IMU辅助GPS接收机载波环路跟踪算法研究

发布时间：2017-12-30 01:32

  本文关键词：IMU辅助GPS接收机载波环路跟踪算法研究　出处：《重庆大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：在国防军工和航空航天等领域,目前的卫星接收机技术在面对高动态飞行器和低信噪比环境时,不能满足工程应用的需求并出现了瓶颈。为此,研究和开发超紧组合导航技术成为了突破这一瓶颈的有效途径之一。在超紧组合技术研究中,运用惯导信息对载波环路进行辅助的算法是其重要的组成部分,针对GPS接收机在低信噪比和高动态应用场合的需求,论文开展了运用IMU加速度、速度信息来辅助载波环路跟踪的研究。主要的研究工作包含以下几个方面:1.分析了在高动态下IMU速度辅助GPS接收机跟踪过程中,由于IMU输出速度信息的离散化导致接入环路NCO的控制量变化较大,而使环路跟踪不稳定甚至失锁的问题,并通过Matlab模拟了环路跟踪特定信号时的失锁过程;提出了一种基于自适应调节的引入IMU加速度与速度信息相结合的辅助方法,仿真结果表明该方法较传统的速度辅助方案能有效减小GPS接收机环路跟踪的动态应力误差,降低高动态下环路失锁的机率;在此基础上,对载波跟踪环的环路参数进行了重新设计,将环路的带宽从原来的20Hz降为5Hz,并对设计环路的动态性能进行了仿真分析,结果表明其仍然具有良好的动态特性。2.搭建了系统半实物仿真平台。设计了系统的整体结构,设计了基于DSP/FPGA构架下的GPS接收机和IMU的集成方案;构建了IMU单元并设计了相应的数据采集电路,分析了采用的GPS接收机单元的性能及其射频模块原理,为两个子系统的融合集成打下了基础;运用Quartus II软件完成了FPGA对IMU的数据获取模块、FPGA与DSP之间IMU通道段的总线通讯模块、串口收发模块,运用CCS软件设计了DSP程序,在实验室已有软件包基础上,完成了子系统的数据融合与IMU加速度、速度辅助FLL+PLL载波环的跟踪算法。3.对系统进行了高动态半实物仿真实验和低信噪比实验。高动态半实物仿真实验模拟了接收机在58.3g线加速度、3.813m s加加速度的高动态下IMU辅助载波跟踪环的跟踪性能,数据表明接收机能良好地跟踪卫星信号而不会发生失锁;对IMU辅助5Hz带宽的环路进行低信噪比测试,其对弱卫星信号实现跟踪和重捕的信噪比极限为28.3d B左右,比没有辅助的20Hz环路带宽(信噪比极限为36.5d B左右)的噪声性能提升了约8d B。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P228.4

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本文编号：1352779