GPS接收机数字码跟踪环性能研究

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GPS软件接收机C／A信号跟踪方法研究

GPS软件接收机C／A信号跟踪方法研究
张岩
【期刊名称】《导航》
【年(卷),期】2010(046)001
【摘要】介绍了静态GPS软件接收机在信号跟踪方面的基本思想，然后详细说明了常规跟踪环法和同步信号的块调整法（BASS）在软件接收机数据处理方面的应用。

最后，在一个C／A码周期内数字化C／A码非整数的采样率下，通采用两种不同方法成功实现了对软件GPS数据的跟踪，并进行了比较。

【总页数】4页(P39-42)
【作者】张岩
【作者单位】解放军92941部队,辽宁葫芦岛125000
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.41
【相关文献】
1.基于延时补偿的电网谐波电流信号跟踪控制方法研究 [J], 庄建煌;陈永华;黄少敏;王普专
2.旋转弹丸GPS信号跟踪方法研究 [J], 张强;高敏;齐杏林
3.GPS软件接收机码跟踪环的参数设计 [J], 孙慧萍;张丽;王利红;田秀桃
4.GPS软件接收机捕获方法研究 [J], 罗和平;邱蕾;曾祥新
5.GPS软件接收机信号快速捕获新方法 [J], 顾建华;严国军;杨久东
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GPS软件接收机中信号捕获、跟踪算法的研究与实现中期报告

GPS软件接收机中信号捕获、跟踪算法的研究与实现中期报告一、研究背景随着GPS技术的不断发展，GPS接收机在各个领域得到广泛应用。

在GPS应用中，信号捕获、跟踪算法是GPS接收机的重要组成部分，它决定了接收机的性能和精度。

因此，对GPS信号捕获、跟踪算法的研究和实现具有重要意义。

二、研究现状目前，GPS信号捕获、跟踪算法主要分为两类：基于时域的算法和基于频域的算法。

其中，时域算法有单点搜索法、Hilbert-Huang 变换法等，频域算法则有二次互相关法、离散小波变换法等。

三、研究内容本研究将主要研究和实现以下内容：1.分析GPS信号的数学模型和特点，理解GPS信号的结构和原理；2.分析GPS信号的捕获、跟踪过程，研究GPS信号处理的基本方法；3.研究和实现不同的信号捕获、跟踪算法，包括多点搜索法、Costas 环路跟踪法、相位锁定环路跟踪法等；4.对比不同算法的性能和精度，分析各自的优点和适用范围；5.在基于FPGA的GPS软件接收机中实现上述算法，并进行性能测试和验证。

四、研究计划本研究计划分为以下阶段：1.阅读有关GPS信号处理和算法的文献，理解GPS信号处理的基本原理（已完成）；2.选定不同的信号捕获、跟踪算法，进行分析和比较（正在进行）；3.在Matlab环境下实现各种算法，并进行性能测试；4.基于FPGA实现GPS软件接收机，并将各种算法移植到硬件平台上；5.对比硬件实现和软件实现的性能和精度，进行实验验证并撰写论文。

五、初步结论本研究通过对GPS信号捕获、跟踪算法的研究和实现，可以提高GPS软件接收机的性能和精度，对应用于军事、航空、航海、交通等领域具有重要意义。

同时，该研究还可以为其他卫星导航系统的信号处理提供借鉴和参考依据。

GPS接收机跟踪技术的研究及实现的开题报告

GPS接收机跟踪技术的研究及实现的开题报告一、研究背景和现状GPS（全球定位系统）是美国建立的一套全球卫星定位系统，它由一组24颗卫星和地面控制站组成，能够提供全球覆盖的、高精度的位置定位服务。

GPS接收机作为GPS系统的核心，应用广泛，包括航空、导航、精准农业、地理信息系统等领域。

GPS接收机的核心技术是跟踪技术，也就是接收和解码GPS信号的过程。

当前GPS接收机的跟踪技术主要有两种：频率锁定环路（PLL）和延迟锁定环路（DLL）。

PLL技术主要适用于高速移动条件下的跟踪，而DLL技术主要适用于室内和城市峡谷等环境下的弱信号跟踪。

目前，各大GPS接收机厂商都在不断研究和改进跟踪技术，以提升GPS接收机的定位精度和可靠性。

然而，GPS信号受到各种干扰因素的影响，如多径误差、信号阻塞、动态多径等，这些干扰因素会影响GPS信号的接收和跟踪效果。

因此，本文拟研究GPS接收机跟踪技术的优化和改进，探究如何应对GPS信号受干扰的情况，以提升GPS接收机的跟踪精度和可靠性。

二、研究内容和目标本文拟从以下三个方面开展GPS接收机跟踪技术的研究：1. GPS干扰环境下的跟踪技术优化：针对GPS信号受干扰的情况，拟研究PLL和DLL技术在干扰环境下的跟踪效果，并探究如何通过优化跟踪算法和引入干扰抑制技术来提升跟踪精度和可靠性。

