● 摘要
设计在高动态环境下工作的卫星导航接收机，其核心的难点在于卫星伪码的快速捕获和稳定跟踪。在软件接收机中，应用FFT的并行捕获方法加快了捕获速度，利用C/A码的结构特性还可以实现多路信号的同时捕获。锁相环的跟踪性能受到信号动态特性和各种噪声的多重干扰，其中热噪声和多普勒频移是最主要的影响因素。设计高动态环境下的锁相环，必须在快速性和准确性之间做出折衷，本文尝试用几种方法解决这一矛盾：基于卡尔曼滤波的跟踪算法，自适应带宽算法和高阶环路设计。卡尔曼算法利用载波相位动态模型和鉴相器输出测量方程来估计输入信号和本地NCO的相位偏差、多普勒频移和多普勒频移变化率。在缩短预积分时间和提高环路带宽的条件下，仍有效的降低了测量噪声。基于卡尔曼滤波的跟踪算法尤其适用于低载噪比信号和由于高动态特性而需要宽带宽的信号跟踪。自适应带宽算法估计信号的动态特性和噪声水平来调节环路带宽。它适用于正常信噪比以及随机变化相对较小的高动态信号，对于动态应力相对较小的时间段上的信号跟踪性能有显著的提升。高阶环路克服了传统的二阶和三阶环路对信号动态应力敏感的缺点，将PLL和FLL融合到一起，既扩大了环路的动态范围，又保证了跟踪精度。GPS信号的捕获与跟踪算法，稍加修改后即可应用于其他直接序列扩频信号，如测距干涉仪等设备。