扩频测距系统中多径信号伪码跟踪误差分析及消除技术

多径是扩频测距系统的主要误差源之一。介绍了多路径存在条件下码跟踪误差产生的机理,然后对常见的三种多径消除技术-窄相关、Early Late Slope（ELS）和Multipath Estimating Delay Lock Loop（MEDLL）-的原理进行了分析,通过对其性能的仿真与分析比较,指出：在存在多路径干扰时,增加码跟踪环路的相关器数目有助于提高码跟踪的精度,但在一定的处理条件下,码环处理数据的实时性会下降。     

接收机窄相关技术理论研究

作为研制各类导航系统接收机设备的一项关键技术，窄相关技术的优化设计可以有效抑制由热噪声带来的跟踪误差，最终提高伪码的测量精度。在介绍了窄相关技术的基本原理和实现方法的基础上，研究了窄相关技术提高伪码跟踪精度的理论，并通过Matlab仿真平台对窄相关技术进行了仿真分析。     

AItBOC信号码跟踪性能研究

通过分析A1tBOC（15,10）信号的功率谱密度、自相关函数,得出该信号在码跟踪性能上的理论优势,并根据Betz码跟踪评估理论仿真分析了接收机前端带宽、相关器间隔、环路鉴别器类型、载噪比以及全频带和单边带两种接收方式对该信号码跟踪精度的影响,并且通过与BPSK（10）、BOC（15,10）和单边带AltBoc（15,10）信号对比,得出AltBOC（15,10）信号在码跟踪精度上的优势,为AltBOC接收机设计提供理论依据。     

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。     

预相关带宽和相关器间隔对导航信号多径性能的影响分析

采用窄相关技术和双△相关技术,对BPSK（1）信号和BOC（1,1）信号在不同预相关带宽和不同相关器间隔时的平均加权多径误差包络进行了仿真,提取了多径误差典型值。结果表明,随着相关器间隔的减小,多径误差逐渐减小,但当相关器间隔为0.1个码片时,多径误差的减小已不明显;多径误差并不是随着预相关带宽的增大一直减小,而是有一...     

星载GPS伪距多路径误差与观测噪声对自主定轨的影响分析

对搭载美国BlackJack接收机的CHAMP/GRACE-A/Jason-2卫星和搭载国产接收机的HY2A/ZY3/TH1卫星的星载GPS数据的伪距多路径误差与观测噪声进行了研究,重点分析了国产接收机伪距多路径误差的变化特性,并研究了多路径误差与观测噪声对星载GPS自主定轨的影响。结果表明:国产接收机的C/A码与P1码伪距观测精度要整体差于美国的BlackJack接收机,而P2码伪距观测精度要整体优于BlackJack接收机;国产接收机P1码伪距受多路径效应影响较大,其多路径误差随高度角减小存在单调递增的变化趋势,其中HY2A、ZY3与TH1卫星的多路径误差最大分别可达3.6 m、1.8 m与0.7 m;这种单调递增变化的多路径误差会导致星载GPS自主定轨位置结果在径向与切向产生系统性偏差。     

诺瓦泰——第三代GPS单频接收机

1 概述 加拿大诺瓦泰(NovAtel)公司于1992年底推出高精度的C/A码窄距相关GPS接收机。近两年的大量实测结果表明:由于采用窄距相关技术,使C/A码达到P码的精度;采用码/载波相位扩散技术,使GPS单频接收的测程达到320km,精度为5mm+1—2ppm,接近双频接收机的精度。这种高精度的C/A码窄距相关GPS接收机堪称第三代,由于其物美价廉,颇受全世界欢迎。     

WAAS接收机多路径误差包络延迟的定义与分析

多路径是限制差分GPS系统精度的主要测量误差,这是发展接收机和天线技术以削弱多路径误差的一个重要的促进因素。本文说明了接收机多路径误差包络延迟研究的结果,研究中采用实验室环境的GPS信号仿真器,利用高分辨率技术测量误差包络延迟,并比较它们与FAA广域增强系统（WAAS）参考站观测的多路径误差的一致性,文中使用WAAS参考站接收机,研究了接收机带宽,相关间隔,甚短或甚长多路径延迟、自相关函数旁瓣以及多平面反射的效果,测试结果表明了理论上和现场观测的多路径误差估计的良好的一致性,并说明了WAAS接收机中采用的各种接收机多路径消除技术的特点和影响,本文在研究结果广泛适用于一般的GPS接收机设计以及其它差分系统,例如FAA的局域增强系统,结果确认WAAS参考站的测量精度主要受附近的多路径及多路径反射信号的影响,新的多路径消除技术,例如超窄相关间隔以及改进的接收机算法,配合新的天线设计,具有在差分参考站进一步降低多路径误差的能力。     

BDS-2和BDS-3系统间伪距分层及其技术对策

BDS-2和BDS-3卫星不仅存在与其他导航系统一样的星间伪距偏差问题,还存在两个系统之间的分米级伪距分层现象。为了最大限度降低伪距分层影响,本文选用两台环路参数可配置的接收机进行试验分析,分析了接收机环路参数设计与伪距分层的影响关系。结果表明,当接收机选择0.3 chip及以上的相关器码间距来跟踪B1I信号时,能使BDS-2和BDS-3之间B1I信号的伪距分层由分米级降低到厘米级;对于B3I信号而言,则需要采用0.6 chip及以下的相关器码间距来进行跟踪。根据本文研究可知,通过配置合理的接收机相关器码间距值跟踪B1I/B3I信号,可以使BDS-2和BDS-3之间的伪距分层现象得到明显改善,同时也能提高接收机定位精度的一致性。本文研究对推进北斗导航接收机和芯片的发展与完善具有参考意义。     