2. 基于多智能体系统的GPS接收机跟踪技术：拟研究基于多智能体系统的GPS接收机跟踪技术，通过多个接收机之间的协作和信息共享，提升GPS定位的精度和可靠性。

3. GPS接收机跟踪算法的实现：拟使用Matlab软件实现GPS接收机的跟踪算法，并通过实验验证，评估跟踪算法的性能和效果。

本文的目标是提出一套适用于GPS接收机的跟踪算法，能够有效应对GPS信号受到各种干扰因素的情况，提升GPS接收机的定位精度和可靠性。

三、研究方法和技术路线本文的研究方法主要是理论分析和实验验证相结合。

具体技术路线如下：1. 理论分析：通过文献综述和理论分析，掌握GPS接收机跟踪技术的基本原理和现有研究成果，设计和优化跟踪算法。

GPS接收机载波跟踪环路解决方案

图1 GPS 接收机载波跟踪环方框图
2 频率鉴别器
FLL 通过复现卫星近似的频率来完成载波剥离过程，信号I 和Q 的采样时间不应跨越数据比特的跳变,在初始信号捕获期间，接收机并不知道数据跳变的边界在哪里。在完成比特同步的同时，与相位锁定相比,一般说来更易与卫星信号保持频率锁定。常用的频率鉴别器为四象限反正切鉴别器，其表达式为：
载波预检测积分时间、载波环鉴别器和载波环滤波器决定了载波跟踪环的特性。为了容忍动态应力，预检测积分时间应当短，鉴别器应为一个FLL，载波环滤波器的带宽应当宽，但是为了使载波测量精确，预检测积分时间应当长，鉴别器应为一个PLL，且载波环滤波器带宽应当窄。为了解决这个矛盾，本文采用了一种二阶FLL 辅助三阶锁相PLL 的方法，使环路从FLL有效过渡到PLL，既保证了接收机的动态性能，又提高了载波测量的精度。
根据接收机的使用环境，确定环路滤波器的噪声带宽 Bnf 和B np ，就可以由表2 确定滤波器系数。注意,FLL 向滤波器的系数插入点与PLL 相比要提前一个积分器，这是因为FLL 误差的单位是Hz，而PLL 误差的单位是相单位。
图2 二阶FLL 辅助三阶PLL 滤波器
5 仿真结果及分析
图5 跟踪到的频率变化曲线
6 结语
采用了二阶锁频环辅助三阶锁相环的载波跟踪环路。通过仿真可以看出，选用的鉴别器鉴别范围大，精度高，且对数据跳变不敏感。由鉴别器、环路滤波器和数控振荡器形成闭环回路，在高动态环境下，环路锁定时间短，载波测量精度高，具有一定的实用价值。
图4 PLL 鉴相特性
5. 3 载波跟踪环仿真及分析
根据5. 1 和5. 2 节的仿真结果，FLL 选择二象限反正切鉴别器，PLL 也选择二象限反正切鉴别器。将鉴别器结果送入图2 所示的环路滤波器，滤波结果送给数控振荡器，形成图1 所示的闭环模式。接收机捕获时采用时域和频域二维搜索算法，根据FLL 鉴别器的频率鉴别范围，设定频率搜索步长为500 Hz。接收机速度为500 m/ s，加速度为10g 时的仿真结果。由图5 可以看出，载波跟踪环路可以快速、准确地跟踪频率的变化，在3~ 4 s 即可达到锁定状态。

