高動(dòng)態(tài)矢量GNSS接收機(jī)跟蹤環(huán)路研究.pdf

1、在傳統(tǒng)的信號(hào)跟蹤環(huán)路結(jié)構(gòu)中，延遲鎖定環(huán)(Delay Lock Loop，DLL)、頻率鎖定環(huán)(Frequency Lock Loop，F(xiàn)LL)和相位鎖定環(huán)(Phase Lock Loop，PLL)是最為常用的三種環(huán)路。用于跟蹤的各個(gè)通道分別通過(guò)通道內(nèi)的閉合環(huán)路跟蹤對(duì)應(yīng)的可見星，通道之間是相互獨(dú)立的，不影響彼此的工作狀態(tài);同時(shí)，跟蹤模塊與PVT（Position、Velocity、Time）解算模塊之間進(jìn)行的是單向信息傳遞，跟蹤模塊輸出的

2、跟蹤結(jié)果送入PVT解算模塊，由后者完成對(duì)用戶接收機(jī)位置、速度和時(shí)間的估計(jì)，因此屬于一種標(biāo)量跟蹤方式。但是隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)被越來(lái)越多地應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和軍事發(fā)展等諸多領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的標(biāo)量跟蹤技術(shù)越來(lái)越難以滿足導(dǎo)航接收機(jī)不斷提高的性能需求，尤其是在衛(wèi)星信號(hào)載噪比很低的惡劣環(huán)境下。矢量跟蹤技術(shù)正越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外導(dǎo)航領(lǐng)域研究學(xué)者的重視，它利用不同衛(wèi)星信號(hào)間的相互關(guān)系，將跟蹤過(guò)程中所有可見星對(duì)應(yīng)通道內(nèi)的鑒別器輸出作為觀測(cè)矢量，跟蹤模塊

3、和PVT解算模塊之間不再是獨(dú)立的過(guò)程，而是通過(guò)一個(gè)卡爾曼濾波器同時(shí)完成信號(hào)跟蹤和定位解算過(guò)程。矢量跟蹤算法的優(yōu)點(diǎn)是能夠跟蹤低載噪比衛(wèi)星信號(hào)，對(duì)瞬時(shí)丟失衛(wèi)星的橋接能力以及抗干擾能力強(qiáng)。矢量跟蹤技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，它的優(yōu)點(diǎn)很可能使它從眾多下一代用戶接收機(jī)可能采用的關(guān)鍵技術(shù)中脫穎而出。
　　本文首先介紹傳統(tǒng)接收機(jī)的結(jié)構(gòu)組成，闡述該結(jié)構(gòu)決定了接收機(jī)通道間并非真正獨(dú)立，而是存在固有的相關(guān)性，并基于該相關(guān)性介紹矢量跟蹤環(huán)路的基本結(jié)構(gòu)。其次

4、在此基礎(chǔ)上建立了適用于高動(dòng)態(tài)環(huán)境的矢量頻率鎖定環(huán)(VectorFrequency Lock Loop，VFLL)結(jié)構(gòu)。最后，針對(duì)VFLL中對(duì)FLL跟蹤精度提升不明顯的問(wèn)題，將鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)的思想與矢量跟蹤技術(shù)結(jié)合起來(lái)，提出矢量鎖頻環(huán)輔助標(biāo)量鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，提高環(huán)路的跟蹤精度，并且用高斯粒子濾波器(Gaussian particle filter，GPF)替換擴(kuò)展卡爾曼濾波器(Extend Kalman Filter，EKF)作為導(dǎo)航濾波器

5、，進(jìn)一步提高跟蹤精度。本文的主要工作可以概括如下:
　　首先，為解決高動(dòng)態(tài)環(huán)境下傳統(tǒng)標(biāo)量跟蹤環(huán)路對(duì)信號(hào)低載噪比的忍受能力不強(qiáng)的問(wèn)題，引入了矢量跟蹤環(huán)路，并在此基礎(chǔ)上建立了一種適用于高動(dòng)態(tài)環(huán)境的矢量頻率鎖定環(huán)路結(jié)構(gòu)，隨后引入強(qiáng)跟蹤濾波算法增強(qiáng)環(huán)路的穩(wěn)定性。
　　其次，雖然VFLL相比傳統(tǒng)FLL提高了靈敏度，但是跟蹤精度的提升卻不十分明顯，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，將傳統(tǒng)鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)與矢量跟蹤技術(shù)深度結(jié)合，提出了高動(dòng)態(tài)矢量鎖頻環(huán)輔助鎖相

6、環(huán)(Vector Frequency assist Scalar Phase LockLoop， VFSPLL)的環(huán)路結(jié)構(gòu)，同時(shí)，針對(duì)VFSPLL中導(dǎo)航濾波器采用擴(kuò)展卡爾曼濾波器，用一階線性化的方式處理非線性模型，能達(dá)到的跟蹤精度有限的問(wèn)題，在粒子濾波的基礎(chǔ)上引入高斯粒子濾波，其顯著特點(diǎn)在于用高斯密度函數(shù)來(lái)近似后驗(yàn)概率密度，無(wú)需重采樣，避免了標(biāo)準(zhǔn)粒子濾波中粒子退化的問(wèn)題。用高斯粒子濾波器替換擴(kuò)展卡爾曼濾波器，提出基于高斯粒子濾波的高動(dòng)態(tài)