【摘要】：GNSS(Global Navigation Satellites System,全球衛(wèi)星導航系統(tǒng))由于其成本低廉、長時間導航精度高等特點,在軍事領域有著廣泛的應用。然而由于許多武器存在旋轉,旋轉會引起信號多普勒的周期性變化,對信號正常接收產生一定影響,一般的接收機在這種情況下很難保持信號的穩(wěn)定跟蹤。因此,分析旋轉狀態(tài)下鎖相環(huán)的跟蹤性能以優(yōu)化環(huán)路參數、設計合理的算法至關重要。本文以分析旋轉狀態(tài)下環(huán)路的跟蹤性能和參數優(yōu)化為目標,主要做了以下工作:旋轉狀態(tài)下GNSS接收信號的幅度、多普勒和相位等均會發(fā)生復雜的變化,本文根據物理學運動定律和入射角相對天線的變化,結合天線的方向圖,對旋轉狀態(tài)下的接收信號進行精確建模,指出旋轉狀態(tài)下接收信號的多普勒呈正弦規(guī)律變化。旋轉對載波多普勒的影響較大,對偽碼多普勒的影響較小,分析時可不用考慮旋轉對碼跟蹤的影響。旋轉引起多普勒和相位的正弦變化,導致跟蹤環(huán)的跟蹤誤差不能收斂到一個固定的值,傳統(tǒng)的采用計算動態(tài)應力的分析方法不再適用。本文以鎖相環(huán)誤差傳遞函數為工具,建立了輸入相位幅度和相位跟蹤誤差幅度之間的關系,給出了一種旋轉狀態(tài)下鎖相環(huán)性能分析的方法,并對該方法做了仿真,驗證了其合理性與可行性。利用本文提出的分析方法,數值分析了旋轉狀態(tài)下鎖相環(huán)、鎖頻環(huán)在不同噪聲帶寬下的跟蹤靈敏度以及在不同載噪比下能穩(wěn)定跟蹤的最大轉速,數值仿真給出采用鎖相環(huán)跟蹤信號時的最佳噪聲帶寬,為旋轉狀態(tài)下環(huán)路的優(yōu)化設計提供了理論支撐。比較了不同載波跟蹤環(huán)路進行信號跟蹤的優(yōu)缺點,指出噪聲帶寬相同時,二階鎖相環(huán)和三階鎖相環(huán)跟蹤性能的優(yōu)劣與轉速密切相關,在低轉速下選擇二階環(huán),在高轉速下選擇三階環(huán)。GNSS軟件接收機的實時處理是其重要的研究方向,本文借助于GPU強大的并行處理能力,給出了一種基于CPU+GPU的實時軟件接收機總體架構,并對信號跟蹤環(huán)節(jié)做了詳細的設計。采用該軟件接收機對實測的旋轉信號處理結果驗證了文中模型的正確性和分析方法的合理性,對于采樣率為5MHz的仿真信號,同時跟蹤12顆衛(wèi)星,每處理1ms信號的平均耗時僅為0.109ms。
[Abstract]:GNSS (Global Navigation Satellites System, (Global Satellite Navigation system) is widely used in military field because of its low cost and high precision. However, due to the rotation of many weapons, rotation will cause periodic changes of the signal Doppler, which has a certain impact on the normal reception of the signal. In this case, it is difficult for the general receiver to keep the stable tracking of the signal. Therefore, it is very important to analyze the tracking performance of PLL in rotation to optimize the loop parameters and to design a reasonable algorithm. The aim of this paper is to analyze the tracking performance and parameter optimization of the loop under the rotating state. The main work is as follows: the amplitude, Doppler and phase of the received signal of the GNSS under the rotating state will change in a complex way. According to the law of motion of physics and the change of incidence angle relative antenna, combining the pattern of antenna, the received signal under rotation state is modeled accurately, and it is pointed out that the Doppler of received signal in rotating state changes in sinusoidal law. The effect of rotation on carrier Doppler is greater than that on pseudo code Doppler, so it is unnecessary to consider the effect of rotation on code tracking. Due to the sinusoidal variation of Doppler and phase caused by rotation, the tracking error of the tracking loop can not converge to a fixed value, so the traditional analysis method to calculate the dynamic stress is no longer applicable. Using the error transfer function of PLL as a tool, the relationship between the input phase amplitude and the phase-tracking error amplitude is established in this paper. A method for analyzing the performance of PLL in rotating state is presented, and the simulation of the method is given. The rationality and feasibility are verified. By using the analytical method presented in this paper, the tracking sensitivity of phase-locked loop in rotating state, the tracking sensitivity of frequency locked loop under different noise bandwidth and the maximum speed of stable tracking under different load / noise ratio are numerically analyzed. The optimal noise bandwidth of PLL tracking signal is given by numerical simulation, which provides theoretical support for the optimal design of loop under rotating state. The advantages and disadvantages of different carrier tracking loops for signal tracking are compared. It is pointed out that when the noise bandwidth is the same, the performance of second-order PLL and third-order PLL is closely related to the rotational speed, and the second-order loop is chosen at low speed. It is an important research direction to select the real-time processing of third-order ring. GNSS software receiver at high speed. This paper presents an overall architecture of real-time software receiver based on CPU GPU with the help of the powerful parallel processing ability of GPU. The signal tracking link is designed in detail. The software receiver is used to process the measured rotational signals to verify the correctness of the model and the reasonableness of the analytical method. For the simulated signals with 5MHz sampling rate and tracking 12 satellites at the same time, the average processing time of each 1ms signal is only 0.109 Ms.
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN967.1

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本文編號：2242250