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宽带抗干扰导航接收机性能研究与分析

作　者: 唐昊
导　师: 郭伟
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 导航接收机 FFT 扩展卡尔曼滤波分数阶傅里叶变换线性调频信号
分类号: TN965.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着科技的发展,全球定位系统(GPS)已深入我们的生活。但由于所采用的技术存在局限性,致使传统的定位系统可工作的环境受到较大限制。随着应用领域的不断拓宽,系统需要能够工作在信噪比更低、动态性更高以及干扰更强的环境中,这就对系统提出了更高的要求。导航接收机是GPS的使用终端,其中的同步系统是接收机能否正常工作的关键部分。为使定位系统能够工作在低信噪比、高动态和强干扰的环境中,本文将对导航接收机的同步系统和干扰抑制系统进行研究;在对导航接收机的结构和工作原理进行了分析后,结合GPS信号的特点指出在低信噪比、高动态和强干扰环境下系统同步的要点和难点。其主要内容如下:在低信噪比环境中的伪码捕获通常是利用增加信号的时间长度获得额外增益完成的。利用基于FFT的并行相关算法可以将信号分段并行进行计算,同时将对多普勒频率的分步多次搜索方式转换为同时搜索,从而降低计算量,减少了捕获时间。采用传统跟踪环对高动态环境中多普勒频率出现突变的GPS信号的载波进行跟踪,理论上需要通过增加跟踪带宽来实现。但跟踪环带宽增加的同时所带来的多余噪声会破坏跟踪的进行。利用扩展卡尔曼滤波对信号具有良好估计性能的特点,避免了由于带宽增加带来多余噪声破坏跟踪的问题,可以实现对高动态环境中的载波频率的跟踪。利用分数阶傅里叶变换对线性调频信号具有良好聚焦性的特点,将线性调频干扰信号滤除后的GPS信号中的伪码仍具有良好自相关性,解决了强干扰环境中线性调频干扰信号会破坏伪码相关性从而影响到系统同步捕获的问题。本文还对不同环境中的信号进行了仿真测试,重点研究了捕获模型的捕获性能与热噪声强度、多普勒效应和干扰强度之间的关系,对不同环境中的捕获性能进行了对比分析和研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-14
第一章引言  14-16
  1.1 研究背景  14-15
  1.2 研究目的和主要任务  15
  1.3 论文总体安排  15-16
第二章 GPS 系统简介  16-28
  2.1 引言  16
  2.2 导航信号结构及调制格式  16-21
    2.2.1 导航信号的组成  16-18
    2.2.2 伪随机码简介  18-19
    2.2.3 C/A 码的生成  19-21
  2.3 导航接收机结构  21-26
    2.3.1 接收机射频前端  21-24
    2.3.2 数字接收机通道  24-25
    2.3.3 载波跟踪  25-26
    2.3.4 码跟踪环  26
  2.4 抗干扰导航接收机  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章低信噪比环境中的粗测距码捕获  28-50
  3.1 引言  28-30
  3.2 GPS 信号时频同步捕获  30-37
    3.2.1 基于FFT 的相关处理原理  30-33
    3.2.2 基于FFT 信号捕获机制的数学描述  33-35
    3.2.3 GPS 信号时频同步捕获模型  35-37
  3.3 改进的GPS 信号时频同步捕获模型  37-39
  3.4 频率的精确估计  39-45
    3.4.1 精频估计原理  39-41
    3.4.2 迭代搜索精确频率  41-43
    3.4.3 频率误差补偿技术  43-45
  3.5 仿真与分析  45-49
    3.5.1 基于 FFT 的一维时频同步捕获  45-48
    3.5.2 精频估计  48-49
  3.6 本章小结  49-50
第四章高动态环境中的载波跟踪  50-64
  4.1 引言  50
  4.2 低动态环境下的载波跟踪  50-53
    4.2.1 锁相环的工作原理  50-52
    4.2.2 锁相环对 GPS 信号的跟踪  52-53
  4.3 高动态环境下的载波跟踪  53-60
    4.3.1 高动态环境下的跟踪环模型  53-54
    4.3.2 扩展卡尔曼滤波  54-58
    4.3.3 高动态环境下的载波相位和频率估计  58-60
  4.4 高动态环境下的EKF 跟踪性能仿真  60-63
  4.5 本章小结  63-64
第五章宽带干扰抑制技术  64-81
  5.1 引言  64
  5.2 分数阶傅里叶变换  64-69
    5.2.1 信号的时频变换简介  64-66
    5.2.2 分数阶傅里叶变换的基本定义  66-67
    5.2.3 离散分数阶傅里叶变换  67-69
  5.3 宽带线性调频干扰抑制  69-76
    5.3.1 线性调频信号  69-70
    5.3.2 分数阶傅里叶变换处理线性调频信号的基本原理  70-71
    5.3.3 Radon-Ambiguity 变换和分数阶傅里叶变换联合干扰检测  71-73
    5.3.4 分级迭代 RAT 搜索算法  73-74
    5.3.5 线性调频信号的干扰抑制处理  74-75
    5.3.6 分数阶傅里叶域的二次滤波技术  75-76
  5.4 并行宽带干扰抑制处理模型  76-77
  5.5 宽带干扰抑制仿真分析  77-80
    5.5.1 线性调频信号干扰对 C/A 码的影响  77-78
    5.5.2 干扰抑制算法对伪码的影响  78-80
    5.5.3 干扰抑制模块性能分析  80
  5.6 本章小结  80-81
第六章系统仿真与性能分析  81-97
  6.1 引言  81
  6.2 热噪声对系统性能影响  81-84
    6.2.1 一维时频同步捕获模型抗噪性能分析  81-83
    6.2.2 热噪声对载波跟踪性能的影响  83-84
  6.3 宽带线性调频干扰下的系统同步性能分析  84-86
    6.3.1 不同长度信号的抗干扰性能  84-86
    6.3.2 宽带线性调频干扰对检测性能的影响  86
  6.4 宽带抗干扰导航接收机系统性能研究  86-96
    6.4.1 干扰抑制算法的对信号检测的影响  86-89
    6.4.2 带噪强干扰环境中的系统捕获性能  89-96
  6.5 本章小结  96-97
第七章结束语  97-98
致谢  98-99
参考文献  99-101
攻硕期间取得的研究成果  101-102

宽带抗干扰导航接收机性能研究与分析

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