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低信噪比和高动态环境是影响GPS(Global Positioning System)接收机成功捕获和跟踪的两个主要因素。为了提高接收机在低信噪比和高动态环境下的捕获和跟踪性能,本文对基于INS(Inertial Navigation System)辅助的GPS接收机捕获和跟踪技术,从理论和实践两个方面进行了深入的研究。主要研究工作包括以下几个方面:1.分析了影响捕获性能的主要因素:频率估计误差和码相位估计误差、相干累积时间以及单次判决算法和多次判决算法。为提高在低信噪比环境下信号捕获性能,采用增加相干累积时间和多次判决算法的策略:针对高动态运动产生多普勒频率使信号捕获时间变长的问题,采用INS辅助接收机捕获的方法,减弱载体相对于卫星运动产生多普勒频率的影响,有效减少接收机冷启动、温启动和热启动的平均捕获时间,提高捕获性能。2.分析并选择了适应于低信噪比环境下的码延迟锁定环(Delay Lock Loops,DLL)鉴别器(超前减滞后鉴别器)和载波锁相环(Phase Lock Loops,PLL)鉴别器(二象反正切鉴别器):基于最优闭环传递函数,设计了二阶和三阶跟踪环数字环路滤波器的参数;对接收机跟踪坏误差源(热噪声误差、振荡器稳定性误差和动态应力误差)进行分析可知:热噪声误差和动态应力误差是接收机的主要误差,且它们对环路带宽的要求是矛盾的。为了在满足高动态要求的条件下,并尽量减小热噪声的影响,设计了接收机载波跟踪环的最优环路带宽。为了进一步减弱高动态引起的多普勒频率的影响,同时减小跟踪环路带宽,提高抗干扰性,采用INS对载波环进行辅助的方法,设计了INS辅助载波环的结构,分析了INS辅助载波环的最小环路带宽。3.采用静态数据和高动态仿真数据对基于INS辅助的接收机进行捕获和跟踪实验验证。静态实验结果表明:基于GPS软件接收机设计的捕获和跟踪环路能够满足捕获和跟踪信号的要求;在低信噪比环境下,采用增加相干捕获时间和减小跟踪环路带宽的方法可分别提高接收机的捕获和跟踪性能:设计的最优环路带宽的跟踪环路是可行的。高动态仿真实验结果表明:三阶跟踪环路和INS辅助的二阶跟踪环路可满足加速度为10g、加加速度为10g/s的高动态要求;INS辅助的三阶环路可满足加速度为100g、加加速度为100g/s的高动态要求。