高动态环境下北斗卫星信号跟踪增强技术研究

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1、中图分类号：V249.3论文编号：102870318-SX202学科分类号：081105硕士学位论文高动态环境下北斗卫星信号跟踪增强技术研究研究生姓名季国田学科、专业导航、制导与控制研究方向惯性技术与多信息融合组合导航指导教师赖际舟教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonEnhancementTrackingTechniqueofBDSignalsinHighDynamicA

2、pplicationsAThesisinNavigation,GuidanceandControlbyJiGuo-tianAdvisedbyProf.LaiJizhouSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。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，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南

3、京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要北斗系统以其在导航、定位领域的独特优势向亚太地区连续不间断的提供高精度的位姿和授时信息，随着北斗卫星在全球的布局，其服务范围将逐步扩大到全球用户。随着北斗卫星接收机的应用领域不断拓宽、使用环境日益复杂、需求不断增长，使得用户对于北斗接收机的性能提出更高的要求，北斗接收机技术面临着新的机遇和挑战。国防领域中，众多的导弹，高超声速飞行器承受的动态越来越高，使得接收到的卫星信号包含了很大的

4、多普勒频移和多普勒频移变化率。面对这样的应用环境，传统的北斗接收机环路只能通过扩大带宽的手段保持跟踪，但其弊端是引入了过多的噪声使跟踪精度下降。因此，本文主要针对高动态场景下接收机动态适应性和跟踪精度的矛盾问题，开展了接收机跟踪环路性能增强技术的研究工作。首先论文对典型的载体高动态场景进行运动学模型建立与分析，并对卫星下行信号的高动态特性进行推导；随后，论文针对传统接收机环路结构与功能进行分析，研究了高动态环境下传统接收机跟踪环路面临的问题；最后，针对高动态典型的应用场景，论文提出了两种接收机跟踪性能增强的思路；其次，加速度突变前后，卫星下行信号特性改变而传统接收机跟踪环路的跟踪策略固定

5、不变，因此会导致的跟踪性能下降甚至失锁问题，论文从环路带宽和环路阶数两个因素出发，对跟踪环路结构和参数的自适应调整进行研究和设计。首先研究了不同阶数的环路对于不同激励的稳态响应；然后推导了影响跟踪性能的主要误差；在以上研究的基础上设计了带宽/环路阶数自适应调节模块，比对分析了改进后的跟踪环路性能提升情况。在不引入任何外部信息的情况下，为接收机提高自身跟踪性能提供了理论基础。随后论文对加速度缓变的高动态场景下接收机性能增强技术进行了研究。考虑到加速度缓变高动态场景下接收机无法稳定跟踪而频繁调整带宽又会造成不稳定为问题，设计了惯性信息辅助PLL的载波增强算法。首先分析了惯性辅助给跟踪环路引入

6、的额外误差，随后分析了引入惯性辅助信息的必要性，提出了PLL/INS自适应切换的跟踪环路结构和算法，最后对比分析了改进后的算法对于跟踪性能的提升情况，验证了算法的有效性。最后，为了分析和验证第三章和第四章所设计的跟踪方案对于跟踪效果的提升作用和定位性能，论文对改进的跟踪环路软件算法进行了编排，设计并搭建了北斗载波跟踪环路性能增强仿真平台。该仿真平台通过导航信号仿真子平台实现高动态场景下导航信息仿真，随后通过接收机性能验证子平台完成跟踪与导航解算过程，最终进行误差分析，该平台形成了一套完整的从信号产生到接收机跟踪、导航解算再到误差分析的完整闭环。论文的研究工作为高动态场景下北斗接收机的设计

7、、研制与性能优化提供了较好的参考，I高动态环境下北斗卫星信号跟踪增强技术研究对于硬件平台的开发具有指导性作用，有较好的工程应用价值。关键词：北斗接收机，高动态，载波跟踪，权值调整，自适应，惯性辅助II南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTWiththeuniqueadvantagesinthefieldofnavigationandpositioning,Beidousystemprovideshighprecisionand