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GNSS跟踪技术研究

唐李梅  
【摘要】:近年来,全球导航卫星系统(GNSS)在军事领域以及民用领域发挥的作用日益增强,GNSS的应用越来越广泛。随着应用环境越来越复杂多变,人们对GNSS软件接收机的性能要求不断提高,而传统的软件接收机已经难以满足实际的需求。因此,本文在传统软件接收机的标量跟踪基础上,深入研究了矢量跟踪技术。矢量跟踪技术是GNSS研究中一种先进的导航接收技术,是近几年的一个研究热点。与标量跟踪不同的是,矢量跟踪技术将传统软件接收机的跟踪部分和定位解算部分融为一体,将原来只在跟踪部分的环路扩大,联合各通道的测量值通过导航滤波器滤波估计得到位置速度等去反馈调节环路运转。矢量跟踪技术充分利用了通道相关性,使跟踪性能和定位精度得到提高。本文主要研究内容如下:首先对GNSS信号的组成与特点做了分析介绍,为跟踪技术的实现奠定了基础。同时阐述了导航定位原理,实现定位需要从跟踪部分获取解调的导航数据来计算卫星位置,以及需要伪码相位测量值来计算伪距值,明确了跟踪的目的。接着对传统软件接收机中的标量跟踪技术进行了研究。重点对锁相环的原理、载波环建立、码环建立做了详细的分析,并对锁频环和锁相环的误差输出进行了研究。由载波环和码环耦合的标量跟踪技术仿真可知,标量跟踪在一般情况下对GNSS信号跟踪能够满足需求。然后在标量跟踪基础上,联合跟踪和定位解算,使用延迟锁定环和锁频环建立了矢量跟踪模型,分析了导航滤波器——扩展卡尔曼滤波器在矢量跟踪上的应用,对矢量跟踪的状态方程和测量方程的建立进行了重点研究,并阐述了矢量跟踪流程。最后分析了矢量跟踪的性能。理论推导得出矢量跟踪中预测伪距误差方差在卫星数大于4时是小于标量跟踪的,通过实验仿真得到矢量跟踪相对于标量跟踪来说,定位精度更高,更适应高动态,具有快速重捕的能力,同时对干扰也有一定的抑制效果。


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