多模GNSS接收机跟踪环路研究与实现

论文摘要

随着GNSS (Global Navigation Satellite System全球导航卫星系统)导航与定位的普及,GNSS接收机的研究成了热点。众所周知,GNSS接收机正常工作的前提是能稳定地跟踪上卫星信号,解调出导航定位所需的导航电文。因此,跟踪算法的研究一直是GNSS接收机设计中的重中之重。本文主要研究多模GNSS接收机在高动态环境中的跟踪算法和跟踪环路设计。文中首先对导航定位的背景知识进行了简要的介绍;随后详细地介绍了本课题多模GNSS接收机的组成。本文推导了从卫星信号发送到GPS(Global Positioning System全球定位系统)接收机解调信号的整个处理流程。重点分析了接收机中的跟踪环路设计,分别比较了多种常用的FLL(Frequency Locked Loop锁频环)、PLL (Phase Locked Loop锁相环)、DLL (Delay Locked Loop码延迟锁定环).的鉴别器算法,通过公式推导和仿真对比确定了适合本课题接收机的FLL、PLL、DLL鉴别器算法,随后对环路滤波器进行了研究。在高动态环境下,卫星信号会呈现出新特点,会给跟踪带来更高的要求。据此,本文给出了高动态下GNSS接收机跟踪环路的设计,包括利用FLL辅助PLL的环路设计补偿高动态提高精度、采用载波环辅助码环克服码多普勒的方法、防频率死锁方法和惯导辅助等。最后对跟踪环路进行了仿真与测试,并给出了仿真与测试结果,在具有相对加速度和相对加加速度的高动态环境下,本课题设计的跟踪环路能稳定跟踪卫星信号,达到了系统设计的需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 GNSS国内外研究现状
• 1.3 论文结构安排
• 第二章 GNSS系统及接收机架构
• 2.1 GNSS系统的组成
• 2.1.1 空间部分
• 2.1.2 地面监控系统
• 2.1.3 用户设备部分
• 2.2 GNSS接收机架构
• 2.2.1 GNSS接收机功能模块
• 2.2.2 GNSS接收机硬件架构
• 2.2.3 GNSS接收机软件架构
• 2.3 本章小结
• 第三章 GNSS接收机跟踪算法的研究
• 3.1 GPS卫星信号结构及产生原理
• 3.1.1 GPS卫星信号结构
• 3.1.2 GPS卫星信号产生原理
• 3.2 GPS接收机信号处理流程
• 3.2.1 射频前端模块
• 3.2.2 信号处理模块
• 3.3 GPS接收机跟踪环路算法
• 3.3.1 载波跟踪环路
• 3.3.2 码跟踪环路
• 3.3.3 环路滤波器
• 3.3.4 测量误差和跟踪门限
• 3.4 本章小结
• 第四章 高动态下跟踪环路的设计
• 4.1 高动态下卫星信号的变化
• 4.2 跟踪环路设计
• 4.2.1 FLL辅助PLL
• 4.2.2 载波环辅助码环
• 4.2.3 防载波环频率死锁
• 4.2.4 惯导辅助
• 4.4 本章小结
• 第五章 跟踪环路的算法仿真及测试
• 5.1 软件平台跟踪环路仿真
• 5.1.1 仿真环境参数设置
• 5.1.2 跟踪环路算法仿真
• 5.2 硬件平台跟踪环路测试
• 5.2.1 硬件开发平台介绍
• 5.2.2 跟踪处理流程图
• 5.2.3 系统测试验证
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的学术论文目录