基于卡尔曼滤波技术的GPS信号跟踪与多径估计算法研究

发布时间：2017-04-05 15:06

  本文关键词：基于卡尔曼滤波技术的GPS信号跟踪与多径估计算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：GPS信号在经过室内环境（如室内、城市、森林等复杂环境）时由于穿透损耗、反射损耗、绕射损耗和信号衰落等过程使信号强度急剧衰减，且由于多径效应的存在，造成信号的信噪比很低，跟踪精度较差，，甚至使得载波跟踪环失锁，造成跟踪过程不能正常运行等后果。针对以上情况，本文对GPS信号跟踪算法、多径信号的估计与补偿技术等进行了研究。 本文首先介绍了GPS中频信号的生成过程及GPS软件接收机的工作原理。传统的接收机跟踪环路模型较为复杂，易受噪声干扰，在复杂环境下不能有效的跟踪到GPS信号。针对目前应用较为广泛的卡尔曼跟踪环路和最大似然多径估计算法模型进行分析讨论。针对以上两种算法的不足，依据最优卡尔曼滤波器的滤波新息为零均值白噪音这一特点，设计自适应卡尔曼滤波器代替码跟踪环路中原有的卡尔曼滤波器，提高跟踪环路在复杂应用环境下的跟踪精度。对GPS多径信号最大似然估计误差较大的问题，依据有色噪音分析理论，构造卡尔曼滤波模型，进一步提高了多径信号的估计精度，提高了GPS信号跟踪性能。 本文对改进前后GPS信号跟踪环路以及多径估计算法在MATLAB平台上进行了仿真分析，结果表明，对于相同条件下的GPS信号，自适应卡尔曼滤波跟踪算法在与传统的卡尔曼GPS信号跟踪算法相比较，其抗噪性和、灵敏度以及跟踪精度都有明显提高。对于弱信号，基于卡尔曼滤波的最大似然多径估计算法在其抗噪性和跟踪精度方面都优于最大似然多径估计算法。
【关键词】：GPS接收机 环路改进 多径估计 跟踪精度
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 研究背景和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 本文的研究内容及论文结构11-12
• 第二章 GPS 信号与接收机原理12-38
• 2.1 GPS 信号模型13-19
• 2.1.1 载波信号13-14
• 2.1.2 产生 C/A 码14-16
• 2.1.3 导航电文16-17
• 2.1.4 卫星信号的调制格式17-18
• 2.1.5 中频信号18-19
• 2.2 GPS 信号的捕获跟踪原理19-30
• 2.2.1 GPS 信号捕获算法19-21
• 2.2.2 跟踪环路21
• 2.2.3 I/Q 两路解调21-23
• 2.2.4 载波跟踪23-25
• 2.2.5 码跟踪25-27
• 2.2.6 卡尔曼环路跟踪算法27-30
• 2.3 GPS 多径信号30-37
• 2.3.1 多径信号概述30-31
• 2.3.2 多径信号估计误差分析31-33
• 2.3.2.1 幅度和相位误差31-32
• 2.3.2.2 时延估计误差32
• 2.3.2.3 多径数目估计误差32-33
• 2.3.3 多径抑制技术33-37
• 2.3.3.1 空域处理技术33-34
• 2.3.3.2 时域处理技术34-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 跟踪环路改进研究38-47
• 3.1 自适应卡尔曼滤波在跟踪环路中的应用38-42
• 3.2 基于卡尔曼滤波的最大似然多径估计算法42-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第四章 实验仿真47-66
• 4.1 实验平台构建47-51
• 4.1.1 GPS 信号参数47-48
• 4.1.2 软件接收机运行流程48-49
• 4.1.3 信号捕获流程49
• 4.1.4 信号跟踪流程49-50
• 4.1.5 信号数据解算50-51
• 4.2 信号捕获跟踪结果仿真51-53
• 4.3 跟踪环路算法仿真53-60
• 4.3.1 算法稳定性分析53-55
• 4.3.2 算法噪音敏感性和去噪性分析55-60
• 4.4 多径估计算法仿真60-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 总结与展望66-67
• 参考文献67-71
• 附录 A：卡尔曼滤波初始噪声方差设置对滤波性能影响的分析71-73
• 附录 B：最优滤波时新息为零均值白噪声的证明73-77
• 攻读学位期间发表的学术论文77-78
• 致谢7

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 唐斌;陈金平;杨龙;王礼亮;刘慧越;;基于有色噪声卡尔曼滤波的GPS多径估计研究[J];北京理工大学学报;2010年10期

2 杨长林;柏秀亮;刘延飞;陈聪;欧迪栋;;新息自适应区间Kalman滤波算法及其应用[J];传感器与微系统;2012年11期

3 张迎春;李t焧

本文编号：287194