Cn频段导航信号相噪特性与载波跟踪算法研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院国家授时中心) | 被引量 : 0次 | 上传用户:lichong0324
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Cn频段(5010~5030MHz)是受国际电联保护的导航频段,也是转发式卫星导航试验系统的试验频段之一。相比L频段,Cn频段信号频率更高,受电离层影响小,载波相位测量精度高;但自由空间损耗更大,落地电平更低,相同动态条件对接收机动态性能的挑战更大。基于上述需求,本文开展了Cn频段导航信号载波相位测量精度的分析和载波跟踪算法的研究。主要研究内容如下:(1)研究了相位噪声机理及其生成方法。在给定接收机本振噪声系数的条件下,基于相位噪声的幂律谱模型,研究对应振荡器离散噪声序列的生成方法。仿真结果验证了利用FIR滤波器进行相位噪声离散数据生成方法的正确性。(2)分析了相位噪声对Cn频段导航信号载波相位测量精度的影响。研究了输入端和载波NCO端相位噪声对环路跟踪抖动的影响,针对频率白噪声和频率随机游走噪声所引起的环路相位抖动,分别分析了环路噪声带宽、相干积分时间对其产生的不同影响。研究结果表明:相比输入端相位噪声,载波NCO产生的相位噪声对环路稳定性的影响更大;频率白噪声和频率随机游走噪声所引起环路的相位抖动随噪声带宽先递减后递增,随相干积分时间递增。(3)针对Cn频段接收机动态性能要求高的问题,提出了基于渐消卡尔曼滤波的二阶FLL辅助三阶PLL的高动态载波跟踪改进算法,并通过JPL模型验证算法在高动态环境下的性能。仿真结果表明:相比传统的二阶FLL辅助三阶PLL算法,提出的改进算法在环路多普勒频率、相位抖动均方误差等性能指标上均有不同程度的改善,且在低载噪比条件下,算法改善效果更加明显。(4)针对Cn频段信号衰减大、落地电平较低的问题,提出了基于渐消因子的自适应卡尔曼滤波的弱信号载波跟踪算法,并在行人级、车辆级动态场景下分析了算法的跟踪精度和灵敏度。仿真结果表明:相比二阶FLL辅助三阶PLL,该算法跟踪精度和灵敏度更优,且能够在载噪比为28d B-Hz的动态场景下持续稳定跟踪。
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