高灵敏度GNSS跟踪关键技术研究

【摘要】：近来,高灵敏度接收技术作为民用导航领域的代表,其应用范围越来越广。高灵敏度环境中,由于受到遮挡,接收信号功率衰减、多径、射频干扰等因素对信号捕获和稳定跟踪提出了极大挑战。本文旨在研究高灵敏环境中的载波跟踪和扩频码跟踪问题。 本文针对高灵敏度环境下载体动态模型,对接收到的卫星信号进行深入分析,提出了基于动态补偿FFT的载波跟踪技术,并分析比较了几种多径抑制方法,论文的主要工作包括以下几方面： (1).从GNSS信号的接收模型出发,介绍了传统L1 C/A码的自相关和互相关特性以及高灵敏度环境下信号跟踪所面临的问题；分析了GNSS接收机的各种误差来源,推导了晶振的误差模型,并给出了模拟产生接收机晶振频率误差序列的详细方法。 (2).针对高灵敏度环境下GNSS信号载波跟踪问题,从基本锁相环数学模型出发,给出经典载波跟踪技术FLL和PLL的各种噪声来源,通过分析并比较两者性能得知载波跟踪门限由FLL决定,且FLL也无法满足高灵敏度的应用需求；在分析推导最大似然估计与频域DFT对应关系的基础上,重点讨论了基于动态补偿FFT的载波跟踪技术,并给出了不同动态条件下的性能仿真结果。 (3).针对高灵敏度环境下GNSS信号码跟踪问题,分析比较了点积和早迟功率两种DLL鉴别器的鉴相增益和线性鉴相特性,阐述了影响扩频码跟踪误差的因素,包括热噪声、动态应力以及多径误差；针对多径信号引起的码跟踪误差,比较了窄相关和ELS两种多径误差抑制方法的性能。 (4).给出了高灵敏度GNSS接收机的实现方案,描述了相关数字信号处理流程和策略；针对当前受到广大学者重视的GNSS现代化计划,介绍了L2C、L5和BOC信号的相关特点及其在高灵敏度应用具有的优点。