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《中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心)》 2008年
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高动态GPS信号跟踪算法研究

左启耀  
【摘要】: GPS是目前应用最广泛的一种卫星导航系统,在定位、导航领域发挥着重要的作用。在高动态环境下,载体高速、高加速度运动引起的多普勒效应给GPS信号的捕获、跟踪和定位带来了挑战,这一直是GPS接收机算法研究中关注的问题。本文主要针对高动态应用环境,研究跟踪环路的优化方法和低轨卫星这种特定的动态环境下载波跟踪的方法。 本文首先介绍了GPS系统的原理及其应用,详细综述了GPS信号的捕获方法和GPS信号的跟踪环路——PLL、FLL和DLL的原理、性能,并且分析了高动态环境给GPS信号跟踪带来的各方面问题和困难。在此基础上,对以下几个方面进行了深入研究: (1)以降低GPS接收机测量中的热噪声误差和动态应力误差为目的,研究了跟踪环路优化的问题。分析了码跟踪环路在动态环境下的跟踪性能,提出一种同时调节环路阶数和带宽的环路优化策略。优化策略中涉及了视距动态实时检测算法,根据检测到的视距动态来调节环路阶数,以减少来自动态应力误差的影响;优化策略中还涉及了在动态环境下根据测量误差最小原则实时调整环路噪声带宽算法的具体实现。 (2)研究了应用自适应Kalman滤波原理来实现高动态信号跟踪的问题。设计了一种4状态线性系统模型,提出了利用单个Kalman滤波器实现高动态GPS信号跟踪环路的策略。在应用Kalman滤波原理的同时,为保证跟踪的稳定、获得良好的跟踪精度,采用改进的Sage算法来实时估计系统中的噪声统计特性,采用强跟踪的自适应策略来实时调整系统功率矩阵参数。 (3)针对低轨卫星这种特定对象及其特定的运动动态环境,研究了多普勒频移辅助载波环路跟踪的问题。基于卫星轨道可模化、可预测的特性,提出了利用轨道预报得到的多普勒频移来辅助环路跟踪的新方法。该方法有效降低了跟踪中的动态,从而在跟踪过程中可以采取减小跟踪带宽、降低环路阶数、增加预检测积分时间这几种措施来提高环路跟踪弱信号的能力。 为分析算法的性能,利用高性能GPS信号仿真器对算法进行了测试,同时根据GPS信号的生成原理,也在MATLAB环境下对高动态GPS信号进行了仿真,并用于对算法的测试。两种仿真测试结果都表明,本文提出的几种算法性能稳定、良好。 本文的研究结果对星载、弹载高动态接收机的性能优化提供了算法基础,对某些特定的应用场合下卫星导航接收机的研制具有现实应用价值。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:P228.4

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【引证文献】
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1 朱江华;鲍其莲;;高动态环境下GPS信号处理与分析[J];电子测量技术;2011年01期
2 周雄林;刘波;肖勇;程剑;;基于可变增益的码跟踪环路优化设计[J];军事通信技术;2013年01期
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2 贺瑞;高动态GNSS接收机跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
3 郑奎;微弱GPS信号的跟踪方法研究[D];中国科学院研究生院(国家授时中心);2012年
4 刘娜;基于自适应凸联合的高动态频率估计方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
【参考文献】
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【共引文献】
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6 王圣洁;康凤举;韩翃;;AUV组合导航半实物仿真系统关键技术研究[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
7 郭建军;谢攀;刘娟;崔海英;;基于联邦滤波的远程AUV组合导航方法研究[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
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9 王海红;郑晋军;何善宝;初海彬;韩治刚;李长江;;基于上注星历导航卫星分布式自主定轨系统[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
10 刘俊宏;谷德峰;赖育网;易东云;;单通道测量条件下的DORIS实时定轨方法研究[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
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2 夏全喜;车载组合导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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10 丁继成;弱信号条件下GPS接收机关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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1 孟培培;基于3S的土地督察信息系统研究[D];山东科技大学;2010年
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3 郭静;光纤陀螺捷联系统运动基座对准方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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5 苑海静;船用MEMS航姿测量系统算法研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 马汉增;微惯性组合惯导系统技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 张仁丹;船舶航迹控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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10 闫超;超紧SINS/GPS组合导航系统技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
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1 江兴;;中国首套自主产权GPS芯片组诞生[J];半导体信息;2007年01期
2 章从福;;中科院CMOS GPS芯片研发成功[J];半导体信息;2008年01期
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9 朱云龙;杨东凯;柳重堪;;一种用于高动态GPS频率估计的滤波算法[J];北京航空航天大学学报;2009年01期
10 孙礼,王银锋,何川,张其善;GPS信号捕获与跟踪策略确定及实现[J];北京航空航天大学学报;1999年02期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 姜毅;GNSS接收机高性能跟踪与捕获环路算法研究[D];大连海事大学;2010年
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1 赵彦雷;FH/DS混合系统信号同步技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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【二级引证文献】
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1 李源明;张波;李署坚;张彦仲;;GPS软件接收机中一种新的弱信号捕获算法[J];电子测量技术;2012年11期
2 王亚平;龚华军;甄子洋;;基于ARM的GPS/BD2组合接收机设计与实现[J];电子测量技术;2012年12期
【二级参考文献】
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10 王伟,张廷新,史平彦;高动态环境下GPS信号跟踪算法综述[J];空间电子技术;2000年01期
【相似文献】
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1 杨小江;毛峡;王鹏飞;;基于FPGA的高动态GPS信号FFT快捕设计与实现[J];电子测量技术;2007年08期
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7 记者 张玮炜;全市出租车将免费安上GPS[N];大连日报;2009年
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9 王涛;国测一大队出征西部开展GPS联测[N];中国测绘报;2009年
10 本报记者 宋轩;美国GPS:加速迈向第三代[N];解放军报;2009年
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1 左启耀;高动态GPS信号跟踪算法研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2008年
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3 廖炳瑜;星载双频软件GPS接收机研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2005年
4 李平;智能GPS天线系统中的若干关键技术研究[D];西安电子科技大学;2007年
5 陈伟;基于GPS和自包含传感器的行人室内外无缝定位算法研究[D];中国科学技术大学;2010年
6 唐康华;GPS/MIMU嵌入式组合导航关键技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
7 田世君;高灵敏度GPS定位及组合导航技术研究[D];电子科技大学;2009年
8 宋洪涛;GPS接收机抗干扰技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 白雪;基于农田特征的车载GPS运动模型辨识及定位误差研究[D];江苏大学;2011年
10 田云锋;GPS位置时间序列中的中长期误差研究[D];中国地震局地质研究所;2011年
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1 王怀;高动态GPS接收机的研究和硬件实现[D];北京邮电大学;2010年
2 耿丽红;基于GPS的车速监测系统校准方法研究[D];天津理工大学;2010年
3 王晨晶;基于FFT快捕算法的GPS接收机相关器设计[D];南京理工大学;2010年
4 熊芝兰;INS/GPS组合滤波方法研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
5 王小冬;卡尔曼滤波在卫星导航中的应用研究[D];大连海事大学;2008年
6 茹书山;基于SINS的GPS信号多普勒频移分析及相关技术研究[D];上海交通大学;2011年
7 黄昆学;GPS激光测距系统的算法研究及实现[D];山东科技大学;2010年
8 刘皓;GPS测量数据后处理方法研究[D];天津理工大学;2010年
9 李玲;基于GPS的车辆定位监控系统的研究[D];天津大学;2010年
10 郭玲娟;GPS/GPRS技术在武警作战指挥辅助决策系统中的应用研究[D];西安电子科技大学;2010年
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