GNSS接收机采样率的选择及对相关器输出的影响.pdf

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1、2014年2月西北工业大学学报Feb．2014第32卷第1期JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityVol_32No．1GNSS接收机采样率的选择及对相关器输出的影响宋玉龙，廉保旺(西北工业大学电子信息学院，陕西西安710072)摘要：卫星导航系统数字接收机的开发首先要考虑采样率的设计，采样率的选择对接收机的运行、跟踪精度以及基带数字处理速度有着重要影响。首先研究了外差式和低中频2种射频前端结构下输出的中频信号的形式和中频频率选取原则，接着针对这2种中频信号分别设计了

2、实／复数信号的抗混叠带通采样率；通过仿真讨论分别得到了采样率的选取与伪码速率、相关器间隔的关系，及其对相关器输出与跟踪性能的影响；最后综合各种因素给出了采样率的选取策略。关键词：卫星导航系统；采样率；射频前端结构；带通采样；伪码速率；相关器间隔中图分类号：TN967．1文献标志码：A文章编号：1000-2758(2014)01-0075—06大多数现代GNSS(globalnavigationsatellitesys—出具有说服力的仿真结果。本文解决了这些问题。tem，全球导航卫星系统)接收机是数字接收机，而文献[

3、10]给出了相关器间隔对采样率选择的影响，开发数字接收机的首要工作就是设计采样率，它直本文通过仿真和论证纠正了文中存在的错误。接影响了接收机的正常工作、跟踪精度和资源利用最后本文综合考虑了信号形式、中频频率、伪码效率。采样率的选择主要取决于中频信号形式速率、相关器间隔及硬件资源等因素，给出了最优的(实／复信号)、中频频率、伪码速率及相关器间采样率设计策略。隔等。接收机射频前端结构的不同会影响中频频率的采样率与中频频率选择，以及中频信号的形式，并决定了带通采样的策略。文献[1]对外差式、零中频、低中频等射频前端1．1

4、射频前端结构结构及混频信号频谱进行了详细的分析，并讨论了射频前端模块位于接收机天线与基带数字信号各自的优缺点。本文对GNSS数字接收机常用的外处理模块之间，它的主要目的是将接收到的射频模差式和低中频结构进行了研究。拟信号数字化成包含GNSS信号成分、频率较低的在射频前端输出的中频信号基础上需要研究带中频信号，并在此过程中进行必要的滤波和增益控通采样率的设计。Akos在文献[2．3]中研究了将射制。卫星与接收机之间的相对运动会引起信号载波频信号用带通采样直接下变频到基带的方案，并说频率的多普勒效应，使接收到的卫星信号

5、的载波频明了带通采样的原理及采样率的设计方法；文献率发生偏移。因为这种相对运动状况和相应的多普[4]中详细研究了实数信号的带通采样率设计；文勒频移量通常是不可预测的，所以射频前端只得将献[5]中详细研究了复数信号的带通采样率设计。接收信号从射频下变频到中频(或者近基带)，而不本文研究在实／复数形式的中频信号上进行抗混叠是直接下变频到真正的基带¨。带通采样(不利用带通采样下变频)的采样率设计。GNSS接收机的射频前端主要采用2种结构，一文献[6-9]研究了采样率对环路跟踪性能的影种是经典的外差式接收机结构，如图1所示

6、；另一种响，均推荐采样率设计成伪码速率的非整数倍，但并是近来各接收机厂商常使用的低中频结构，如图2没有深入研究影响跟踪性能的根本原因，也没有给收稿日期：2013．05．04基金项目：国家自然科学基金(61301094)及西北工业大学基础研究基金(NPU—FFR-JCY20130135)资助作者简介：宋玉龙(1989一)，西北工业大学博士研究生，主要从事GNSS数字基带接收机及软件无线电的研究。·76·西北工业大学学报第32卷所示。2种结构在对中频频率的选择以及之后的以为单位进行搬移复制，如(3)式所示：．川=A／D

7、采样方面都有着不同的处理方案。一mf,，m=0，±1，⋯，±∞(3)式中：是原信号的中心频率是采样后出现的将原信号频谱搬移m个采样频率后复制出的中心频率。如上一小节所述，不同的射频前端结构会得到图1外差式接收机结构框图不同形式的中频信号，如传统外差式的实信号(具有双边对称频谱，称双边带信号)，以及低中频结构外差式接收机结构具有较好的性能，但是由于的复信号(仅有单个频谱，称单边带信号)。2类信存在镜像干扰，镜像抑制滤波器(射频滤波器)和通号的带通采样过程需要分别对待，下面进行详细道选择滤波器(中频滤波器)比较难做，成

8、本较高。说明。图l所示的接收机结构下，中频输出实信号，中频频1．2．1双边带信号率的选择首先要考虑到信号带宽曰，至少应该大于对于仅具有一个频带的实信号(单频信号)，带B／2，否则会造成正负频率分量的混叠。通采样后可能导致原频带与复制频带间的混叠，以及正负频率分量间的混叠。。信息频带．f．信息频带．LoIlIsin(2：f1Dsf{。l函：i函{l：l．，觥勰