【摘要】：GNSS(Global Navigation Satellites System,全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))由于其成本低廉、長時間導(dǎo)航精度高等特點(diǎn),在軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而由于許多武器存在旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)會引起信號多普勒的周期性變化,對信號正常接收產(chǎn)生一定影響,一般的接收機(jī)在這種情況下很難保持信號的穩(wěn)定跟蹤。因此,分析旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下鎖相環(huán)的跟蹤性能以優(yōu)化環(huán)路參數(shù)、設(shè)計(jì)合理的算法至關(guān)重要。本文以分析旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下環(huán)路的跟蹤性能和參數(shù)優(yōu)化為目標(biāo),主要做了以下工作:旋轉(zhuǎn)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(fù)雜的變化,本文根據(jù)物理學(xué)運(yùn)動定律和入射角相對天線的變化,結(jié)合天線的方向圖,對旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的接收信號進(jìn)行精確建模,指出旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下接收信號的多普勒呈正弦規(guī)律變化。旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)對碼跟蹤的影響。旋轉(zhuǎn)引起多普勒和相位的正弦變化,導(dǎo)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(jì)算動態(tài)應(yīng)力的分析方法不再適用。本文以鎖相環(huán)誤差傳遞函數(shù)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(guān)系,給出了一種旋轉(zhuǎn)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(yàn)證了其合理性與可行性。利用本文提出的分析方法,數(shù)值分析了旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速,數(shù)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(zhuǎn)狀態(tài)下環(huán)路的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論支撐。比較了不同載波跟蹤環(huán)路進(jìn)行信號跟蹤的優(yōu)缺點(diǎn),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(zhuǎn)速密切相關(guān),在低轉(zhuǎn)速下選擇二階環(huán),在高轉(zhuǎn)速下選擇三階環(huán)。GNSS軟件接收機(jī)的實(shí)時處理是其重要的研究方向,本文借助于GPU強(qiáng)大的并行處理能力,給出了一種基于CPU+GPU的實(shí)時軟件接收機(jī)總體架構(gòu),并對信號跟蹤環(huán)節(jié)做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。采用該軟件接收機(jī)對實(shí)測的旋轉(zhuǎn)信號處理結(jié)果驗(yàn)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(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN967.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 季宇虹;王讓會;;全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)GNSS的技術(shù)與應(yīng)用[J];全球定位系統(tǒng);2010年05期

2 趙法彬;;為GNSS產(chǎn)業(yè)發(fā)展把脈——“中國全球定位系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用協(xié)會2010年會”在北京召開[J];數(shù)字通信世界;2010年12期

3 趙玉濱;GNSS的現(xiàn)狀及其發(fā)展方向[J];電力系統(tǒng)通信;2001年08期

4 曹沖;;全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)競爭格局和發(fā)展趨勢研究[J];全球定位系統(tǒng);2006年03期

5 張訓(xùn)械;邵連軍;王鑫;孫強(qiáng);胡雄5;;GNSS-R地基實(shí)驗(yàn)[J];全球定位系統(tǒng);2006年05期

6 曹沖;;GNSS軟件無線電接收機(jī)及典型案例[J];全球定位系統(tǒng);2007年01期

7 ;精準(zhǔn)時代,聚焦新一代GNSS集成應(yīng)用[J];數(shù)字通信世界;2007年05期

8 胡曉;高偉;李本玉;;GNSS導(dǎo)航定位技術(shù)的研究綜述與分析[J];全球定位系統(tǒng);2009年03期

9 劉海波;吳德偉;盧艷娥;戴傳金;;GNSS抗干擾實(shí)驗(yàn)室平臺搭建與測試方法研究[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2011年09期

10 嚴(yán)凱;戰(zhàn)興群;秦峰;王啟瑋;;GNSS脆弱性環(huán)境仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];傳感器與微系統(tǒng);2013年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張慧君;李孝輝;;GNSS系統(tǒng)時間偏差及其監(jiān)測與預(yù)報(bào)[A];2009全國時間頻率學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

2 ;Supporting capability analysis of present spectrum management resources to GNSS IDM in China[A];第三屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會電子文集——S01北斗/GNSS導(dǎo)航應(yīng)用[C];2012年

3 朱旭;;全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)在空中交通管理中的應(yīng)用進(jìn)展[A];中國通信學(xué)會第六屆學(xué)術(shù)年會論文集（上）[C];2009年

