高動態(tài)GNSS接收機載波跟蹤的性能研究.pdf

1、目前，全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS)已經(jīng)滲透到世界各國的諸多領域中，成為一種提供全天候?qū)Ш蕉ㄎ环盏目臻g信息基礎設施。GNSS具有廣闊的應用前景與巨大的產(chǎn)業(yè)化效益，各航天大國都在極力研制和推廣各自的導航接收機。然而，在航空、航天與導彈制導等應用領域，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動帶來的動態(tài)應力，極易失鎖，接收機無法工作。本文擬解決高動態(tài)環(huán)境下接收機載波跟蹤環(huán)路的性能優(yōu)化與魯棒性設計等問題，為我國

2、高動態(tài)GNSS導航接收機的研制提供一定的理論基礎。
　　本文首先介紹GNSS的系統(tǒng)構成與接收機組成原理，其次構建高動態(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)應力的局限性和基于信號參數(shù)估計理論的跟蹤環(huán)路。最后，針對接收機的高動態(tài)運動模型，將卡爾曼濾波理論與粒子濾波理論引入環(huán)路的結構設計，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，提出了一種基于強跟蹤自適應濾波(ASTF)的高動態(tài)載波跟蹤環(huán)路，并設計兩種實現(xiàn)結構:帶鑒別器的閉環(huán)結構與參數(shù)估計結構。通過對ASTF環(huán)路的性能分析，推導閉環(huán)結構與鎖相環(huán)的結構等效性，證明強跟蹤機制帶來的穩(wěn)態(tài)帶寬調(diào)整能力，最后探討參數(shù)估計結構與閉環(huán)結構的性能差異。
　　(2)針對ASTF環(huán)路在處理非線性觀測模型時求解雅各比矩陣帶來的跟蹤精度降低與算法

4、復雜度高的問題，在平方根無跡卡爾曼濾波中引入基于新息協(xié)方差的自適應漸消因子，提出了一種基于自適應平方根無跡卡爾曼濾波(ASRUKF)的高動態(tài)載波跟蹤環(huán)路，并設計其參數(shù)估計的實現(xiàn)結構。由于UT變換的逼近精度達到了二階以上，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，設計了相應的環(huán)路實現(xiàn)方案，并對其進行性能分析。為解決GPF對初始值敏