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《东南大学》 2016年
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高灵敏度GPS跟踪基带设计

瞿晓  
【摘要】:全球定位系统(Global Positioning System, GPS)已经成为当前世界应用最广泛的卫星导航定位系统。随着导航服务需求的增加,在室内、城市街道、森林等微弱信号环境中,接收机性能越来越受到挑战,尤其在极弱信号环境,普通GPS接收机无法正常、精确地运行。因此高跟踪灵敏度GPS接收机的关键技术研究显得尤为重要,其中高灵敏度GPS跟踪基带的设计成为研究的重点和难点。为提升跟踪灵敏度,本文在GPS原理的基础上,采用长相干积分方案有效地抑制噪声影响,同时长相干积分带来的频差损耗成为了核心难点。为了解决频差损耗,提升跟踪灵敏度、精度与动态性能,本文提出了基于加速度锁定环路的高灵敏度GPS跟踪算法(ALL_HST),针对载波环和码环,算法的工作分为两部分:(1) 基于加速度锁定环路的高灵敏度载波跟踪算法(ALL_HSCAT)。针对频差损耗,建立了载波信号的长相干积分数学模型,从二阶频率和三阶加速度层面对频差损耗进行定量分析。引入加速度补偿与频率补偿机制来抑制频差损耗,基于二维插值算法精确鉴频、鉴加速度,并通过二阶ALL辅助三阶FLL滤波器反馈回载波NCO,构建出ALL辅助FLL的新载波环路结构,使得载波环具有三阶加速度适应能力,有效解决了频差损耗问题,提高灵敏度与动态性能,使得载波跟踪灵敏度提升至-166dBm。(2) 基于频率补偿的高灵敏度码跟踪算法(FC_HSCOT)。针对于码环特点,采用载波环辅助码环的方式解决动态性能问题;采用基于频率补偿的相干积分与非相干积分相结合的方式解决频差损耗,提高信噪比增益;采用噪声独立的码鉴相器实现鉴相,提升精度,使得码跟踪灵敏度提升至与载波环相适应。本文提出的ALL_HST算法采用ALL辅助FLL的新型环路结构,相比于传统的非相干积分锁相环路、矢量跟踪环路和基于FFT的频率锁定环路等跟踪算法具有更高的跟踪灵敏度。最后,基于所提出的ALL_HST算法,设计实现了GPS跟踪基带,包括硬件电路设计和软件设计,并在FPGA功能验证平台和GPS模拟器环境下进行跟踪性能实测与对比,对比结果表明:本文设计的高灵敏度GPS跟踪基带的跟踪灵敏度为-166dBm,达到了业界领先的U-Blox最新商用GPS芯片NEO/LEA-M8的水平,比课题组前人成果提高了3dB,且优于对比论文;同时,跟踪精度在弱信号情况下优于课题组前人成果,动态性能明显优于对比接收机,达到设计要求。
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P228.4

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【参考文献】
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