GPS接收机载波跟踪环设计与分析

关系Ｉ引。
载波跟踪环的主要误差源包括热噪声、振相位噪声、晶
电离层闪烁引起的相位噪声和动态应力误差［４１。载波锁相环的跟踪门限的经验取值为测量误差均方根的３＂不超ｏ值
过４。５：
ＦｇＦｏｃｒｏｉ．１ｌｗｈａｔｆｐｈｓｏｋｌｏａｅｌｃｏｐ
作者简介：柴俊栓（９１）男，南浚县人，士，１８一，河硕工程师。研究方向：星定位接收机技术。卫１１８—
一
柴俊栓。等
ａｓｔ－ｄｒｒｑｅｃｃｏａｄｉｔ０ＨｚｔｅＧＳｒｃｉｒａａｋｄｎｍｃｉｎｌｎｅ０ｎ０ｓｓｉｅ３ｏｅｅｕｎｙｏｋｏｐｎｗｄｔ１，ｈＰｅｅｎｔｃｙａｉｓａｕｄｒａｄ１０ｇ．ｓｄ－ｒｆｌｌｂｈｏｅｖｃｒｇ１ｇ，
ＤｅｉｎａｄａａｙｉｇｏａｒｅｒｃｉｇｌｏｏｓｇｎｎｌｚｎｆｃｒｉｒｔａｋｎｏｐｆｒＧＰＳｒｃｉｅｅｅｖｒ
ＣＨＡＩＪｎｓｕｎ，Ｚｕ－ｈａＨＡＮＧＸｉｏｈｉａｕ
（ｈｎｒｏｎｓｉｃｄｍ，ｕｙｎ７０９Ｃｉ）ＣｉａｂｒｅＭｉｌＡａｅｙＬｏａｇ４１０，ｈｎＡｉｓｅａ
设Ｋ＝。锁相环的传递函数Ｈ（）义为：ｋｋ，ｓ定
＝ＫＦ（）丽ｓＯ（、ｓ（）ｓ）义为：ｅｓ定

GPS软件接收机关键技术研究及实现

２基带数字信号处 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基带数字信号处理由信号捕获和跟踪两部分构成，号信
的捕获是接收机实现定位、速等功能的第一步。来确定测用接收到的信号中包含哪些颗卫星的信号．／ＣＡ码的起始点和
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＫｅｃｎｌｇｎｍｐｅｎａｉｎｏｏｔｒｅｅｖｒｉｔｄｅｎｔｉｐｐｒＦｒｔ，ｃｄ－ａａｌｌａｑｉｔｎｙｔｈｏｏｙａｄｉｌｍｅｔｔｆｓｆｅｏｗａｅｒｃｉｅｓｓｕｉｄｉｓａｅ．ｉｌｈｓｙｏｅｐｒｌｃｕｓｉｅｉｏａｇｒｈｂｓｄｏＦｒｉｍｅｉｒｔｄａｄａｆｓｉｎｌｃｕｓｉｎｓｈｍｅｉｅｉｎｄＳｃｎｌ。ａｇｒｈｂｏｋｄａｒｍｆｌｏｉｍａｅｎＦａｌａｅｎｔｇａｑｉｉｏｃｅｓｄｓｇｅ．ｅｏｄｙｌｏｉｍｌｃｉｇａｏｔｓｏａｓａｔｔ
１ＳＲ构成模块
ＳＲ处理下变频之后的中频数字信号。信号进行捕获、对跟踪及数据解调等操作以实现ＧＳ接收机的定位、授时、Ｐ测速等功能。如图１示，件接收机处理的主要是下半部分。所软
索步长计算相关值，用二次曲线拟合的方法计算精细载频。采

GNSS接收机跟踪环路关键技术研究

GNSS接收机跟踪环路关键技术研究随着新一代全球卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）的快速建设，针对卫星导航相关技术的研究与发展备受关注。

卫星信号接收机是卫星导航系统实现导航、定位和授时功能的必备终端，也是卫星导航系统重要的组成环节之一。

信号跟踪环路是卫星信号接收机内部关键的功能模块，关系到接收机的全部功能及性能指标的实现。

由于跟踪环路技术的广普性，又经过多年发展，因此一般都认为跟踪环路的设计方法都相对比较成熟。

然而在复杂电磁环境或者接收信号信噪比实时起伏的情况下，普通的环路设计并不能使得跟踪环路持续工作在最佳状态，这时就需要对环路进行更细致的分析和设计。

另外，二进制偏置载波调制（BinaryOffsetCarrier，BOC）具有多峰特性，关于BOC的研究热点大多集中在如何抑制其副相关峰上。

但是在高信噪比条件下，如果能够针对BOC信号的多个相关峰同时进行跟踪锁定，则可以获得更高的相关增益，从而进一步提高BOC环路的跟踪效果。

针对上述复杂电磁环境或者接收信号信噪比实时起伏情况下如何设计最佳跟踪环路，以及如何在高信噪比条件下利用BOC信号的多个相关峰实现更高测距精度的问题，本论文分别从载波跟踪环路和码跟踪环路对其进行深入的分析和研究。

