高动态环境下极低谱密度GNSS信号的跟踪技术研究

摘要

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。