卫星导航接收机中载波相位周跳抑制技术研究

摘要

随着全球导航定位系统的发展，对导航接收机定位精度的要求越来越高。在高精度接收机中，通常使用载波相位测量值进行定位。然而，如果载波相位的测量结果发生了整周跳变，就会降低载波相位的测量精度，影响接收机的定位精度。为了探究载波相位周跳的产生机理，研究如何通过设计载波跟踪环路来降低接收机发生相位跳变的概率，本文从下面四个方面展开研究：
　　（1）介绍载波相位定位的基本原理，引出载波相位周跳的定义。介绍三种常用的载波跟踪模型，分别导出其环路噪声带宽的解析表达式；以二阶锁相环为例，利用环路相位误差的微分方程，分析载波环路发生相位周跳的内在原因。最后，对几种常用的载波相位周跳评估指标进行介绍。
　　（2）对传统纯锁相环相位整周跳变的分析模型进行扩展，使之适用于在导航接收机中广泛使用的 Costas锁相环，并推导出鉴别器误差的概率密度函数；根据马尔科夫链中的随机游走理论，求得基于二象限反正切鉴别器的一阶、二阶和三阶 Costas锁相环的环路平均周跳时间公式，通过数值仿真对理论公式进行求解，结合蒙特卡洛仿真对理论值加以论证。
　　（3）提出一种以环路平均周跳时间为目标函数的Costas环路参数优化方法。分别在多普勒频率变化率为0 Hz/s和2.5 Hz/s两种情况下，对二阶和三阶锁相环的周跳性能进行了分析，对比不同环路参数对平均周跳时间的影响，从而对环路参数进行优化。此外，还以二阶环为例，分析了环路抖动方差值和平均周跳时间受环路参数影响的差异。
　　（4）提出一种基于相位误差限幅和相位误差累加值限幅的载波相位周跳抑制方法。仿真结果表明，该方法在无环路动态的条件下，可以使环路周跳概率降低约67％；在多普勒频率为恒定值时，可以使环路周跳概率降低约38%；但是在多普勒频率变化率不为零时，改进前后环路发生周跳的概率并无显著差别。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要工作

第二章 载波相位周跳的分析模型与评估指标

2.1 概述

2.2 载波相位周跳的概念

2.3 载波跟踪环路周跳分析

2.4 小结

第三章 基于数字Costas锁相环的相位周跳性能分析

3.1 概述

3.2 相位误差分析模型

3.3 载波相位误差分析

3.4 环路平均周跳时间分析

3.5 小结

第四章 基于载波跟踪环路的相位周跳抑制技术研究

4.1 概述

4.2 一种基于环路参数优化的周跳抑制方法

4.3 一种基于相位误差限幅处理的周跳抑制方法

4.4 小结

第五章 结束语

5.1 本文工作总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

附录A 卫星导航信号多普勒变化率分析