接收机跟踪环路由载波跟踪环路和码跟踪环路相互嵌套而成，其中载波跟踪环路设计又包括锁频环（FrequencyLockLoop，FLL）和锁相环（FhaseLockLoop，PLL）设计。

因此，本论文的跟踪环路研究工作基于码跟踪环路、FLL和PLL这三个方面展开。

在码跟踪环路方面，本论文提出针对BOC信号的多峰联合跟踪环路设计方法。

首先，本论文对BOC信号自相关和BOC与未调制子载波的扩频码（Pseudo-RandomNoise，PRN）之间互相关性进行研究，提出能够同时锁定多个相关峰的多峰联合跟踪方法，并给出新的多峰联合鉴相器。

压制干扰对GPS接收机码跟踪环的性能影响分析

ｍｄｆｅｉｐｃｏｊｍｉｇｉｖｒｉｉｌｂｃｕｅｏｃｍｐｉｔｎａｉｇｅａｐｅｆｅｆｉａｏｅｏａｔｆａｍｎｅｙｄｆｃｔｅａｓｆｏｌａｏ．ＴｋｎｘｍｌｏｔｍｌｒｈｔｍｓｆｕｃｉｒｈａｉＤＬｏｏｃｈｒｎｅｌ— ｔｐｏｅｓｇｔｅｍｄｆｒｃｉｒｒａｅｎｂａｂｎｏｓｍｉｇＬｆｎｏｅｅｔａｙｌｅｒｃｓｎ，ｏｅｏａｋｇｅｒｓｄｏｒｄａｄｎｉｊｍｎ，ｎｒａｉｈｔｎｏｂｏｅａ
以常用的非相干超前减滞后功率延迟锁定环为例，建立了码跟踪环在宽带噪声干扰、窄带干扰
和点频干扰下的跟踪误差模型，比较了压制干扰对ＣＡ码和ＰＹ）码跟踪环性能的不同影响。Ｊ（通过对不同干扰方式下ＣＡ码和ＰＹ）码跟踪误差的仿真，得出了对ＣＡ码和ＰＹ）码跟踪环／（／（性能影响较大的干扰方式和干扰频率，为ＧＳ接收机干扰方法和抗干扰措施的选择提供了理论Ｐ
扰性，新型接收机采用了多种抗干扰技术。特别是
ＡｓａｔｓａｖａｋｎｆｎｍｄｈｅｔａｅｉＰｅｅｅｂｔｃ：Ａｉｌｉｄｏ — ａｅｔｒａｆｃｄｗｔＧＳｒｃｉｒ，ｂａｋｔａｍｉｇｉｕｎｅｒｔｍａｈｖｌｅｊｍｎｎｅｃｓｎｌｆ
ｍｅｓｒｍｅｔｅｒｒｏｏｅｔａｋｎ，ｖｎｌａｓｔｏｅｌｃｆｃｄｒｃｉｇｌｏ．Ｔｈｕａｉｎｏｈａｕｅｎｒｏｆｃｄｒｃｉｇｅｅｅｄｏｌｓｏｋｏｏｅｔａｋｎｏｐｅｆｎｄｔｆｔｅｏｏ

