導(dǎo)航信號跟蹤理論及高精度測角技術(shù)研究.pdf

1、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在軍事和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用越來越重要，許多國家都開始建設(shè)獨(dú)立自主的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。美國的GPS 系統(tǒng)發(fā)展得最早也最成熟，俄羅斯的GLONASS和歐盟的Galileo 系統(tǒng)都在不斷的完善之中，中國正在建設(shè)COMPASS 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)中，信號體制的設(shè)計十分關(guān)鍵，它直接決定了系統(tǒng)的性能。而評價信號在當(dāng)前接收技術(shù)下的接收性能能為信號體制的設(shè)計和評估提供指導(dǎo)，因?yàn)樵谙嗤邮諜C(jī)參數(shù)的情況下，采用不同信號時的

2、性能差異反映了信號本身的性能差異。為敘述方便，下文中涉及到導(dǎo)航信號在目前接收技術(shù)條件下的跟蹤性能時都簡述為導(dǎo)航信號的跟蹤性能。主要成果及貢獻(xiàn)如下：
　　 ⑴提出了載波跟蹤環(huán)路（鎖相環(huán)）的頻率跟蹤誤差的模型。目前主要是通過仿真來評價載波跟蹤環(huán)路的頻率跟蹤性能。針對該問題，本文分別從模擬域和數(shù)字域進(jìn)行建模，在考慮前端帶限的情況下，導(dǎo)出了采用相干和非相干鑒相器的載波跟蹤環(huán)路的頻率跟蹤誤差解析式。在歸一化環(huán)路帶寬不同的情況下，分析了模擬

3、域和數(shù)字域的理論結(jié)果與仿真結(jié)果的差異，得出了歸一化環(huán)路帶寬不滿足遠(yuǎn)小于1的條件下，數(shù)字域的理論結(jié)果能更好地與仿真結(jié)果吻合的結(jié)論。本論文建立的理論模型和所得結(jié)論可以為接收機(jī)的優(yōu)化設(shè)計和導(dǎo)航信號體制綜合適用性評估中的頻率跟蹤性能的評估提供理論支持和指導(dǎo)。
　　 ⑵建立了前端帶限情況下載波相位跟蹤誤差的模型。目前廣泛采用的相位跟蹤誤差表達(dá)式是在無限前端帶寬的條件下得出的。雖然有文獻(xiàn)給出了前端帶限對載波跟蹤環(huán)路影響不大的結(jié)論，但是缺乏定

4、量描述。本論文分別從模擬域和數(shù)字域建模，在考慮前端帶限的情況下，導(dǎo)出了采用相干和非相干鑒相器的載波跟蹤環(huán)路的相位跟蹤誤差解析式。在歸一化環(huán)路帶寬不同的情況下，分析了模擬域和數(shù)字域的理論結(jié)果與仿真結(jié)果的差異，得出了在歸一化環(huán)路帶寬不滿足遠(yuǎn)小于1的條件下，數(shù)字域的理論結(jié)果能更好地與仿真結(jié)果相吻合的結(jié)論。這些結(jié)論為直接從數(shù)字域設(shè)計和優(yōu)化接收機(jī)的環(huán)路參數(shù)以及導(dǎo)航信號體制綜合適用性評估中的載波相位跟蹤性能的評估提供了理論支持。
　　 ⑶提

5、出了衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)抗單頻干擾性能評估的模型。現(xiàn)有單頻干擾下的跟蹤誤差模型是建立在高斯假設(shè)和忽略偽碼譜線影響的基礎(chǔ)上，已經(jīng)不適用于衛(wèi)星導(dǎo)航信號中的導(dǎo)頻通道和信號采用類似于GPS C/A 碼的短周期偽碼時的情況，此外，考慮偽碼離散譜線時相關(guān)器輸出的信噪比不能描述偽碼跟蹤性能。針對這些問題，本論文在考慮偽碼譜線影響的前提下，建立了單頻干擾下碼跟蹤誤差的模型。分析了采用相干超前減滯后鑒相器、非相干超前減滯后功率鑒相器和非相干點(diǎn)積鑒相器時的碼跟蹤

6、誤差，并進(jìn)行了計算機(jī)仿真驗(yàn)證。導(dǎo)出了通過減小相關(guān)器間隔獲得的碼跟蹤性能改善的極限。在此基礎(chǔ)上，分析了GPS L5和Galileo E1OS 信號在單頻干擾下的跟蹤性能。結(jié)果表明，部分偽碼在單頻干擾下的跟蹤性能要低于平均水平，因此可在本文提出的理論模型的基礎(chǔ)上，對相應(yīng)的偽碼進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以減小信號本身導(dǎo)致的抗干擾性能與平均水平的差異。建立的理論模型和得出的結(jié)論可為信號結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和設(shè)計提供理論基礎(chǔ)和參考，特別是為我國正在建設(shè)的COMPASS

7、 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號體制的設(shè)計和優(yōu)化提供了理論支持。
　　 ⑷提出了基于短基線的實(shí)時的高精度角度測量方法。針對飛行編隊中需要通過安裝在飛行器上的短基線來獲得高精度、實(shí)時的角度測量問題進(jìn)行了研究。若要在短基線（小于10 m）上獲得高精度的角度測量，則需要采用高頻載波（GHz以上），所以引入了載波整周模糊問題。而目前角度測量中用到的解決整周模糊問題的方法都不能很好的解決該問題。本論文借鑒GPS中的寬巷思想，提出了一種偽碼輔助載波