低功耗GNSS接收机基带跟踪环路设计.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TN492密级：公开UDC：621.38学号：151235低功耗GNSS接收机基带跟踪环路设计研究生姓名：李乐乐导师姓名：单伟伟申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称电子科学与技术论文答辩日期2018年6月9日二级学科名称微电子学与固体电子学学位授予日期答辩委员会主席蔡跃明评阅人蔡跃明吴建辉2018年6月9日硕士学位论文低功耗GNSS接收机基带跟踪环路设计专业名称：微电子学与固体电子学研究生姓名：李乐乐导师姓名：单伟伟副教授DESIGNOFBASEBANDTRACKING

2、LOOPFORLOWPOWERGNSSRECEIVERAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYLILeleSupervisedbyAssoc.Prof.SHANWeiweiSchoolofElectronicScienceandEngineeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研

3、究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人

4、电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要物联网（InternetofThings，IoT）的兴起带来IoT技术与设备的研发热潮。准确、实时的定位是IoT设备的重要功能。全球卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）是应用广泛的导航定位系统。但传统GNSS

5、接收机模块功耗较高难以满足IoT设备的要求，因而低功耗GNSS接收机成为研究的热点。全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）是GNSS中应用最广泛的卫星系统，本文的设计和评估将围绕GPS展开。本文采用惯性导航系统（InertialNavigationSystem，INS）辅助GPS接收机架构，GPS定位模块间歇工作，在其关闭时由低功耗INS模块进行惯性导航定位，从而系统具有低的工作功耗。定位系统的功耗主要取决于GPS模块的捕获和跟踪过程。因此如何设计跟踪环路降低系统定位功耗成为本文的

6、研究重点。本文设计了一种基于卡尔曼滤波器的快速牵引跟踪环路。该跟踪环路使用用户位置预测GPS信号码相位、多普勒，使得GPS模块开启时刻码相位与多普勒在跟踪环路牵引范围之内，从而接收机可以直接进入跟踪状态，避免捕获过程。接收机进入跟踪后，本地复制信号与接收GPS信号之间存在较大误差。在载波跟踪环路和码跟踪环路中，本文使用频差补偿的方法对抗由频差带来的相干积分衰减，提高鉴频鉴相精度。获得频率和相位偏差后，使用卡尔曼滤波器作为环路滤波器，先通过大的噪声带宽来加速环路的牵引过程，然后逐渐减小噪声带宽获得更好的伪距和多普勒

7、精度。仿真结果表明本文设计的快速牵引跟踪环路在40dB.Hz信号功率，初始误差30m伪距误差，26Hz多普勒误差，100ms时间牵引后伪距精度3.25m，多普勒精度1.65Hz。本文通过软件接收机对基于快速牵引跟踪环路算法的接收机进行仿真验证和评估。仿真实验表明本文设计的基于快速牵引跟踪环路的INS辅助GPS接收机功耗为3.0mW，伪距精度在-130dBm时为4.41m，在空间位置精度因子（PositionDilutionofPrecision，PDOP）为1.25的情况下可实现5m圆概率误差（CircularE

8、rrorProbable，CEP）定位精度。关键词：全球定位系统，低功耗，跟踪环路，卡尔曼滤波IAbstractAbstractTheriseoftheInternetofThings(IoT)hasbroughtaboutanupsurgeofresearchanddevelopmentofIoTtechnologyandequipment.Accurate,real-