GPS弱信号捕获算法研究

随着GNSS的广泛应用,许多新技术和新领域对GNSS弱信号捕获提出了新要求,其关键技术之一就是弱信号捕获跟踪算法的实现。在相干积分和非相干积分的基础上,通过相位补偿和时延修正、奇偶分路等方法,可以在盲搜索中捕获到比正常信号低25dB的弱信号,实现了对粗捕到的弱信号进行载波频率精化,并分别利用仿真数据和实测数据验证了算法的正确性。此外,分析了信号相位翻转对信号捕获的影响,对GNSS弱信号应用领域具有重要的参考价值。     

基于软件实现GPS信号捕获以及获取精确载波频率

捕获模块是实现GPS软件接收机的重要组成部分。本文立足于通过软件的方法实现GPS信号的捕获,由捕获的结果得到准确而精度更高的载波频移,从而对降低跟踪环路的设计复杂性有利。作者先用GPS串行搜索捕获和并行搜索捕获这两种传统的方法对GPS信号进行捕获,在此基础上尝试采用一种降低频率搜索步长并结合二次曲线拟合的方法以获取高精度的载波频率,进而更好地提高整个捕获准确性以及精度,经过分析后,得到了一些较有意义的结论。     

利用全球定位系统载波相位测量值以非差分方式进行精密相对定位

事实已经清楚地表明,随着廉价的载波跟踪仪器的出现,能够实现对许多接收机同时跟踪,获取载波相位观测数据处理的算法,无疑是重要的。当使用两台接收机时,以前研制出的以单重、双重和三重差方式处理相位观测值的算法是容易实现的。然而,当三台或更多的接收机同步跟踪时,如果最理想地从数据中提取信息,就需要更复杂的算法来处理理数据。本文介绍一种以非差分方式处理载波信号观测数据的算法,该算法能对任意多个测站进行分析,而不增加处理的复杂性。这种纯相位方法具有差分数据处理的一切优点,并且具有一些附加的特点,即能够产生正确的协方差矩阵,以及得到接收机的钟与卫星的钟同步差随时间变化的关系。     

一种SINS/GPS深组合导航系统技术问题分析

为了满足高动态用户及强干扰条件下的应用需求,提出了一种基于卫星信号矢量跟踪的SINS/GPS深组合导航方法,设计了基于FPGA硬件平台的实施方案。利用组合卡尔曼滤波器反馈回路取代了传统接收机中独立、并行的跟踪环路,能够同时完成所有可视卫星信号的跟踪和导航信息处理;通过矢量跟踪算法对所有可视卫星信号进行集中处理,能够增强跟踪通道对信号载噪比变化的适应能力,从而提高接收机在强干扰或信号中断条件下的跟踪性能;根据SINS导航参数和星历信息推测GPS伪码相位和多普勒频移等参数,用以辅助卫星信号的捕获和跟踪,能够大大缩短接收机的搜索捕获时间,并增强接收机在高动态条件下的跟踪性能。基于矢量跟踪的深组合方法不仅在GPS信号短暂中断期间,能够保证系统的导航精度和可靠性,而且在强干扰环境中能够维持较好的伪码相位和载波频率跟踪性能。     

BDS/GPS单频软件接收机算法研究与实现

随着卫星导航定位技术及接收机的发展,软件接收机已成为当前研究的热点之一。根据北斗卫星导航定位系统（BDS）的接口控制文档（ICD）,分析了BDS B1I信号,提出了一种基于并行码相位和并行频率捕获的算法,实现了对BDS-B1I/GPS信号的捕获跟踪、导航电文解码。利用HG-SOFTGPS02采集器采集的数据进行BDS/GPS定位,验证了该算法的可行性与合理性。     

