高动态下GPS信号的捕获和跟踪技术研究_陈斌杰

为检测高动态 GPS 信号 ,需要设计码环及载波环的捕获和跟踪数字系统 。如何快速捕获信号 , 并进行精确跟 踪 ,是问题的关键 。 针对高动态环境下 GPS 信号的捕获和跟踪问题 ,分析了高动态环境对 GPS 信号的影响 ,提出了 F F T 码 快速捕获算法 ,以及二阶 FLL 与三阶 PLL 混合载波跟踪方案 ,并对码环和载波环的结构和参数的设计方法进行了说明 。 仿 真结果和分析表明该方案能在高动态环境下实现信号的快速捕获 ,且能较好地满足接收机动态性能和跟踪精度的要求 。 在研究高动态下GPS信号的捕获和跟踪技术的过程中，涉及了多个关键技术点和概念。为了实现GPS信号在高速移动或快速变化环境下精确快速捕获及稳定跟踪，需要对GPS接收机中的码环和载波环进行特别设计。本文献中提到了使用快速傅里叶变换(FFT)算法来提升GPS信号的捕获速度，并通过组合二阶频率锁定环(FLL)与三阶相位锁定环(PLL)的混合策略来实现载波的精确跟踪。 FFT算法是一种高效的数据处理方法，可应用于GPS信号快速捕获，其优势在于能够将时域信号快速转换至频域，从而加快信号相关处理速度。在高动态环境下，传统的捕获方法受限于处理速度和计算复杂度，FFT快速捕获算法能够在较短时间内完成大量候选信号频率点的相关计算，显著提高信号捕获效率。 在载波跟踪方面，二阶FLL与三阶PLL的组合方案可以提供更加稳定和精确的跟踪性能。二阶FLL主要负责频率的捕获和跟踪，能快速响应频率变化，适用于高动态条件下的频率偏移补偿。三阶PLL则具有更好的相位噪声抑制能力，能提供更精确的相位跟踪。当二者结合时，FLL能够快速锁定载波频率并将其引导至PLL的有效工作范围，然后由PLL完成精确跟踪。 码环和载波环的设计方法是确保上述捕获和跟踪算法有效实现的关键。码环负责解码接收到的信号，而载波环则确保本地载波信号与接收信号保持同步。这些环路的设计涉及信号处理、滤波器设计、环路滤波器的参数优化等多个方面，需要根据GPS信号的特性以及接收机的工作环境来综合考虑。 仿真结果和分析验证了所提出的方案的有效性，指出在高动态环境下能够实现快速的GPS信号捕获，并且满足接收机动态性能和跟踪精度的要求。这表明设计的码环和载波环结构与参数设置得当，可以适应于如高速飞行器、移动通信设备等高动态应用场合。 具体到实现细节，文献中还提到了使用特定硬件处理器，例如TI的TMS320VC33 DSP，以及采用500Hz的NCO(Numerically Controlled Oscillator，数控振荡器)等。这些都说明了在实际操作中，算法的实现会受到硬件性能、处理速度和资源消耗等因素的影响。 本文献中探讨的技术对于GPS接收器的设计者来说具有重要的参考价值，尤其是在设计能够在高动态环境下正常工作的GPS设备时。通过上述的技术方法，可以有效解决GPS信号在高动态条件下的捕获和跟踪难题，从而拓展GPS技术的应用范围，为航空、航海、车辆导航以及其他需要在动态变化环境下进行精确定位和导航的场景提供支持。