高轨环境下BDS弱信号跟踪技术研究

针对高轨接收机需要接收来自地球对面的导航卫星信号而导致接收功率过低,且存在较大多普勒频移和多普勒频移变化率的问题,对适用于高轨导航接收机的BDS("北斗"系统)信号跟踪技术进行研究。通过STK(卫星开发工具包)建立仿真场景对HEO(大椭圆轨道)接收导航信号特性分析,根据仿真指标重新设计了弱信号跟踪环路结构以及对应的跟踪流程,并特别针对BDS B1I跟踪中存在的NH(Neumann-Hoffman)编码问题,提出滑动相关法去除NH码的方式,来延长预检积分时间。仿真表明,通过1ms稳定跟踪之后,采用滑动相关法去除NH码,将环路预检积分时间延长至20ms,跟踪环路能够成功跟踪高轨环境下C/N0=26dBHz的低信噪比BDS B1I信号,满足导航应用需求。

带相位和频率反馈环路的GNSS弱信号跟踪技术研究

从频率反馈锁相环和相位-频率反馈锁相环的环路噪声转移函数出发,分析预检测积分时间和等效噪声带宽的乘积与环路稳定性的关系;提出了针对软件接收机和硬件接收机的相位-频率反馈环路实现方式;通过对实际信号的测试表明,当接收信号的载噪比在15dB×Hz左右时,使用长预检测积分时间的相位-频率反馈锁相环可以稳定工作,且跟踪性能优于频率反馈锁相环。

基于FFT和电文估计的GNSS弱信号载波跟踪方法

在弱GNSS信号环境中,基于传统环路的GNSS载波跟踪方法受导航电文、接收机动态和晶振稳定性的制约,难以使用较长相干积分时间提高环路输入信噪比。本文提出了一种基于FFT的电文估计方法,该方法只需计算一种电文组合下的相干积分值序列的FFT,其他电文组合下的FFT只需少量加法运算即可完成,降低了电文符号估计的计算量。通过对导航电文符号和边沿的估计,可以使用较长时间的相干积分值序列的FFT变换鉴别载波环跟踪误差,这可以克服长积分时间中接收机动态和多普勒频率估计误差造成的损耗,从而提高鉴频器的输出信噪比。仿真结果表明,本文提出的跟踪方法能够在低动态弱信号条件下跟踪载波频率。

一种INS辅助GNSS高动态弱信号标量跟踪方法

为提高恶劣电磁环境下的高动态卫星导航接收机的干扰抑制能力,提出一种低成本INS自适应辅助标量跟踪环路方法。该方法以INS辅助二阶锁频环(IFLL2)算法为核心,采用INS/GNSS紧组合结果提高外部辅助跟踪环路的多普勒频率估计精度,以降低动态应力对跟踪环路的影响。建立了INS辅助锁相环和锁频环性能分析模型,基于该模型可知IFLL2对本地振荡器的抖动噪声抑制能力更强,可更多地降低跟踪环路带宽,故其性能优于INS辅助锁相环(IPLL)的性能。高动态仿真试验结果表明高动态环境下独立式三阶锁相环可跟踪载噪比为28dBHz的GPS L1 C/A卫星信号,INS辅助最优带宽二阶锁频环算法可跟踪载噪比为19dB-Hz的卫星信号,基于本算法的接收机的干扰抑制能力提高了9dB,与理论分析结果相当。

基于自适应EKF的弱GNSS信号跟踪算法

弱GNSS信号跟踪技术是卫星导航接收机关键技术之一,跟踪技术的好坏将直接影响卫星导航接收机在弱信号条件下的跟踪性能;在动态环境和先验信息不充分的情况下,由于扩展卡尔曼滤波(EKF)的固定设计使其不能满足要求,针对此不足引入一种自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)的信号跟踪算法;该自适应滤波算法能够实时监测残差或滤波器新息的动态变化,来修正观测噪声方差和状态噪声方差,以此调整滤波器增益,观测值和控制预测值在滤波结果中的权重;理论分析和结果表明,该算法能够充分利用观测信号的统计特性,克服了传统EKF算法不足,获得更好的跟踪性能。

GPS接收机载波环辅助码环跟踪性能研究

在GPS接收机中载波环辅助码环是一种常用的技术,通过载波辅助可消除码环的动态应力,减小码环带宽和码环阶数,提高测量精度。本文分析了GPS接收机中晶振产生的采样率抖动对载波环辅助码环的影响,指出采样率抖动使得载波环辅助码环的比例因子发生变化,不能提供精确的辅助,因而码环带宽不宜设的过小。同时本文还给出了载波环辅助码环的跟踪结构对弱信号的跟踪性能,实验结果显示,这种结构可以对-156dBm的信号保持稳定跟踪。

基于卡尔曼滤波的北斗接收机高灵敏度跟踪算法研究

为了提升载波跟踪环路滤除噪声干扰的能力,引入一种作为可靠最优估计方法的卡尔曼滤波估计算法,用于解决高动态或弱信号环境载波跟踪环路难以稳定工作的问题。首先分析噪声对跟踪环路产生的影响,讨论采用卡尔曼滤波估计算法的理论设计依据,并且从环路结构、模型建立和优化设计三方面着手设计了自适应卡尔曼滤波跟踪环路。试验结果表明,无论在静态还是动态场景,其定位性能和精度与传统跟踪环路相比,均有较大幅度提升。

Atmel与u-blox共谋手持及汽车产品的GPS跟踪新技术

Atmel公司和u-blox AG公司日前宣布共同推出一种新型全球定位系统（GPS）弱信号跟踪技术-SuperSense，该技术支持Atmel的ANTARIS全球定位系统芯片组和u-blox的GPS模块。借助该定位系统的新软件，人们有可能在建筑物内部、市区凹地、遮蔽的道路和其他以前GPS无法覆盖的地区实现精确的全球定位导航。