扩频导航接收机全数字伪码跟踪环性能研究

ｍｏｅｆＰｃｄｒｃｉｇｌｏｓｕｌｕｄｌｏＮｏｅｔａｋｎｏｐＷａｂｉｐ．Ｔｏｌｎａｒａｉｈｓ — ｓｒｍｉａｉｎｃｒｅｗａｎ－ｔｈｅｎｎ—ｉｅｒａｅｎｐａｅｄｉｃｉｎｔｏｕｖｓａａ
ｏｄ— ｒｅｉｉａｅａｏｋｌｐａｄｔｅｄｓｇｏｄｔｏｆｔｅｐｒｍｅｅｓｉｈｏｐｗｅｅｏｔｉｅｎｏｄｒｄｇｔｌｄｌｙｌｃｏｎｈｅｉｎｃｎｉｉｎｏａａｔｒｎｔｅｌｏｒｂａｎｄ．Ｆ — ｈｉ
ｌｚｄｔｏｇｏ・ｎａｔｏ — ｅｆｅ — ｏｎｈｏ，ｔｅｈｏｐｔｃｉｇｐｒｒａｃｆｔｅｓｃｙｅｈｕｈａｎｎｌｅｒｍｅｈｄｔｘｄｐｉｔｔｅｒｈｎｔｅｌｏｒｋｎｅｏｎｅｏｈｅ－ｉｈｉｙａｆｍ
ＳｕｙｏｒｃｉｇｐｒｏｍａｃｆｄｇｔｌＰＮｏｅｔａｋｎｏｐｔｄｎｔａｋｎｅｆｒｎｅｏｉｉａｃｄｒｃｉｇｌｏｉｐｅｄ－ｐｃｒｍｖｇｔｏｅｅｖｒｎｓｒａｓｅｔｕｎａｉａｉｎｒｃｉｅ
沈锋，赵丕杰
（哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨１００）５０１
摘
要：对无线电导航系统中全数字伪码跟踪环路进行了研究，针分析了直接扩频序列的自相关
特性，出了伪码鉴相特性曲线，立了伪码跟踪环路模型，用不动点理论对鉴相特性曲线中的给ｆｈｉｃｐｅｄｓｑｅｃ，ｔｅｐａｅｄｓｒｎｔｎｃｒｅｗｉｅｎｅｅｏｒａｉｈｒｃｅｅｄｒｔｒａｅｕｎｅｈｈｓ — ｉｉｅｏｏｔｅｓｃｍｉａｉｕｖａｇｖｎａｄｔｎｔｏｓｈｈ

