一种改进的非相干GNSS信号频率锁定方法

发布时间：2020-01-22 14:20

【摘要】：为了实现弱信号环境中的高灵敏度GNSS信号跟踪,提出了一种改进的非相干GNSS信号频率锁定方法,利用非相干累积消除电文反转的影响,扩展有效能量累积时间范围,改善了信噪比;设计了基于非线性加权累积偏差的最优频率间距计算方法,得到频率鉴别线性范围最大的非相干频率鉴别器;通过延长相干和非相干累积时间,实现宽线性鉴频范围的高灵敏度频率锁定环路.理论分析和蒙特卡罗仿真结果表明:所提出的方法可以改善频率跟踪灵敏度和牵引范围,在不进行电文估计、静态环境信号强度为-160dBm的情况下,可以实现稳定跟踪并保证一定精度.
【图文】：

频率估计,偶对称,估计误差,误差

伪码完全同步并且接收机带宽足够宽，即Ｒ（τｎ）＝１．２频率锁定方法２．１非相干频率鉴别器在接收机环路相关输出中，通过非相干累积，，可以消除电文和相位跟踪误差的影响，在不考虑噪声的情况下，其表达式为Ｄ＝Ｉ２（ｎ）＋Ｑ２（ｎ）＝ＰＲ２（τｎ）ｓｉｎｃ２（πＴｃΔｆｄ），假设伪码已经完全同步，复相关输出的功率为Ｄ＝Ｐｓｉｎｃ２（πＴｃΔｆｄ）．相干积分输出功率与载波频率跟踪误差在其值为０ｋＨｚ附近的关系如图１所示，其中Ａ为相干积分归一化幅度，相干积分输出功率相对于频图１频率估计误差与相干积分幅度的关系率估计误差为０ｋＨｚ对应的直线具有偶对称的特性，与伪码延迟和自相关输出之间的关系相似．参考延迟锁定环路码相位误差鉴别的方式，本地生成三路频率不同的载波，频率顺次相差ｄｆ，即对应载波频率误差分别为Δｆｄ－ｄｆ，Δｆｄ，Δｆｄ＋ｄｆ，称之为超前频率支路，即时频率支路和滞后频率支路．每一路载波的相干积分结果在频率估计误差为０ｋＨｚ时对应图１中点１，２，３的三路相干积分输出功率Ｄｅ，Ｄｄ和Ｄｌ在伪码完全对齐下的·１２３第·５期阮航，等：一种改进的非相干ＧＮＳＳ信号频率锁定方法

归一化方法,累积误差

图２Ｔｃ＝１ｍｓ下两种归一化方法对应加权非线性累积误差鉴别间隔为１０．７Ｈｚ时，ｅｌ归一化鉴频器的线性性能达到最佳，为０．１２５Ｈｚ，因此可选取ｅｌ鉴别器，实现高精度的频率误差鉴别．图３Ｔｃ＝２０ｍｓ下两种归一化方法对应加权非线性累积误差３理论分析与仿真３．１热噪声性能在静态或较小动态环境中，影响锁频环跟踪性能的主要因素是输入噪声．在弱信号下，热噪声更成为限制频率锁定环能否稳定工作的关键因素．非相干积分后，热噪声对环路的影响更大．对于高斯白噪声输入模型，锁频环是一个负反馈系统［８］，当系统等效噪声带宽ＢＬ与相干积分时间Ｔｃ满足０＜ＢＬＴｃ＜０．５，其误差传递函数为σ２ｓ鄏σ２ｕ２ＢＬＴｃ（１－０．５ＢＬＴｃ），式中：σ２ｓ为系统输出方差；σ２ｕ为系统输入方差．当ＢＬＴ足够小的情况下，其表达式［９－１０］可以简化为σ２ｓ鄏σ２ｕ２ＢＬＴ．（５）鉴于该结构与码环类似，参考码环的处理方式［１０］，使用非相干超前减滞后频率鉴别法，假设归一化只消除了信号能量，基于第１节的信号模型，鉴别器输出频率估计方差表达式为σ２ｕ＝π２ｄ２ｆ［１－ｃｏｓ（２πＴｃｄｆ）］Ｔｃ（Ｐ／Ｎ０）［ｓｉｎｃ（πＴｃｄｆ）－ｃｏｓ（πＴｃｄｆ）］｛２１＋１－ｓｉｎｃ２（πＴｃｄｆ）２Ｔｃ（Ｐ／Ｎ０）［１－ｃｏｓ（２πＴｃｄｆ）］ｓｉｎｃ２（πＴ

【相似文献】