高动态环境下GPS跟踪算法研究及实现

论文摘要

卫星导航定位在国防建设中占有重要地位,特别是处于高加速度运动的导航定位接收机的研制,对于发展弹道测试方法、新的制导与导航手段,有十分重要的意义。本文以GPS接收为例,研究高动态条件下的卫星导航定位技术。本文在深入研究GPS的系统组成、信号基本结构及其多普勒效应对信号接收的影响的基础上,对最大似然估计算法、扩展卡尔曼滤波算法、叉积自动频率控制环算法、数字锁相环算法和频率扩展卡尔曼滤波算法进行了分析和介绍,对叉积自动频率控制环算法和频率扩展卡尔曼滤波算法进行了MATLAB仿真,并对这两种算法进行了比较。论文的主要工作如下:1.深入研究了高动态条件下GPS接收信号的参数估计算法,并采用载波辅助技术及延迟锁定环技术对P码跟踪进行了MATLAB仿真设计。2.提出了由环路滤波辅助FEKF(频率扩展卡尔曼滤波)的跟踪方法,对环路滤波器的设计进行详细的介绍,对FEKF和FEKF改进方法进行了MATLAB仿真,将去除输入信号相位偏差的算法(FEKF改进方法与叉积自动频率控制环算法方法)进行了比较,总结各自的优缺点。3.初步完成了DPLL、FEKF、CPAFC的FPGA设计实现和功能仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 GPS 的特点与主要功能.
• 1.2 高动态环境GPS 应用技术研究现状和技术难点.
• 1.2.1 高动态环境GPS 研究工作的背景及研究现状
• 1.2.2 高动态GPS 接收机的技术难点
• 1.3 本文的主要工作和意义
• 第二章 GPS 的基本原理
• 2.1 GPS 系统介绍
• 2.1.1 空间星座部分
• 2.1.2 地面监控系统
• 2.1.3 用户设备
• 2.2 GPS 信号的基本结构.
• 2.2.1 GPS 系统中伪随机码.
• 2.2.2 GPS 信号结构与产生.
• 2.3 多普勒频率对信号的影响
• 2.4 卡尔曼滤波基本原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 高动态环境 GPS 信号跟踪算法和环路
• 3.1 最大似然估计算法（MLE）
• 3.2 扩展卡尔曼滤波算法（EKF）
• 3.3 叉积自动频率控制环算法（CPAFC）
• 3.4 数字锁相环算法（DPLL）
• 3.4.1 码环跟踪及仿真
• 3.4.2 失步判断
• 3.4.3 码相位的确定
• 3.4.4 码跟踪环路的测量误差分析
• 3.5 码环跟踪仿真
• 3.5.1 仿真条件
• 3.6 本章小结
• 第四章 频率扩展的卡尔曼滤波算法及其改进算法
• 4.1 频率扩展的卡尔曼滤波（FEKF）算法
• 4.1.1 算法仿真
• 4.1.2 算法仿真结果
• 4.2 FEKF 参数分析
• 4.3 环路滤波器的设计
• 4.4 新的FEKF 跟踪环路
• 4.4.1 仿真环境
• 4.4.2 仿真结果
• 4.5 新的FEKF 跟踪环路与CPAFC 比较
• 4.5.1 叉积自动频率控制环算法仿真环境.
• 4.5.2 仿真结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 GPS 跟踪算法 FPGA 实现
• 5.1 FPGA 设计方法介绍
• 5.1.1 FPGA 简介
• 5.1.2 Quartus 可编程逻辑开发软件平台
• 5.2 叉积鉴频器（CPAFC）
• 5.2.1 环路滤波器
• 5.3 频率扩展卡尔曼滤波
• 5.4 码环跟踪
• 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果