基于虚拟相关对技术的C/A码相关峰形变监测算法

"主从相关器"结构的接收机常被用来监测C/A码相关函数相关峰的形变,但受制于相关器数量的影响,在GPS卫星低仰角时,监测器并不能及早地发现信号形变,针对这一问题,该文在"主从相关器"结构的接收机基础上,采用了虚拟相关对技术,通过已知的3组相关对(一组"主相关对",两组"从相关对")和Prompt相关器输出,以码片间距为自变量,采用最小二乘的方法,拟合相关器相关值输出三次曲线。拟合曲线上的点作为构建的虚拟相关对输出,它们与已知相关器的输出一起进入之后的相关函数相关峰性形变监测部分处理。采用此种方法,不仅不会遗漏传统算法用到的待测量,而且能扩大待测量的样本空间。同时,该方法不会因为加入新的待测量产生误测。通过仿真发现,在使用3组相关对和Prompt相关器,且GPS卫星仰角较低时,该算法比传统算法更早监测到C/A码形变。     

BOC和BPSK信号的码跟踪性能比较

在导航接收机的伪距测量中,码跟踪精度起着重要作用,而码跟踪环路的性能由码鉴相器的鉴相曲线决定。本文首先介绍了BOC(1,1)信号的功率谱特性和自相关特性,然后通过仿真分析BOC(1,1)和BPSK(1)两种信号的非相干延迟锁定环的鉴相器输出和环路跟踪误差,得出两种信号在码跟踪性能上的差异。通过比较发现,BOC信号较BPSK信号在跟踪的鲁棒性和精度等方面具有显著优势。     

基于FPGA的GPS信号快速捕获方法实现

介绍了一种基于平均相关器的GPS信号快速捕获算法，通过VHDL语言描述在FPGA上实现了该算法。平均相关器是一种将输入的5000点GPS样本信号平均化为1024点样本，然后通过FFT方法实现GPS信号快速捕获的基带相关器。这种相关器可以一步搜索到所有可能的码相位偏移，大大提高了捕获速度，比较好地满足了实时处理的要求。     

双频接收机C／A码与P码伪距的精确比较

采用Matlab编制的精密伪距单点定位程序，利用IGS跟踪站的源数据，对P码和C／A码伪距精密定位的精度进行了比较和分析。     

GNSS导航信号的开环补偿多径抑制方法

多径的存在会给全球导航卫星系统的接收机带来较大的定位误差。因此,高精度的接收机须对多径信号进行抑制。针对目前常用的多径抑制方法的优缺点,提出了一种基于多门延迟和曲线拟合的多径抑制方法。该方法通过多门延迟来重塑伪码的自相关函数,用于找到直射信号的伪码真实位置和接收机码跟踪环路鉴别结果之间的偏差,进一步通过曲线拟合方法更加精确地计算出该偏差,最后将该偏差通过开环方法补偿给伪距计算,使得接收机在不改变环路跟踪性能和抗动态干扰性能的前提下实现定位性能的提升。仿真结果表明新算法在前端带宽的影响下对短、中长多径均能进行有效地抑制。      

A multi-technique approach for characterizing the SVN49 signal anomaly, part 2: chip shape analysis

Due to a satellite internal reflection at the L5 test payload, the SVN49 (PRN1) GPS satellite exhibits a static multipath on the L1 and L2 signals, which results in elevation-dependent tracking errors for terrestrial receivers. Using a 30-m high-gain antenna, code and carrier phase measurements as well as raw in-phase and quadrature radio frequency samples have been collected during a series of zenith passes in mid-April 2010 to characterize the SVN49 multipath and its impact on common users. Following an analysis of the receiver tracking data and the IQ constellation provided in Part 1 of this study, the present Part 2 provides an in-depth investigation into chip shapes for the L1 and L2 signals. A single reflection model is found to be compatible with the observed chip shape distortions and key parameters for an elevation dependent multipath model are derived. A good agreement is found between multipath parameters derived independently from raw IQ-samples and measurements of a so-called Vision Correlator. The chip shapes and their observed variation with elevation can be used to predict the multipath response of different correlator types within a tracking receiver. The multipath model itself is suitable for implementation in a signal simulator and thus enables laboratory testing of actual receiver hardware.     

Weighted discriminators for GNSS BOC signal tracking

Modern Global Navigation Satellite System including Galileo and GPS III will employ multiplexed binary offset carrier (MBOC) modulation to achieve spectrum separation and enhanced tracking performance. A challenge of the MBOC or BOC signal tracking is the presence of ambiguities due to multiple sidepeaks of the autocorrelation functions. Several different techniques including multi-correlator and double estimator schemes have been proposed to address the ambiguity issue. We propose a class of ambiguity-free code tracking techniques by exploiting the unique features of the BOC modulation. In the proposed architecture, the incoming BOC-modulated signals are correlated with BOC-modulated replica and the spreading codes, respectively. Through a multiplicative combination strategy of the two correlator outputs, a noncoherent weighted discriminator is formed and shown to possess the ambiguity-free property. The multipath effect is assessed and compared with existing early-minus-late power and autocorrelation sidepeak cancellation technique discriminators. The noise effects of the theory and simulation are also discussed. In order to further verify the proposed scheme, a set of field data of a Galileo in-orbit validation satellite is collected and processed. It is demonstrated that the proposed method is simple to implement, free from ambiguities, and yields acceptable performance in the presence of multipath and noise.     

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。