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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

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