基于自适应凸联合的高动态频率估计方法研究

摘要

随着国防技术的飞速发展，精确打击武器逐步向飞行速度高、突防能力强、攻击范围广的方向发展。高动态环境使信号产生了较大的多普勒频移，最高可以达到几千赫兹。若使用普通接收机的载波锁相环，要想保持锁定，就必须增加环路滤波器的带宽，这样就会使宽带噪声窜入，当噪声电平增大到超过环路门限时，就会导致载波跟踪环失锁。一旦失锁，就会丢失距离和距离变化率的估计值。若不增加载波锁相环的环路带宽，则载波多普勒频移常常会超过载波锁相环的捕捉带，无法保证对载波进行连续可靠的捕获跟踪。如何在高动态环境下快速估计多普勒频率是卫星导航接收机迫切需要解决的问题。论文主要针对该问题展开研究。
　　 论文首先介绍了GPS信号的构成和GPS接收机的内部工作原理，并着重分析了GPS信号的跟踪环路。针对高动态环境，分析了多普勒频移对GPS接收机载波跟踪的影响，并在此基础上分析了传统的锁相环与锁频环跟踪方法在高动态环境下应用的局限性。为了克服传统方法的不足，有学者提出将锁频环辅助锁相环以及扩展卡尔曼滤波算法等应用于高动态环境下载波信号的跟踪当中。本文对这两种适用于高动态环境下的算法进行了详细的理论分析，并指出了它们的不足。
　　 鉴于此，本文提出将自适应凸联合算法引入到高动态多普勒频移的估计中，利用其完成高动态下载波多普勒频移的估计。首先详细介绍了自适应凸联合技术的基本原理，对现有的几种凸联合算法进行了一一介绍与仿真分析，并提出了改进的凸联合算法以进一步提高其性能；然后，对基于凸联合的频率估计算法进行了详细的理论推导，并通过仿真进行了验证；最后，本文将凸联合频率估计技术应用于高动态频率估计中，设计了仿真环境验证了该方法的可行性。