gnss載波環(huán)輔助碼環(huán)的機(jī)理

《gnss載波環(huán)輔助碼環(huán)的機(jī)理》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、GNSS載波環(huán)輔助碼環(huán)的機(jī)理隨著各國對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重視，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的技術(shù)得到了很大的發(fā)展。各種形式的接收機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，其影響已經(jīng)滲透到社會各個領(lǐng)域。高動態(tài)GNSS接收機(jī)在航空、航天等領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越多，比如導(dǎo)彈制導(dǎo)，航天器的測姿定位等。由于該技術(shù)涉及到軍事敏感領(lǐng)域，國外的高動態(tài)GNSS接收機(jī)技術(shù)很少公開。因此，自主研發(fā)基于高動態(tài)的GNSS接收機(jī)是非常有意義的。高動態(tài)接收機(jī)設(shè)計的主要難點就是載波環(huán)和偽碼環(huán)的跟蹤算法。在常規(guī)跟蹤環(huán)路中，為了能夠承受高動態(tài)應(yīng)力，需要采用階數(shù)高的環(huán)路，而且環(huán)路帶寬需要設(shè)得寬些。但由于大帶寬會引入更多的噪聲，使接收機(jī)的定位精度下降，因此兩者很

2、難同時兼顧。在GNSS接收機(jī)中，偽碼跟蹤環(huán)從理論上分析，其跟蹤性能要比載波環(huán)要好很多，而且采用載波環(huán)輔助的方式，所以高動態(tài)應(yīng)力對于碼環(huán)來說不是大的問題。在GNSS接收機(jī)中，承受高動態(tài)應(yīng)力的主要是載波環(huán)，而不是碼環(huán)。所以本文主要分析GNSS接收機(jī)中的載波環(huán)在承受高動態(tài)應(yīng)力時的性能。GNSS接收機(jī)中的載波環(huán)用于跟蹤輸入信號，并提供精確的載波相位測量。載波環(huán)的跟蹤性能和測量精度受到很多因素的影響，比如信噪比，動態(tài)應(yīng)力，接收機(jī)頻率顫動以及阿倫方差。在所有這些因素中，熱噪聲和動態(tài)應(yīng)力是影響載波跟蹤的最主要因素。目前的數(shù)字GPS接收機(jī)中，對于相同的環(huán)路濾波器噪聲帶寬，載波環(huán)抖動的噪聲低于碼

3、環(huán)大約3個數(shù)量級，因此，接收機(jī)中普遍通過載波輔助DLL，使載波輔助碼跟蹤的應(yīng)用將動態(tài)應(yīng)力負(fù)擔(dān)加在了載波跟蹤環(huán)上，降低了碼環(huán)濾波器階數(shù)，同時DLL不需要跟蹤所有的動態(tài)，使得非常窄的噪聲帶寬DLL進(jìn)行最精確的偽距測量，提高了導(dǎo)航定位的精度。但由于碼和載波必須保持同時跟蹤，以便接收機(jī)通道能夠工作，所以碼載波輔助并不改善GPS接收機(jī)的抗干擾性。在無輔助的GPS接收機(jī)中，載波環(huán)通常是弱鏈接。為了提高GPS接收機(jī)的抗干擾能力，一般采用外部導(dǎo)航輔助增強(qiáng)技術(shù)，對GPS接收機(jī)的載波跟蹤環(huán)提供速度輔助，以允許載波環(huán)濾波器噪聲帶寬從18Hz降至2Hz，保持與碼跟蹤環(huán)的相同，如圖接收機(jī)處理器基帶碼和載