GPS软件接收机码跟踪环的参数设计

GPS软件接收机码跟踪环的参数设计
孙慧萍;张丽;王利红;田秀桃
【期刊名称】《山西大同大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(034)002
【摘要】研究了GPS软件接收机码跟踪环的参数设计.首先,分析了GPS的码跟踪环软件实现;其次,给出了GPS码跟踪环的设计;最后,推导出了码跟踪环带宽和码跟踪环路频率更新时间的理论值范围,为以后的研究奠定了一定的基础.
【总页数】3页(P10-12)
【作者】孙慧萍;张丽;王利红;田秀桃
【作者单位】山西大同大学物理与电子科学学院,山西大同037009;山西大同大学物理与电子科学学院,山西大同037009;山西大同大学物理与电子科学学院,山西大同037009;山西大同大学物理与电子科学学院,山西大同037009
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.伪码测距中码跟踪环的设计与实现 [J], 仇梦跃;吴涛;马宏;侯孝民
2.一种新的三阶距离跟踪环参数设计算法 [J], 崔嵬;朱新国;沈清
3.伪码体制中码跟踪环详细设计与分析 [J], 赵传丰
4.GPS软件接收机载波跟踪环的设计实现 [J], 刘高辉;曹家昆
5.GPS软件接收机载波跟踪参数的设计与实现 [J], 孙慧萍;王强;孙彩锋;杨磊
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β k ∞
2 2
导 ,可得检测概率和虚警概率分别为 ( 推导过程参见文献 [ 4 ] :
1 2 (χ2 + γ χ) dχ k ) ] ・I 0 (γ k 2
Dn Ts ( 1 - 2 | ρ( k ) | + 2 | ρ( k ) | 2 ) sin c2 [ Δ ωd ( k ) N / 2 ] 1 +α Tp
dwell 搜索期间被检测到 , 则继续与下一个参考单
元的本地码相位延迟和载波频率进行相关运算 ; 否则 ,若在第一个 dwell 搜索期间判断为 H1 状态 ,则启动第二个 dwell 检测器 , 并做出最终的判断 , 即若最终判断为 H1 状态 , 则实现了伪码相位的捕获 ,码跟踪环路得以启动 ; 否则 ,同步控制系统要更新本地码相位 ,不断地逐个单元进行测试。不同阶段的相关运算和检测是相互独立的 ,用 Pd1和 Pf a1 表示第一个 dwell 搜索的检测概率和虚警概率 , Pd2 和 Pf a2 表示第二个 dwell 搜索的检测概率和虚警概率 , 则采用双 dwell 搜索 , 每个参考单元搜索的检测概率和虚警估计误差 Δ 伪码相位估计误差| ρ | 、及归一化检测门限 D n 的增加而降低。虚警概率 p f a随归一化功率检测门限 D n 的增加而降低 ,受其它参量影响不大。因此通过对以上单滞留 ( 单 dwell) 搜索分析可知 , 伪码相位捕获性能受 ωd ( k ) 以下因素的制约 : 因多卜勒频移估计误差 Δ ≠ 0 , 使检测器性能变差 , 且该项限制了相关检测时间的增加 , 使输出扩频解调信号的信噪比增加受限 , 故使得解扩增益的增加也受到限制。在输入信噪比很小的情况下 , 为了降低 p f a , 应使 D n 增加 , 但同时使 p d 也降低。从图 2 ( d) 可知 , 要增大 p d , 需要很长的相关检测时间 ( 即平均捕获时间) 。故
图1 伪码捕获系统框图
Ξ 收稿日期 :2003212223
・32 ・
GNSS World of China/ 2004. 2
当数字功率检测器的输入 S 2 ( k ) 大于或等于 D 2l 时 H1 状态 ( 捕获) 被检测 , 而当 S ( k ) 小于 D l 时 H0 状态 ( 未捕获) 被检测。若门限为 D 1 , 经理论推 Pd ( k ) = χ・ exp [ ∫
和 G2 为环路等效增益。根据上式可得各阶环路的码 2 ωd 、相误差的方差 δ C/ N 0 的关系如图 7 所 p 与Δ 示。分析可得 , 在选择环路参数时 , 必须同时考虑输入噪声引起的跟踪误差和系统动态引起的稳态跟踪误差。相关检测时间 N T s 中采样数 N 也是一个重要参数 , 它影响环路的等效带宽 B cl 和 B L 。低动态时 , 应选择小的 G1 和 G2 及大的 N 来降低环路带宽 , 抑止输入噪声引起的跟踪误差。高动态时 , 应选择大的 G1 和 G2 及较小的 N 来增大环路带宽 ,以更好地跟踪输入伪码相位的动态。
1 2
( 3)
β k =
1 + ( C/ N 0 )
Ts ( 1 - | ρ( k ) | ) 2 sin c2 [ Δ ωd ( k ) N / 2 ] Tc
( 4)
通过 ( 1) 至 ( 4) 式的分析 ,图 2 的 ( a) 至 ( d) 分别给出了伪码相位捕获的检测概率 p d 和虚警概率 ωd pf a与输入信噪比 C/ No , 多卜勒频移估计误差 Δ
1 2
( 1) ( 2)
Pf a ( k ) = exp 式中
- 0. 5 ・
2 2 ωd ( k ) N / 2 ] 2α N ( 1 - | ρ( k ) | ) sin c [ Δ
γk =
1 + ( C/ N 0
Ts ( 1 - | ρ( k ) | ) 2 sin c2 [Δ ωd ( k ) N / 2 ] Tc Dn
Pd = Pd1 P d2 =
