高动态环境下极低谱密度GNSS信号的跟踪技术研究

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全球卫星导航系统(GNSS)具有重要的军事地位,受到了各国的高度重视。卫星导航技术无论在军事还是在民用领域都已经取得了广泛的应用.GNSS应用的关键在于其接收设备,而跟踪模块是接收机设计的关键部分,同时也是GNSS接收机的技术难点。   本文主要研究GNSS接收机中的跟踪技术,首先详细介绍了载波跟踪环和码跟踪环的基本原理及环路组成。其中,载波跟踪环详细介绍了Costas锁相环(PLL)及锁频环(FLL),并分析了各环路的噪声误差及动态应力特性:码跟踪环采用一阶的变带宽延迟锁定环(DLL)来实现,且详细介绍了码的多普勒效应及码的采样和定时恢复问题。   本文仿真实现了对GPS及GLONASS系统导航信号的跟踪,鉴于软件接收机具有较好的灵活性,本文采用了基于软件实现的跟踪方案,该方案将信号的跟踪过程分为五个状态:初始状态、宽带锁频环、窄带锁频环、锁频环辅助锁相环、锁相环状态,利用状态判决器来控制跟踪状态之间的逐步转换,从而实现对信号的稳定跟踪,通过仿真说明,在低动态环境下该跟踪方案具有可行性。   对于在高动态环境中的信号跟踪,本文采用2阶FLL与3阶PLL级联的结构,分别采用两个独立的载波发生器,构成两个独立的环路。该结构充分利用了FLL较好的动态特性和PLL精确跟踪相位的特性,环路的第一级采用锁频环,可以在比较大的初始频偏下快速跟踪载波频率,并且在高动态环境中,降低频率的动态变化阶数,经第一级锁频环跟踪后输出的信号已经变成一个低动态信号,此时利用第二级的锁相环对载波的相位进行高精度的跟踪,通过仿真说明,该方法不但具有比2阶FLL更高的动态特性,而且能够实现精确的相位跟踪。   文章最后给出了定点化仿真结果及定点化带来的性能损失。
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