基于GPS单频软件接收机的捕获与跟踪算法实现

在分析基于软件无线电全球定位系统（GPS）接收机结构的基础上,研究了GPS单频软件接收机的捕获和跟踪算法,并基于MATLAB平台在PC上仿真了GPS单频软件接收机样机。信号捕获采用基于快速傅里叶变换（FFT）的并行码相位搜捕算法;信号跟踪联合使用超前滞后非相干延迟锁定环和科斯塔斯环的跟踪环结构。采用实测数据对信号捕获、跟踪算法进行了分析和验证。结果表明：仿真的GPS单频软件接收机具备基本的基带信号处理功能。     

FPLL载波跟踪环仿真及高动态GPS信号测试

针对高动态环境下普通GPS接收机跟踪环路容易失锁的问题,考虑到锁频环动态性能好、锁相环跟踪精度高的特点,实现了二阶锁频环辅助三阶锁相环的载波跟踪环(FPLL)。根据FPLL结构原理和误差分析理论,提出了一种FPLL环路的码相位和载波相位精度分析方法。借助GPS软件接收机平台,在Matlab环境下仿真实现了FPLL载波跟踪环,并利用Spirent GSS7700仿真器采集高动态GPS模拟信号对FPLL环路进行了测试。测试结果和精度分析表明,在导航信号的载噪比为40dB-Hz,加速度为26g,加加速度为9g/s的条件下,该高动态跟踪环路能够达到码相位1.31m(1σ),载波相位为4.24×10-3 m/s(1σ)的跟踪精度。     

BDS三频模糊度解算及精度检验

北斗卫星提供3种频率载波信号,极大地推动了利用载波对用户位置和速度信息进行高精度计算方法研究。本文重点研究基于北斗卫星三频信号的载波相位模糊度解算CIR方法,通过使用函数极限的原理推导载波组合,为算法提供了理论基础;分析每一步的误差传递,选取优秀的伪距组合、相位组合,并处理数据验证算法的可行性。在短基线向量前提下,双差中忽略大气延迟的影响,验证了本文提出的几种载波组合的计算模糊度的可行性。     

高动态宽带信号码跟踪方法仿真分析

针对高动态场景,单独的码环路很难实现跟踪,由于高动态载波跟踪的算法很成熟,通常应用载波跟踪结果对码环路进行辅助,针对窄体制信号,这种方法可以帮助消除码环的动态误差,但对宽体制信号来说,辅助力度减小。从高动态宽带信号码跟踪误差门限以及跟踪精度入手,分析了单独码跟踪算法的易失锁性,理论和仿真验证应用高动态载波跟踪结果辅助码跟踪算法的有效性,且具有高的跟踪精度。这为导航接收机的跟踪算法提供了理论依据。     

GNSS双频兼容互操作接收机信号捕获方法

随着我国北斗导航系统“全球组网”序幕的拉开,设计实现接收机的兼容互操作功能已变成接收机设计领域的一个研究热点。文中针对GNSS双频兼容互操作接收机信号捕获环节设计中遇到的处理时间长、捕获精度低、硬件资源消耗大、兼容性差等问题,设计一种基于频域处理的信号捕获算法。该算法在传统频域捕获的基础上,优化频域转换资源利用与遍历方式,在能量累加方面加入相干与非相干累加方式,达到微弱信号捕获。借助Xilinx软件Vivado及其仿真工具,对整个捕获系统进行了仿真实现,验证了算法设计的准确性,本算法可以捕获信号功率-135 dB以上的信号,可捕获的载波多普勒频率范围满足实际工程需求。在实际工程验证中,本算法能较好地满足工程应用性能要求。      

一种新的软件GPS静态接收机频域跟踪方法

设计一种基于FFT的软件GPS静态用户接收机频域跟踪方案.利用GPS导航电文调制周期为20个C/A码周期的特性,将块叠加(Block Addition)频域捕获的思想应用于GPS信号频域跟踪,从而大幅度节约计算量,为实时跟踪创造条件.     

