衛(wèi)星導航信號聯(lián)合處理技術研究.pdf

1、隨著衛(wèi)星導航芯片在電子設備中的廣泛應用和全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，衛(wèi)星導航定位在城市峽谷、室內(nèi)和密林等弱信號環(huán)境下的應用需求不斷增加，研發(fā)具有高靈敏度和高可靠性接收機的任務更加迫切。本文以利用冗余衛(wèi)星和輔助信息實現(xiàn)性能提升為背景，在聯(lián)合捕獲、矢量跟蹤、抗差定位以及完好性監(jiān)測等方面進行了探索和研究。
　?。?）與傳統(tǒng)捕獲分別對單個衛(wèi)星信號進行時間和頻率的二維搜索方法不同，聯(lián)合捕獲在接收機概略位置、速度和時間（PVT, Positi

2、on Velocity and Time）等初值附近進行搜索，充分利用衛(wèi)星信號間相關性和星歷等輔助信息，提高捕獲靈敏度。針對當前聯(lián)合捕獲缺少理論分析的問題，詳細推導了聯(lián)合捕獲的廣義似然比檢測量及其虛警概率和檢測概率的解析式，定量分析了時延和多普勒估計誤差引起的檢測損耗，為捕獲門限確定和參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)。針對聯(lián)合捕獲檢測量計算復雜的問題，提出了一種簡化實現(xiàn)結構和選星算法。仿真結果表明：聯(lián)合捕獲靈敏度隨著可見衛(wèi)星數(shù)增多而提高；在12顆衛(wèi)

3、星可見和相干積分時間為1ms的相同條件下，簡化后的聯(lián)合捕獲比傳統(tǒng)單星捕獲靈敏度提高了7.5dB左右。
　?。?）針對當前播發(fā)的衛(wèi)星導航信號普遍存在電文調(diào)制情況，提出了一種基于改進差分相干的聯(lián)合捕獲算法以及相應統(tǒng)計量的概率密度函數(shù)解析式，有效地解決了電文比特翻轉(zhuǎn)導致的捕獲統(tǒng)計量峰值與PVT真值不對應的問題，為相干積分時間和差分相干后積累次數(shù)的最優(yōu)參數(shù)設計提供理論基礎。提出了一種基于統(tǒng)計量概率密度函數(shù)解析式的優(yōu)化參數(shù)方法，解決了數(shù)值仿

4、真法在參數(shù)優(yōu)化設計中存在的精度和計算量難以平衡問題。此外，通過搭建GPS（Global Positioning System）模擬射頻信號采集和處理的實驗平臺，驗證了改進差分相干的聯(lián)合捕獲算法抑制比特翻轉(zhuǎn)的有效性。
　?。?）圍繞矢量延遲鎖定環(huán)的跟蹤精度和有偏性問題展開。首先，針對收斂速度和跟蹤精度難以平衡的問題，提出了一種環(huán)路帶寬自適應調(diào)節(jié)的矢量延遲鎖定環(huán)改進算法。其次，針對可見衛(wèi)星大于4顆時收斂點不唯一而出現(xiàn)的跟蹤有偏問題，提

5、出了基于奇偶空間投影的偏差檢測和修正算法，該改進算法包含兩種不同的實現(xiàn)結構：一是在傳統(tǒng)矢量延遲鎖定環(huán)結構上通過增加碼相位殘差投影變量檢測實現(xiàn)跟蹤偏差監(jiān)測，二是對位置域在奇偶空間的投影矢量進行自適應變維跟蹤。相同仿真場景的數(shù)據(jù)處理結果表明：在特定的條件下，傳統(tǒng)的矢量跟蹤算法最大碼跟蹤偏差為16.706m，改進后最大僅為1m，實現(xiàn)了近似無偏的跟蹤；基于變維跟蹤的實現(xiàn)結構由于采用了環(huán)路帶寬自適應調(diào)節(jié)算法，在收斂速度和跟蹤精度的平衡上優(yōu)于殘差監(jiān)

6、測的實現(xiàn)結構，但實現(xiàn)結構更加復雜。
　?。?）針對傳統(tǒng)定位算法和接收機自主完好性監(jiān)測（RAIM， Receiver Au-tonomous Integrity Monitoring）算法無法有效抑制多個偽距粗差的問題，提出了基于M-估計的抗差定位算法和相應的抗差自主完好性監(jiān)測算法，該抗差自主完好性監(jiān)測算法采用改進的保護級別來評估最壞情況下抗差定位誤差。結合具體GPS觀測數(shù)據(jù)的實驗結果表明：在12顆衛(wèi)星可見情況下，所提出的抗差定位算