GPS民用L2C信号跟踪技术的研究与实现

发布时间：2017-06-02 07:03

  本文关键词：GPS民用L2C信号跟踪技术的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：摘要：为了使GPS系统在全球民用导航市场上更具竞争力,美国政府对民用GPS信号作出了调整,重新引入了三种新的民用信号L2C、L5和L1C。L2C设置了有/无数据两个通道,使用了较长的PRN码、电文纠错编码以及较低的数据速率,改善了信号的跟踪门限,优化了信号的相关性。虽然L2C民用信号已经开通,但目前大多数的GPS接收机还不能接收这种新的民用信号,国内针对L2C信号跟踪技术的研究也尚属空白。因此,设计并实现L2C跟踪技术具有十分重要的意义。 论文在综述国内外GPS信号的发展现状的基础上,首先分析了民用L2C信号跟踪技术和卡尔曼滤波技术,阐述了GPS接收机的基本组成原理,对GPS民用信号L1C/A、L2C和L5的生成过程进行了详细描述和比对；然后,根据经典模拟锁相环的原理,给出了GPS第一代民用信号C/A码跟踪的设计思路,选择了最优的跟踪环路鉴别器与滤波器；其次,针对引入有/无数据通道和增加积分清除时间等特点,给出了L2C信号跟踪环路的设计思路和跟踪模块的实现流程,分析和比较了CM码、CL码与C/A码在跟踪环路中鉴别器的误差,并利用matlab仿真和实现了L2C信号的跟踪模块,验证了使用有数据通道和无数据通道对定频信号、频率斜升信号和频率加速度信号的跟踪结果,分析了融合跟踪方法与单通道跟踪方法的优劣。最后,详细地分析了卡尔曼滤波的原理、导致其发散的原因以及自适应滤波在高动态性上的局限性,结合两种滤波方法的优势,给出了一种兼顾高动态性和误差精度的二阶自适应卡尔曼滤波算法,验证了该算法对频率斜升信号跟踪的优化效果,调节运动模型状态方程和观测方程的权重系数初值,测试了码环鉴别器的输出结果,并给出了对L2C信号有效的卡尔曼滤波跟踪策略。
【关键词】：GPS接收机 L2C信号 跟踪技术 自适应卡尔曼滤波
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-18
• 1.1 概述12
• 1.2 GPS信号跟踪技术国内外发展状况12-16
• 1.2.1 GPS信号的发展历程12-14
• 1.2.2 L2C信号的优势及其对跟踪性能的影响14-15
• 1.2.3 卡尔曼滤波技术15-16
• 1.3 选题意义和论文的结构16-18
• 1.3.1 选题意义16
• 1.3.2 论文的主要工作16-18
• 2 GPS接收机原理与GPS信号的生成18-34
• 2.1 概述18
• 2.2 GPS接收机原理18-20
• 2.2.1 硬件接收机18-19
• 2.2.2 软件接收机19-20
• 2.3 GPS信号的生成20-29
• 2.3.1 第一代民用信号22-24
• 2.3.2 L2C民用信号24-28
• 2.3.3 L5信号28-29
• 2.4 L2C信号优势29-34
• 2.4.1 双频电离层延迟改善29-30
• 2.4.2 优良的互相关特性30-31
• 2.4.3 有/无数据通道的引入31-34
• 3 GPS第一代民用信号跟踪环路的设计34-58
• 3.1 跟踪的基本原理34-40
• 3.1.1 积分清除器34-35
• 3.1.2 模拟锁相环35-40
• 3.2 载波跟踪环路的设计40-49
• 3.2.1 锁频环鉴别器41-42
• 3.2.2 锁频环滤波器42-44
• 3.2.3 锁相环鉴别器44-47
• 3.2.4 锁相环滤波器47-49
• 3.3 伪码跟踪环路的设计49-56
• 3.3.1 码环鉴别器50-54
• 3.3.2 码环滤波器54-56
• 3.3.3 载波辅助56
• 3.4 本章小结56-58
• 4 L2C信号跟踪环路的设计与实现58-86
• 4.1 概述58-59
• 4.2 仅使用数据通道的跟踪(CM码跟踪)59-67
• 4.2.1 CM码跟踪性能分析59-64
• 4.2.2 验证环路对定频信号的跟踪64-65
• 4.2.3 验证环路对频率斜升信号的跟踪65-66
• 4.2.4 验证环路对频率加速度信号的跟踪66-67
• 4.2.5 提取导航电文67
• 4.3 仅无使用数据通道的跟踪(CL码跟踪)67-76
• 4.3.1 CL码跟踪性能分析67-70
• 4.3.2 验证环路对定频信号的跟踪70-72
• 4.3.3 验证环路对频率斜升信号的跟踪72-73
• 4.3.4 验证环路对频率加速度信号的跟踪73-75
• 4.3.5 增加积分清除时间对跟踪性能的影响75-76
• 4.4 同时使用数据通道和无数据通道的跟踪76-84
• 4.4.1 融合跟踪性能分析76-80
• 4.4.2 融合跟踪组合鉴别策略80-82
• 4.4.3 验证环路对定频信号的跟踪82-84
• 4.5 本章小结84-86
• 5 基于卡尔曼滤波的跟踪环路优化设计86-100
• 5.1 卡尔曼滤波原理概述86-90
• 5.1.1 卡尔曼滤波发散的原因88
• 5.1.2 抑制滤波发散的方法88-90
• 5.2 基于自适应卡尔曼滤波的跟踪环路设计优化90-98
• 5.2.1 运动模型90-91
• 5.2.2 二阶自适应卡尔曼的设计与仿真91-98
• 5.3 L2C信号卡尔曼滤波策略选择98
• 5.4 本章小结98-100
• 6 结论100-102
• 参考文献102-106
• 作者简历106-110
• 学位论文数据集

【参考文献】

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