极弱信号环境下GPS位同步和载波跟踪技术

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1、第31卷2010焦第6期6月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．31No．6June2010文章编号：1000-6893(2010)06—1204—09极弱信号环境下GPS位同步和载波跟踪技术赵琳，丁继成，孙明，舒宇(哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001)BitSynchronizationandCarrierTrackingforVeryWeakGPSSignalsZhaoLin，DingJieheng，SunMing，ShuYu(CollegeofAutomation，Har

2、binEngineeringUniversity，Harbin150001，China)摘要：为解决环路未锁定、无法找出正确的导航数据位跳变点时极弱全球定位系统(GPS)信号跟踪问题，通过分析信号跟踪模型和相关器lms采样数据特性，将最优路径动态规划算法应用于GPS位同步，并提出基于平方根无迹卡尔曼滤波(SRUKF)和位同步结合的载波联合跟踪算法。建立了适合位同步的SRUKF载波环参数估计模型，针对位同步的实现条件和无相位频率先验信息的情况，将位同步模块提前，研究设计了环路未锁定时串行和并行两种弱信号跟踪方案。位同步跟踪完成后环路采用单独的S

3、RUKF工作方式。实验结果证实该文提出的算法具有较高的数据位边缘检测概率(EDR)和参数估计性能，而无须关心环路是否处于锁定状态，能够对载噪比低至22dB／Hz的弱信号实现跟踪。关键词：全球定位系统；位同步；最优路径动态规划；平方根无迹卡尔曼滤波；弱信号；载波跟踪中图分类号：V249．3；TP391．9文献标识码：AAbstract：Toimplementveryweakglobalpositioningsystem(GPS)signaltrackingwhenthetrackingloopisunlockedanddatabitedgeis

4、unknown，thisarticleanalyzesGPSsignaltrackingmodelsandoutputcharacter—izationofcorrelatorsin1msintervals．DynamicprogrammingalgorithmisappliedforGPSbitsynehroniza-tion．Inaddition，twocombinationcarriertrackingschemesareproposedbasedonsquarerootunscentedKal—manfiltering(SRUKF)a

5、nddesignedbitsynchronizationmodule，bothofwhicharedesignedforverylowcar-tiertOnoiseratio(CNR)signals．Tosatisfythebitsynchronizationoperabilityandrealizeweaksignaltrack-ing，aspecialSRUKFerrortrackingmodelisestablishedandbitsynchronizationmoduleisperformedinad-vance．TheSRUKFwo

6、rksaloneafterbitsynchronization．Thetestingresultsindicatethatthemethodscansuccessfullydetectbitedgepositionwithhighparametricestimationwhetherornotthetrackingloopislocked．WhenCNRdecreasestO22dB／Hz，thecO-operationaltrackingschemeisstillabletOperform．Keywords：globalpositionin

7、gsystem；bitsynchronization；optimalpathdynamicprogramming；squarerootunscentedKalmanfiltering；weaksignal；carriertracking在无线设备定位、室内、隧道、高轨卫星等应用领域，由于特殊的应用环境，载噪比C／N。低于35dB／Hz的微弱全球定位系统(GPS)信号十分常见[1]，对其进行信号处理一直是近年来接收机技术研究的热点和难点。极弱信号的跟踪要求环路增加相关积分时间以尽可能地提高信噪比(SNR)，同时采取一定的措施减小跟踪误差。对于采

8、用扩频调制的GPSL1信号，积分上限为导航电文周期——20ms[引，在电文数据位边缘未知的情况下，弱信号的顺利跟踪需要通过位同步来避免环路积分时间跨越电文数据位边缘