高动态软件接收机信号的跟踪

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1、高动态软件接收机信号的跟踪1软件接收机接收机是全球导航定位系统(GPS)用户端的主要设备；军事和民间GPS设备由于与新的GPS不兼容，必须改变原来的硬件结构才能适应；将软件无线电技术应用于GPS，只需通过改动GPS接收机的软件和固件，即可增加GPS新的频段功能，满足GPS软件接收机的升级要求；随着软件无线电技术的发展，软件接收机由于其灵活、可扩展、经济等优点成为当前的研究热点。GPS软件接收机对射频信号下变频后得到的中频信号进行的捕获、跟踪和导航解算处理都是通过软件实现。相比传统的硬件接收机，软件接收机可以只通过改变程序来开发和验证新的捕获、跟踪和定位算法

2、；可以随意改变码和载波跟踪环路带宽使其性能达到最佳。随着处理器性能的不断提高，软件接收机会得到越来越广泛的应用。跟踪环路技术是设计GPS接收机的关键，目前国外的一些文献资料都对跟踪环路设计进行了简单的介绍，也给出了简单的设计方法，但由于这类技术比较敏感，尤其是高动态跟踪环路设计方法，其内部的细节参数都是不公开的。GPS接收机的实时动态性能、定位精度以及功能的丰富性与其所选用的CPU性能有很大关系。具有较大动态范围的接收机的实时运算量大、、刷新速度高，对微处理器提出了更高的要求，即接收机应具有较高的数字信号处理能力。DSP芯片具有适合于数字信号处理的软件和硬

3、件资源，它运算速度快、接口方便、编程方便、稳定性好、精度高、集成方便、可用于复杂的数字信号处理算法。利用接收机原始的伪距和伪距变化率进行GPS/INS组合算法和抗多径算法及设计新的载波跟踪环路等，提高接收机的抗干扰和动态性能及定位精度。高动态GPS接收机关键在于信号处理模块具有快速捕获功能和较大的捕获、跟踪带宽。动态GPS接收机关键技术研究[4]：a实时有效的GPS星的历书的推算；b时钟特性对高动态接收机的动态性能影响的研究：时钟特性(频率飘移和老化率)对高动态接收机的动态性能有较大的影响，在高动态接收机中必须予以考虑并尽量消除之，其中，频率飘移的消除大约

4、可以使冷启动时间缩短60s。c高加速度下的载波跟踪环路的研究：为检测高动态GPS信号，需要设计码环及载波环的捕获与跟踪数字系统。在高动态下，在GPS信号的码跟踪和载波捕获与跟踪问题中解决在高加速度下的载波跟踪问题具有十分重要的意义，需设计出具有较大动态范围的载波跟踪相关算法。d辅助跟踪环路的设计：信号一旦非正常失锁如何快速重新捕获，还必须结合GPS星历进行辅助跟踪环路的设计。e冷启动算法的设计。2GPS信号跟踪GPS信号的捕获与跟踪是软件接收机的核心部分；捕获算法中，并行码频域搜索算法由于其无可比拟的速度优势已成为经典算法；跟踪算法在环路鉴相器以及环路参数

5、的选择上却很灵活，参数的设计准则；环路参数的对比研究[1]，比较码环与载波环不同鉴相器的性能，然后对二阶锁相环中不同环路参数设置下的跟踪效果进行仿真分析，最后设计了合适的码环与载波环路，并用实际采集的GPS数据论证了所设计环路的有效性，为GPS软件接收机跟踪环路的设计提供了参考。2.1GPS跟踪基本原理2.1.1数学原理GPS信号跟踪是利用捕获到的粗略码相位和载波多普勒频移实现本地信号与输入信号的准确同步，从而提取出导航电文。2.1.2跟踪环路A码跟踪环路码跟踪环路用于保证精确对准输入信号C/A码的位置。通常使用一种延迟锁相环DLL（delaylocked

6、loop），也称码超前-滞后跟踪环路。在该环路中，伪码发生器产生超前（E）、即时（P）和滞后（L）3路信号，它们各相差0.5个C/A码元，分别与去载波后的输入信号进行相关，通过观测这3路相关值来判断本地C/A码的前后移动。为了降低跟踪环路对本地载波相位对准程度的要求，码环通常设计成I、Q两路正交形式。DLL环路需要鉴相器产生反馈来判断本地码发生器是否需要调整，常用的码环鉴相器及其性能如下：1）相干鉴相器(IE-IL)是最简单的码鉴相器，无需Q支路，但对载波环路要求很高。2）非相干鉴相器①超前减去滞后能量，中等计算量，在±(1/2)个码元内与相干鉴相器性能相

7、同；②超前减去滞后能量的归一化，计算量大，当码片误差超过1/2个码元时性能良好，可用于DLL对含较大噪声信号的跟踪；③IP(IE-IL)+QP(QEQL)：点积，计算量小，用了所有支路。B载波跟踪环路载波环使用一种对180°相位跳变不敏感的Costas环来保证对输入信号载波相位的精确跟踪。2.1.3二阶锁相环DLL环和Costas环都可以用一个线性的相位锁定环路模型来分析其性能。该模型即二阶锁相环。由上述分析可知：设定环路的BL、ζ和增益k0kd这3个参数即可得到环路的传递函数，进而得到整个环路信息。2.2GPS跟踪基本算法2.2.1环路参数对跟踪效果的影

8、响为分析环路参数对跟踪效果的影响，必须用特定的GPS信号跟踪仿真。