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1、2014年6月宇航计测技术Jun.,2014第34卷第3期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementVol.34,No.3試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試文章编号:1000-7202(2014)03-0008-05中图分类号:TN957.51文献标识码:A基于Kalman滤波的载波跟踪环路设计王一格孙武李君赵赛果(北京遥感设备研究所,北京100039)摘要基于Kalman滤波方法提出了一种新的高动态载波跟踪环路的设计方案,用以解决高动态、弱信号条件下对载波跟踪造成的困难。文中给出了整个环路
2、的设计方案,并详细讨论了环路中各个模块的参数传递过程。最后同FLL辅助PLL的跟踪环路进行了对比,仿真结果显示该环路在高动态状态下能够极大的改善跟踪性能。关键词Kalman滤波高动态GPS载波跟踪DesignofCarrierTrackingLoopbasedonKalmanFilteringWANGYi-geSUNWuLIJunZHAOSai-guo(BeijingInstituteofRemoteSensingEquipment,Beijing100039)AbstractTosolvethedifficultofcarriertrackingunderthecircumstancesof
3、highdynamicandweaksignals,anewstructureofhighdynamictrackingloopisproposedbasedonKalmanfiltering.Inthispaper,detailsofthelooparepresentedandthefunctionsofalltheblocksintheloopaswellaspa-rametertransmissionamongtheblocksarediscussed.Finally,comparedwiththeFLLassistedPLLtrack-ingloop,thesimulationresu
4、ltsindicatethatthedesignedloopgreatlyimprovethecapabilityoftrackingunderthecircumstancesofhighdynamic.KeywordsKalmanfilteringHighdynamicGPSCarriertracking1引言过环路的锁定门限导致载波跟踪失锁。如果不增大环路噪声带宽,在高动态时多普勒频偏超过滤波器在深空探测以及GPS导航中,载体间的高动态带宽则导致载波跟踪失锁。运动会产生较大的多普勒频率和多普勒变化率。这针对上述问题,本文基于Kalman滤波方法提出将对接收机的跟踪能力和跟踪精度产生极大的影
5、了一种新的高动态载波跟踪环路的设计方案。通过响。针对高动态环境,设计一个能够对载波信号的环路性能测试,证明了该环路在高动态状态下理论相位进行精确跟踪的环路成为了解决问题的关键。的正确性以及性能的优越性。若采用传统的载波环路(FLL辅助PLL),则必须增大载波跟踪环路的噪声带宽,来跟踪在其带宽范围2基于Kalman滤波的高动态载波跟内变化的多普勒信号。在增大环路噪声带宽的同时踪环路必然会引起噪声的增大,从而导致载波跟踪精度大大降低。当接收机处于低载噪比时,噪声电平会超不考虑伪码和数据位的情况下,输入中频信号第3期基于Kalman滤波的载波跟踪环路设计·9·可以表示为态估计值。Kalman滤波器的
6、状态方程为2s(i)=Acos[2π(fi+fd)×(i-)+φ0]+n(i)xéêTsùçxéê1ùç1Tséê1ùçé100ù(1)ê2çêçêx2ç=êçêx2ç+ê010çWk-1式中:———接收的延迟时间;f———接收信号载波êêçç01Tsêêççêçiëxûêêççëxûë001û3k3k-1的中心频率;f———接收信号载波的多普勒频率;ë001ûdφ———接收信号的载波相位。(10)0设锁频环NCO输出的同相分量和正交分量分其系统观测方程为别为éx1ù2êçZ^=éêê1TsTsùççêç+V(11)I(i)=2cos[2π(f+f^)i+φ^](2)kx2kNCOidë26û
7、êêçç^ëx3ûkQ(i)=-2sin[2π(f+f)i+φ^](3)NCOid式中:x———多普勒频偏;x———频偏的变化率,x122^式中:fd———本地再生的多普勒频率;φ^]———本地=·x;x———频偏的变化率的变化率,x=·x=x咬。13312再生的载波相位。W———系统的过程噪声。V———系统的测量噪kk输入中频信号经过混频、积分-清除后得到结22声。其均值都为0,方差分别为σ和σ