4 董紹武;;GNSS時間系統(tǒng)及其互操作[A];2009全國虛擬儀器大會論文集（二）[C];2009年

5 孫曉波;李冶天;;多模GNSS高精度授時在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[A];經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變與自主創(chuàng)新——第十二屆中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會年會（第四卷）[C];2010年

6 胡曉;高偉;李本玉;;GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究與思考[A];《測繪通報(bào)》測繪科學(xué)前沿技術(shù)論壇摘要集[C];2008年

7 高井祥;閆文林;王堅(jiān);;礦山變形災(zāi)害GNSS現(xiàn)代化監(jiān)測技術(shù)研究[A];《測繪通報(bào)》測繪科學(xué)前沿技術(shù)論壇摘要集[C];2008年

8 馬利華;韓延本;;全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)概述[A];中國地球物理學(xué)會第二十三屆年會論文集[C];2007年

9 ;A study of ionospheric scintillation effects on Differential GNSS[A];第三屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會電子文集——S08衛(wèi)星導(dǎo)航模型與方法[C];2012年

10 甄衛(wèi)民;韓超;杜黎明;陳麗;;我國GNSS開放服務(wù)中的干擾檢測與減緩計(jì)劃[A];第三屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會電子文集——S01北斗/GNSS導(dǎo)航應(yīng)用[C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 王娜;我GNSS技術(shù)打破國外壟斷[N];科技日報(bào);2007年

2 陶渝;重慶建成國土資源GNSS網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)[N];中國測繪報(bào);2011年

3 記者 謝必如　特約記者 白文起 通訊員 陶渝;重慶建成國土資源GNSS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[N];中國國土資源報(bào);2011年

4 王巖;包頭用GNSS管理市政布局[N];中國建設(shè)報(bào);2010年

5 甘勃;“天眼”邁進(jìn)GNSS時代[N];大眾科技報(bào);2007年

6 王立彬;中國全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),奪下千萬美元大單[N];新華每日電訊;2007年

7 通訊員 彭祥榮;“陸態(tài)網(wǎng)”民勤GNSS基準(zhǔn)站投入試運(yùn)行[N];中國氣象報(bào);2010年

8 記者 裴蕾;測繪氣象共建GNSS基準(zhǔn)站[N];四川日報(bào);2010年

9 王雅麗;實(shí)施國際化戰(zhàn)略[N];中國測繪報(bào);2010年

10 記者 張敏霞　通訊員 王存林;陸態(tài)網(wǎng)沱沱河GNSS基準(zhǔn)站建成并試運(yùn)行[N];格爾木日報(bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 江鵬;地基GNSS探測2D/3D大氣水汽分布技術(shù)研究[D];武漢大學(xué);2014年

2 徐韶光;利用GNSS獲取動態(tài)可降水量的理論與方法研究[D];西南交通大學(xué);2014年

3 李磊;基于GNSS的電離層總電子含量的預(yù)測與應(yīng)用研究[D];大連海事大學(xué);2015年

4 陳良;機(jī)載GNSS/SINS組合精密導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

5 郭瑤;慣性輔助的高動態(tài)GNSS基帶信號跟蹤技術(shù)[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

6 張亮;地面復(fù)雜環(huán)境下移動三維測量精度改善方法研究[D];武漢大學(xué);2015年

7 甘雨;GNSS/INS組合系統(tǒng)模型精化及載波相位定位測姿[D];解放軍信息工程大學(xué);2015年

8 李俊毅;GNSS動態(tài)相對定位算法研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2013年

9 任燁;多場景下的GNSS完好性監(jiān)測方法研究[D];中國科學(xué)院研究生院(國家授時中心);2016年

10 陳華;基于原始觀測值的GNSS統(tǒng)一快速精密數(shù)據(jù)處理方法[D];武漢大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉成;GNSS-R應(yīng)用于測量表層土壤濕度及軟件設(shè)計(jì)[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2015年

2 高榮祥;基于GNSS信號的無源雷達(dá)目標(biāo)探測研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2015年

3 陳聞亞;基于Internet的GNSS高精度位置服務(wù)平臺研究與實(shí)現(xiàn)[D];西南交通大學(xué);2015年

4 楊晨云鸝;GNSS在地震矩反演中的應(yīng)用研究[D];西南交通大學(xué);2015年

5 張U，

本文編號：2242250