4、波跟蹤環(huán)碼環(huán)和載波環(huán)跟蹤技術(shù)是在數(shù)字GPS接收機(jī)通道和接收機(jī)處理器中實現(xiàn)，在數(shù)字GPS接收機(jī)通道和接收機(jī)處理器中，通過外部導(dǎo)航（如慣導(dǎo)系統(tǒng)）向載波跟蹤環(huán)提供速度輔助，再由載波跟蹤環(huán)向碼跟蹤環(huán)提供輔助，從而使GPS接收機(jī)的抗干擾能力增強(qiáng)。GPS接收機(jī)的碼環(huán)和載波環(huán)的抗干擾特性是通過窄的碼環(huán)和載波跟蹤環(huán)濾波器帶寬及接收機(jī)的預(yù)檢測帶寬來改進(jìn)，以減少帶寬降低通道的動態(tài)范圍。載波環(huán)跟蹤機(jī)理1.在信號接收端，如果接收機(jī)內(nèi)部能同時復(fù)制出相應(yīng)的載波與偽碼信號，并且兩者又分別與接收到的該衛(wèi)星信號中的載波和偽碼保持同步與一致，那么復(fù)制載波與接收信號進(jìn)行混頻可以實現(xiàn)載波剝離及將信號下變頻到基帶，而復(fù)

5、制碼與接收信號進(jìn)行相乘可以實現(xiàn)偽碼剝離及信號解擴(kuò)，這時在接受信號中剩下的便只是數(shù)據(jù)碼。在跟蹤信號的同時，接收機(jī)可以根據(jù)復(fù)制載波信號的參數(shù)獲得該衛(wèi)星信號的多普勒頻移和載波相位測量值，又可以根據(jù)復(fù)制偽碼的參數(shù)獲得該衛(wèi)星信號的碼相位和偽距測量值。2.由于衛(wèi)星與接收機(jī)之間的相對運動以及衛(wèi)星時鐘與接收機(jī)晶體振蕩器的頻率漂移等原因，接收到的衛(wèi)星信號的載波頻率和碼相位會隨時間的推移而變化，并且這些變化通常又是不可預(yù)測的，因而信號跟蹤環(huán)路一般需要以閉路反饋的形式周期性的連續(xù)運行，以達(dá)到對衛(wèi)星信號的持續(xù)鎖定。信號跟蹤環(huán)路實際上是由載波跟蹤環(huán)與碼跟蹤環(huán)兩部分組成，分別用來跟蹤接收信號中的載波與偽碼

6、。3.載波環(huán)的目的：盡力使其所復(fù)制的載波信號與接收到的衛(wèi)星載波信號保持一致，從而通過混頻機(jī)制徹底的剝離衛(wèi)星信號中的載波。若所復(fù)制的載波信號與接收到的衛(wèi)星載波信號不一致，則接收信號中的載波就不能被完全地剝離，也就是說接收信號不能下變頻到真正的基帶。并且，碼環(huán)所得的C/A碼自相關(guān)幅值也受到削弱。4.為徹底剝離數(shù)字中頻輸入信號中的載波，使其從中頻下變頻到基帶，載波環(huán)必定含有一個混頻器，并且它所復(fù)制的載波必須與輸入載波保持一致。如果載波環(huán)通過檢測其復(fù)制載波與輸入載波之間相位差異，然后在相應(yīng)的調(diào)節(jié)復(fù)制載波的相位，是兩者的相位保持一致，那么這種載波環(huán)的實現(xiàn)形式稱為相位鎖定環(huán)路；如果載波環(huán)通

7、過檢測其復(fù)制載波與輸入載波之間的頻率差異，然后在相應(yīng)的調(diào)節(jié)復(fù)制載波的頻率，是兩者的頻率保持一致，那么這種載波環(huán)的實現(xiàn)形式稱為頻率鎖定環(huán)路。5.碼環(huán)、載波環(huán)分別徹底的剝離了數(shù)字中頻信號中的C/A碼和載波后，尚留存在接收信號中的則是完整無缺的導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)比特為了將導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)比特通過BPSK機(jī)制解調(diào)出來并且在將一系列比特組成字，接收機(jī)在進(jìn)入信號跟蹤階段后還需要完成位同步和幀同步，只有找到了數(shù)據(jù)比特邊沿以實現(xiàn)位同步，接收機(jī)才能將接收信號一比特接著一比特的劃分開來。在實現(xiàn)位同步后，只有找到了子幀邊沿