【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IoT)的興起帶來IoT技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)熱潮。準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的定位是IoT設(shè)備的重要功能。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)是應(yīng)用廣泛的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。但傳統(tǒng)GNSS接收機(jī)模塊功耗較高難以滿足IoT設(shè)備的要求,因而低功耗GNSS接收機(jī)成為研究的熱點(diǎn)。全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)是GNSS中應(yīng)用最廣泛的衛(wèi)星系統(tǒng),本文的設(shè)計(jì)和評(píng)估將圍繞GPS展開。本文采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Inertial Navigation System,INS)輔助GPS接收機(jī)架構(gòu),GPS定位模塊間歇工作,在其關(guān)閉時(shí)由低功耗INS模塊進(jìn)行慣性導(dǎo)航定位,從而系統(tǒng)具有低的工作功耗。定位系統(tǒng)的功耗主要取決于GPS模塊的捕獲和跟蹤過程。因此如何設(shè)計(jì)跟蹤環(huán)路降低系統(tǒng)定位功耗成為本文的研究重點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)了一種基于卡爾曼濾波器的快速牽引跟蹤環(huán)路。該跟蹤環(huán)路使用用戶位置預(yù)測(cè)GPS信號(hào)碼相位、多普勒,使得GPS模塊開啟時(shí)刻碼相位與多普勒在跟蹤環(huán)路牽引范圍之內(nèi),從而接收機(jī)可以直接進(jìn)入跟蹤狀態(tài),避免捕獲過程。接收機(jī)進(jìn)入跟蹤后,本地復(fù)制信號(hào)與接收GPS信號(hào)之間存在較大誤差。在載波跟蹤環(huán)路和碼跟蹤環(huán)路中,本文使用頻差補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)抗由頻差帶來的相干積分衰減,提高鑒頻鑒相精度。獲得頻率和相位偏差后,使用卡爾曼濾波器作為環(huán)路濾波器,先通過大的噪聲帶寬來加速環(huán)路的牽引過程,然后逐漸減小噪聲帶寬獲得更好的偽距和多普勒精度。仿真結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的快速牽引跟蹤環(huán)路在40dB.Hz信號(hào)功率,初始誤差30m偽距誤差,26Hz多普勒誤差,100ms時(shí)間牽引后偽距精度3.25m,多普勒精度1.65Hz。本文通過軟件接收機(jī)對(duì)基于快速牽引跟蹤環(huán)路算法的接收機(jī)進(jìn)行仿真驗(yàn)證和評(píng)估。仿真實(shí)驗(yàn)表明本文設(shè)計(jì)的基于快速牽引跟蹤環(huán)路的INS輔助GPS接收機(jī)功耗為3.0mW,偽距精度在-130dBm時(shí)為4.41m,在空間位置精度因子(Position Dilution of Precision,PDOP)為1.25的情況下可實(shí)現(xiàn)5m圓概率誤差(Circular Error Probable,CEP)定位精度。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN967.1
【圖文】：

圖 4- 4 并行碼相位捕獲搜索算法流程圖 4- 5 GPS 衛(wèi)星信號(hào)捕獲結(jié)果圖圖 4- 5 為 GPS 某顆衛(wèi)星的捕獲結(jié)果，從中可以看到比較明顯的信號(hào)峰值。根據(jù)圖 4- 5 的結(jié)果可以計(jì)算出捕獲成功后的衛(wèi)星信號(hào)峰值對(duì)應(yīng)的偽碼相位和多普勒頻率，然后把這些信息通過一定的邏輯轉(zhuǎn)換提交給信號(hào)跟蹤通道，初始化跟蹤通道的載波和偽碼 NCO 設(shè)置，從而進(jìn)入信號(hào)的跟蹤處理。信號(hào)跟蹤初始階段未知比特邊界位置，首先進(jìn)行比特同步。2) 比特同步本軟件使用直方圖法[42]進(jìn)行比特同步，這種方法的基本出發(fā)點(diǎn)是在數(shù)據(jù)比特發(fā)生跳變的時(shí)刻，相鄰兩次的 I 路和 Q 路積分器的積分結(jié)果可能出現(xiàn)正負(fù)值跳變，而在數(shù)據(jù)比特穩(wěn)定的時(shí)刻，相鄰兩次的 I 路和 Q 路積分結(jié)果保持符號(hào)不變。GPS 信號(hào)的數(shù)據(jù)比特寬度為 20ms

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本文編號(hào)：2765903