MEMS IMU辅助的高性能GPS接收机设计

高性能稳健性的GPS卫星接收机仍然是当前研究和发展的热点。在高动态条件下,GNSS接收机设计总是涉及到跟踪动态性能所要求的环路带宽和噪声所要求的环路带宽一对矛盾体。以微惯性测量单元(MIMU)辅助的GPS接收机为实例,设计了MIMU辅助的GPS接收机搜索算法和跟踪算法,同时为减少GPS接收机对惯性器件的性能的依赖,设计了基于MIMU辅助的最优GPS接收机的环路带宽。通过仿真和车载试验对所设计的方法进行验证,仿真和试验结果表明,MIMU辅助的GPS接收机动态性能取决于MIMU的性能指标和环路的带宽,而抗干扰性能至少有13 dB的提高;跑车试验中,商用GPS接收机和研制的GPS接收机精度大体相当。同时系统还能够提供姿态角信息。     

A new algorithm for fine acquisition of GPS carrier frequency

Design of a GPS signal acquisition algorithm is a trade-off between improvement of the acquisition frequency resolution and reduction in the acquisition time. A new algorithm is proposed to acquire the carrier frequency accurately by correlation of the GPS signal after completion of the coarse acquisition of the signals. The CA code in a period of 1 ms is stripped off first. Then, several local replica carriers are generated and mixed with the CA-code-stripped data. Finally, the mixed data are integrated to detect the carrier frequency accurately. By analyzing the correlated integration result, the algorithm performance is evaluated on the aspects of the computational load, the effects of the carrier-to-noise ratio, and the navigation data transition. Performance of the proposed method is verified by simulations and experiments.     

A scheme for weak GPS signal acquisition aided by SINS information

In order to enhance the acquisition performance of global positioning system (GPS) receivers in weak signal conditions, a high-sensitivity acquisition scheme aided by strapdown inertial navigation system (SINS) information is proposed. The carrier Doppler shift and Doppler rate are pre-estimated with SINS aiding and GPS ephemeris, so that the frequency search space is reduced, and the dynamic effect on the acquisition sensitivity is mitigated effectively. Meanwhile, to eliminate the signal-to-noise ratio gain attenuation caused by data bit transitions, an optimal estimation of the unknown data bits is implemented with the Viterbi algorithm. A differential correction method is then utilized to improve the acquisition accuracy of Doppler shift and therefore to meet the requirement of carrier-tracking loop initialization. Finally, the reacquisition experiments of weak GPS signals are implemented in short signal blockage situations. The simulation results show that the proposed scheme can significantly improve the acquisition accuracy and sensitivity and shorten the reacquisition time.     

Design of an adaptive GPS vector tracking loop with the detection and isolation of contaminated channels

GPS Solutions - In vector tracking loop (VTL), the relativity among received signals is exploited to deeply integrate the entire information within signal processing channels. However, the tracking...     

Stability analysis of GPS carrier tracking loops by phase margin approach

Stability, which is significantly related to the loop parameters, is an important factor in the traditional GPS tracking loop design. Through the analysis of phase margin values in the discrete GPS PLL tacking loop, we are able to theoretically reveal the relationship between loop stability, equivalent noise bandwidth B _n , predetection integration time T, and loop parameters. We calculate the theoretical limitations for B _n T, that is, the product of equivalent noise bandwidth multiplied by predetection integration time, for second- and third-order phase-locked loop, respectively. The results are verified by actual data from GPS receivers.     

GPS码跟踪环自适应多径消除算法

根据多径信号的产生机理,在对GPS接收机中的码跟踪环多径信号模型研究的基础上,提出了采用自适应滤波的来消除GPS多径效应的算法。自适应滤波的方法不需要估计模型的系统参数,而直接通过自适应滤波将多径信号滤除。在有噪声的情况下,自适应滤波的RLS算法是最小二乘意义下的最优估计,仿真的结果表明采用自适应滤波算法可以快速的消除多径的影响,修正鉴相函数的过零点偏差,提高码跟踪环的跟踪精度。由于自适应滤波算法是递推算法,易于软、硬件实现。     

Performance analysis of a Kalman filter carrier phase tracking loop

GPS Solutions - The equivalent bandwidth of a Kalman filter (KF) tracking loop for a Global Navigation Satellite System receiver is widely used to compare the performance of the KF with that of the...