高動態(tài)GNSS接收機(jī)載波跟蹤的性能研究.pdf

1、目前，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)已經(jīng)滲透到世界各國的諸多領(lǐng)域中，成為一種提供全天候?qū)Ш蕉ㄎ环?wù)的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。GNSS具有廣闊的應(yīng)用前景與巨大的產(chǎn)業(yè)化效益，各航天大國都在極力研制和推廣各自的導(dǎo)航接收機(jī)。然而，在航空、航天與導(dǎo)彈制導(dǎo)等應(yīng)用領(lǐng)域，衛(wèi)星信號的多普勒頻移及其變化率非常大，傳統(tǒng)的載波跟蹤環(huán)路難以承受由高速運(yùn)動帶來的動態(tài)應(yīng)力，極易失鎖，接收機(jī)無法工作。本文擬解決高動態(tài)環(huán)境下接收機(jī)載波跟蹤環(huán)路的性能優(yōu)化與魯棒性設(shè)計等問題，為我國

2、高動態(tài)GNSS導(dǎo)航接收機(jī)的研制提供一定的理論基礎(chǔ)。
　　本文首先介紹GNSS的系統(tǒng)構(gòu)成與接收機(jī)組成原理，其次構(gòu)建高動態(tài)GNSS信號模型并產(chǎn)生基帶中頻信號源，然后闡明了傳統(tǒng)跟蹤環(huán)路對動態(tài)應(yīng)力的局限性和基于信號參數(shù)估計理論的跟蹤環(huán)路。最后，針對接收機(jī)的高動態(tài)運(yùn)動模型，將卡爾曼濾波理論與粒子濾波理論引入環(huán)路的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以突破傳統(tǒng)跟蹤環(huán)路性能上的局限，提出幾種適用于高動態(tài)環(huán)境的載波跟蹤環(huán)路。本文的主要工作可以概括如下:
　　(1)為

3、解決傳統(tǒng)環(huán)路中帶寬必須在動態(tài)應(yīng)力與跟蹤精度間折中的矛盾，對最優(yōu)帶寬優(yōu)化算法展開研究，提出了一種基于強(qiáng)跟蹤自適應(yīng)濾波(ASTF)的高動態(tài)載波跟蹤環(huán)路，并設(shè)計兩種實現(xiàn)結(jié)構(gòu):帶鑒別器的閉環(huán)結(jié)構(gòu)與參數(shù)估計結(jié)構(gòu)。通過對ASTF環(huán)路的性能分析，推導(dǎo)閉環(huán)結(jié)構(gòu)與鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)等效性，證明強(qiáng)跟蹤機(jī)制帶來的穩(wěn)態(tài)帶寬調(diào)整能力，最后探討參數(shù)估計結(jié)構(gòu)與閉環(huán)結(jié)構(gòu)的性能差異。
　　(2)針對ASTF環(huán)路在處理非線性觀測模型時求解雅各比矩陣帶來的跟蹤精度降低與算法

4、復(fù)雜度高的問題，在平方根無跡卡爾曼濾波中引入基于新息協(xié)方差的自適應(yīng)漸消因子，提出了一種基于自適應(yīng)平方根無跡卡爾曼濾波(ASRUKF)的高動態(tài)載波跟蹤環(huán)路，并設(shè)計其參數(shù)估計的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。由于UT變換的逼近精度達(dá)到了二階以上，ASRUKF環(huán)路的跟蹤精度較ASTF更高。
　　(3)基于貝葉斯最優(yōu)估計與粒子濾波理論，提出了一種基于高斯粒子濾波(GPF)的高動態(tài)載波跟蹤環(huán)路，設(shè)計了相應(yīng)的環(huán)路實現(xiàn)方案，并對其進(jìn)行性能分析。為解決GPF對初始值敏