n=B
6
A
A n
A
+1 Pn d1 ( 1 - P d1 )
A- n
( 5) ( 6)
图3 双滞留搜索方框图
Pf a = Pf a1 Pf a2 =
n=B
6
A n
+1 Pn f a1 ( 1 - Pf a1 )
A- n
图4 ( a) 双 D well 下的 Pd ( b) 双 D well 下的 Pfa
2 伪码捕获过程建模分析
接收机中将码相位和多普勒频移的搜索范围分成二维搜索单元。伪码捕获系统框图如图 1 所示。它由非相干码相关器、数字码相位检测器及同步控制逻辑组成。图 1 中若检测器门限为 D 2l , 则
出改进的双 Dwell 搜索方法。定量分析了输入信号参数、噪声、环路结构参数对 GPS 伪码相位观测量的影响。根据分析结果 ,有利于优化接收机数字码跟踪环 ,进一步提高伪距测量精度。通过软件接收
滞留搜索法能使平均捕获时间显著降低 ,使捕获性能极大改善。
3 伪码相位的精确跟踪及输入噪声特性
实现初捕获后 ,接收信号的伪码和本地跟踪伪码之间进入精确同步过程。码相位跟踪误差 ρ( k ) 受两部分影响 , 系统动态和输入噪声。通过分析
GNSS World of China/ 2004. 2
( k) N/ ( 2π ) , 归一化检测门限 D n , 相关检测时间 N Ts = T n之间的关系曲线。由图 2 可知 , 检测概率 p d 随输入信噪比 C/ No 、相关检测时间 Tn 的增加
图2 码相的检测概率和虚警概率曲线( a) ～( d)
2004 . 2/ 全球定位系统
・33 ・
(如图 8 所示) , 该模型对不同输入信号 , 对不同环路阶数进行仿真。得出相应的动态仿真结果 ( 见图 9) ,此处只给出了两种典型结果。图中可见动态仿
机更加灵活 , 具有更强的稳健性 , 节约大量成本。特别在高动态条件下 ,想精确测量接收机的运动是很困难的。而利用软件接收机的模拟仿真 ,分析各种干扰源、接收机参数等的影响 , 结果都更精确。软件接收机的参数可以任意设置 ,从而能够模拟出不同种类的硬件接收机特性 ,并对最终的硬件实现有较强的实际指导作用。
本文通过仿真定量分析了 GPS 接收机对于伪距观测量的数字伪码捕获和跟踪系统。双滞留搜索法是对单滞留搜索法的改进 ,它能有效缩短平均捕获时间。具有高阶高增益环路滤波器的 DDLL 对输入伪码相位动态有小的跟踪误差和短的瞬态响应时间 ; 具有低阶低增益环路滤波器的 DDLL ・36 ・
图7 ( a) 码相误差与多普勒频移关系曲线
图6 各阶环路对频率斜升信号的响应曲线
接着对输入噪声引起的码相跟踪误差进行分析。当输入平稳零均值高斯白噪声 n ( i ) 时 , 可推导出伪码相位误差方差为 :
) 1 - R 2 ( 2δ 1 2 + σ 2 4 p = ( α ( δ ) Δ ωd ) N / 2 ] 1 sin c [ 2α L cl ) 1 - R ( 2δ ωd ) N / 2 ] 4sin c2 [ Δ
( 6 ) , 可得到双 dwell 系统的 C/ A 根据式 ( 5 ) 、码通道的检测概率 Pd 和虚警概率 Pf a 随输入信号 C/ N 0 变化的曲线如图 4 所示。与单 dwell 时比较 ( 见图 2 ( b) ) 可知 ,双滞留搜索方法极大地降低了虚警概率 p f a , 而对检测概率 p d 的降低却是相对微小的 , 尤其在 C/ N 0 较大时 ,
2004 . 2/ 全球定位系统
图 7 ( b) 码相误差与信噪比关系曲线
4 动态仿真结果及结论
为了将理论分析用于指导 GPS 接收机的设
( 8)
计 , 通过 Simulink 动态仿真 , 在计算机上模拟 DDLL 环路功能 , 建立 DDLL 环的动态仿真模型・35 ・
真点与理论分析结果很接近 , 说明二者的一致性。因此 ,在理论分析的指导下 ,通过对 GPS 接收机的动态仿真 ( 软件接收机分析) ,可使软件接收机不仅能够体现实际硬件接收机的性能 ,而且比硬件接收
图8 数字伪码锁定环 DDLL 动态仿真模型
2 2 图9 ( a) 二阶 DDLL 相位误差方差与 δ 图9 ( b) 三阶 DDLL δ p 与 G1 的关系曲线 p 与 G1 与的关系曲
GPS 接收机跟踪环性能研究
周密 ,张晓玲 Ξ
( 电子科技大学电子工程学院 70124 , 四川成都 610054)
数字码
摘要 : 从数字码跟踪环的角度研究了高动态体制下 GPS 接收机性能 , 对伪码捕获和跟踪过程建立了数学模型 ; 推导出伪码捕获的检测概率和虚警概率 ,提出改进的双 Dwell 搜索方法 ; 对高阶 DDLL 的动态跟踪性能及输入随机噪声影响进行了定量分析。通过 MA TLAB 及 Simulink 动态仿真结果表明 , 双 Dwell 搜索方法能显著缩短平均捕获时间 ; 可根据具体应用环境 , 选择不同的环路参数 , 以优化码跟踪环的特性。关键词 : 伪码捕获和跟踪 ; 双 Dwell 搜索 ; 伪码相位误差
提出一种改进捕获性能的搜索方法 , 即双滞留 ( 双 dwell) 搜索方法。它能有效地缩短平均捕获时间。功能方框图如图 3 所示。其基本工作过程为 , 首先通过第一个 dwell 检测器进行快速否决 ,利用短的滞留时间快速搜索不确定性区域 ,采用很低的门限来阻止 Pd 太低 , 但会使 Pf a 有所增大 ( 它会在第二个 dwell 检测时降低 ) 。若 H0 状态在第一个