偽碼NCO控制量。這種結(jié)構(gòu)的好處是，充分利用了各通道的相關(guān)性，信息充足，估計(jì)出來的控制量更準(zhǔn)確。但是這樣通道之間可能會因?yàn)槁?lián)系過于緊密而比較脆弱，本文提出通過監(jiān)測衛(wèi)星的信號質(zhì)量、仰角和幾何分布來優(yōu)化可用衛(wèi)星組合，