DLL測量誤差
GPS的C/A碼頻率遠低於載波頻率,碼環中的干擾也較小,主要誤差源有:
接收機熱噪聲
動態應力誤差(由於接收機的動態性引起的誤差)
多徑干擾
碼環設計重點考慮:
盡可能窄的環路噪聲帶寬抑制熱噪聲
窄相關等技術抑制多徑
盡可能大的環路噪聲帶寬使環路具有一定的動態性能
DLL熱噪聲誤差
DLL動態應力誤差
PLL測量誤差
GPS信號的載波頻率是C/A碼頻率的1540倍,在信號傳播和接收機處理過程中,各種因素的干擾會導致鎖相環性能不同程度的下降。
影響 PLL跟蹤性能的最重要誤差源是熱噪聲、動態應力誤差、振盪器相位噪聲、Allan方差振盪器相位噪聲。
PLL熱噪聲誤差
跟蹤環路最佳帶寬設計
在環路設計中,環路帶寬的選擇是至關重要的。當環路帶寬選取較小時,環路的動態性能會降低;帶寬選取較大時,環路引入的熱噪聲誤差又會增大;因此環路就存在一個最佳帶寬的問題。
DLL環路最佳等效帶寬
PLL/FLL環路最佳等效帶寬
PLL環路帶寬性能仿真
多徑信號
多徑信號是指接收機除接收到衛星信號的直射波外,接收到該直射波的反射波信號(一路或多路),多徑信號對接收機的性能影響稱為多徑效應。多徑信號是GPS接收機特別是差分GPS接收機的主要誤差源。
多徑(跟載波頻率,碼速率,調制都有關系)干擾抑制技術
衛星信號設計
接收天線的設計與選址
數字信號處理技術
定位導航計算對測量值的處理
導航電文輸出
跟蹤環路處於穩定跟蹤狀態時,PLL的輸出並不是可供導航解算直接使用的導航電文,需要經過電文數據位同步找到1bit導航電文數據位邊界,進而利用同步碼找到每一個子幀導航電文的起始位置,經校驗后才可以使用。
位同步
基於跟蹤環輸出判斷:跟蹤環輸出1ms
電文數據位長20ms
解導航電文之前,必須把跟蹤環頻率為1000Hz輸出序列變換成50Hz序列
位同步的任務是找到數據位邊界
尋找數據位邊界方法:
后處理的模式下,用已知的信號模型與接收信號進行相關,相關最大值處是位跳變點
根據統計估計位跳變點
將環路輸出序列的每20ms數據分解為20個單元,每單元1ms,並設置20個單元計數器,用於在多個連續的20ms數據中記錄數據的符號位變化次數。當數據符號位改變時,相應的單元計數器值加1,直至某一單元計數器的值超過設定的門限,則此單元對應的位置即為導航電文數據位邊界。
利用了一段時間內,導航電文數據位邊界處的符號位變化頻率高於其他位置的特點。
幀同步
校驗
3類檢錯糾錯技術:
檢錯: 循環冗余碼檢驗, 奇偶校驗
檢錯糾錯: 奇偶校檢, 前向糾錯
恢復被破壞的發送數據塊的技術: 數據塊交錯編碼
先進信號處理技術
接收機技術發展的需求
1)高精度測量和處理技術:提高接收機PVT性能,提供高精度的偽距、載波相位等原始觀測數據,並采用高精度的測量方法進行處理;
2)衛星導航接收機抗干擾技術:抗干擾加固,以提高在電子戰環境中的作戰效能;可快速有效地做出抗干擾性能評估、抵抗大范圍同時發生的窄帶和寬帶干擾、可靈活地滿足各種平台應用等,是現代化信息戰爭中使用衛星導航接收機的前提;
3)多系統多模式兼容型接收機技術:提高衛星導航系統信息的安全性和可用性,減小信號被全部遮擋的可能,提高定位授時精度;
4)軟件接收機技術:提高多功能多用途的靈活集成;提高多星座多頻段兼容接收和多導航信息綜合處理能力;便於展開各種綜合應用、邊緣應用和專項應用研究;為新體制信號接收提供便利平台;
5)衛星導航與慣性傳感器組合接收機技術:實現各導航系統之間性能互補;通過信息冗余測量,提高導航系統的可靠性;解決短時干擾和遮擋的缺點。
接收機抗干擾技術
衛星的體積小,重量輕;
衛星離地球表面遠。
例如L1信號到達地面的最小信號功率為-160dBW,其信號強度僅相當於16000Km外一個25W的燈泡發出的光,或者說,它比電視機天線所接收到的功率要低10億倍。
使用干擾功率為1W的干擾機,在GPS1.6GHz頻帶上實施調頻噪聲干擾,就使GPS接收機在22Km范圍內不能工作,干擾功率每增加6dB,有效干擾距離就增加一倍。
接收機抗干擾技術
頻譜濾波
時間濾波
軸向調零
極化抗干擾
GPS與慣性導航(INS)組合
頻譜濾波
頻譜濾波包括帶通和帶阻濾波,此技術主要用於限定的窄帶和CW干擾源,以及強的帶外干擾源。但這種技術不適用於寬帶噪聲干擾或多個掃頻瞄准式噪聲干擾。
時間濾波
時間濾波在時間域內對信號特征進行處理,用數字信號處理(DSP)方法來實現可編程HR/FIR濾波器和相關器。這種技術是單一孔徑技術,用於多個窄帶噪聲干擾和CW干擾源,這種技術也能用於多徑效應和回波抵消干擾問題。
軸向調零
軸向調零技術用於在小的圓柱體上,它利用干涉儀和地面站的影響能在軸線方向形成一個可變調零,這種技術在軸線方向能產生10dB~15dB的干擾抑制。這種技術不能處理許多偏離軸線的干擾源。
極化抗干擾
極化抗干擾技術是單一孔徑技術,它利用極化調零來消除干擾信號。極化調零的實現是利用一個偵察和跟蹤/控制通道來識別和跟蹤干擾信號的相位和幅度,再用一個混合連接來抵消電路來抵消符合接收信號中的干擾部分。理論上,這種技術能抑制所有類型的干擾,包括寬帶噪聲。
軟件接收機
軟件接收機與硬件接收機相比具有很大的靈活性。當需要捕獲新的衛星信號時,只需要更改軟件,在軟件接收機中產生需要捕獲和跟蹤的新信號即可,無需更換和升級硬件。
軟件接收機具有的優點:
成本低
靈活性好
易於升級
可作為原型機:利用軟件接收機進行測試
GPS/慣性深組合技術
GPS/慣性深組合技術
深組合將組合概念應用到GPS接收機跟蹤環中,其主要思路是將INS中慣性測量單元(IMU)的量測信息和接收機同相正交信號進行深度耦合,在接收機內部實現IMU量測信息和GPS量測信息的深度最優融合,進而得到本地信號與接收信號的頻率相位差並反饋至本地信號產生電路,實現接收機環路的最優化控制。通過與IMU量測信息深度最優融合,深組合方式能夠有效地提高接收機在弱信號、高動態、干擾環境下的信號跟蹤性能。