旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下GNSS信號(hào)跟蹤算法研究及GPU實(shí)現(xiàn).pdf

1、GNSS(Global Navigation Satellites System，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))由于其成本低廉、長時(shí)間導(dǎo)航精度高等特點(diǎn)，在軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而由于許多武器存在旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)會(huì)引起信號(hào)多普勒的周期性變化，對信號(hào)正常接收產(chǎn)生一定影響，一般的接收機(jī)在這種情況下很難保持信號(hào)的穩(wěn)定跟蹤。因此，分析旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下鎖相環(huán)的跟蹤性能以優(yōu)化環(huán)路參數(shù)、設(shè)計(jì)合理的算法至關(guān)重要。本文以分析旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下環(huán)路的跟蹤性能和參數(shù)優(yōu)化為目標(biāo)，主要做了以

2、下工作：
　　旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下 GNSS接收信號(hào)的幅度、多普勒和相位等均會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化，本文根據(jù)物理學(xué)運(yùn)動(dòng)定律和入射角相對天線的變化，結(jié)合天線的方向圖，對旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的接收信號(hào)進(jìn)行精確建模，指出旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下接收信號(hào)的多普勒呈正弦規(guī)律變化。旋轉(zhuǎn)對載波多普勒的影響較大，對偽碼多普勒的影響較小，分析時(shí)可不用考慮旋轉(zhuǎn)對碼跟蹤的影響。
　　旋轉(zhuǎn)引起多普勒和相位的正弦變化，導(dǎo)致跟蹤環(huán)的跟蹤誤差不能收斂到一個(gè)固定的值，傳統(tǒng)的采用計(jì)算動(dòng)態(tài)應(yīng)力的分析

3、方法不再適用。本文以鎖相環(huán)誤差傳遞函數(shù)為工具，建立了輸入相位幅度和相位跟蹤誤差幅度之間的關(guān)系，給出了一種旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下鎖相環(huán)性能分析的方法，并對該方法做了仿真，驗(yàn)證了其合理性與可行性。
　　利用本文提出的分析方法，數(shù)值分析了旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下鎖相環(huán)、鎖頻環(huán)在不同噪聲帶寬下的跟蹤靈敏度以及在不同載噪比下能穩(wěn)定跟蹤的最大轉(zhuǎn)速，數(shù)值仿真給出采用鎖相環(huán)跟蹤信號(hào)時(shí)的最佳噪聲帶寬，為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下環(huán)路的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論支撐。比較了不同載波跟蹤環(huán)路進(jìn)行信號(hào)跟

4、蹤的優(yōu)缺點(diǎn)，指出噪聲帶寬相同時(shí)，二階鎖相環(huán)和三階鎖相環(huán)跟蹤性能的優(yōu)劣與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，在低轉(zhuǎn)速下選擇二階環(huán)，在高轉(zhuǎn)速下選擇三階環(huán)。
　　GNSS軟件接收機(jī)的實(shí)時(shí)處理是其重要的研究方向，本文借助于GPU強(qiáng)大的并行處理能力，給出了一種基于 CPU+GPU的實(shí)時(shí)軟件接收機(jī)總體架構(gòu)，并對信號(hào)跟蹤環(huán)節(jié)做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。采用該軟件接收機(jī)對實(shí)測的旋轉(zhuǎn)信號(hào)處理結(jié)果驗(yàn)證了文中模型的正確性和分析方法的合理性，對于采樣率為5MHz的仿真信號(hào)，同時(shí)跟蹤12顆