通道非理想特性对导航接收机载波相位测量精度的影响分析
使用GNSS技术进行快速测绘的注意事项
使用GNSS技术进行快速测绘的注意事项现如今，全球导航卫星系统(GNSS)技术被广泛应用于测绘和地理信息领域。
它以其高精度、高效率和全天候的特点，成为现代测绘工作中不可或缺的工具。
然而，尽管GNSS技术在实践中已经验证其可靠性，但在使用GNSS进行快速测绘时，仍需注意以下几个方面，以保证测绘结果的准确性和可靠性。
1. 高质量的接收机和天线选择GNSS接收机是测绘中至关重要的设备。
为了获取准确的测量结果，选择高质量的GNSS接收机是首要要求。
而在选择接收机时，应注意其接收机芯片的性能指标，如灵敏度、抗干扰能力、动态范围等。
此外，配备合适的天线也是保证测量结果准确性的关键点。
选择适应所需环境和应用场景的天线，如天线增益、相位中心等指标需慎重考虑。
2. 熟悉工作环境和地形条件在进行快速测绘前，必须对测绘区域的工作环境和地形条件有一定的了解。
是否有高大的建筑物、密集的树林或其他屏蔽物，都会对GNSS信号接收和测绘结果产生影响。
合理选择测量站点，避开潜在的干扰源或遮挡物，有助于提高GNSS信号的质量和稳定性。
3. 多站测量和数据处理为了获取高精度的测量结果，建议进行多站测量，并使用差分测量和数据处理技术。
多站测量可减小由错误观测引起的测量误差，提高测量精度。
差分测量是一种通过相对测量来消除接收机和天线的非理想特性所引起的误差的方法，可有效提高定位精度。
4. 数据后处理对于快速测绘，数据后处理是不可或缺的环节。
数据后处理包括载波相位平滑、滤波、卫星轨道预报、数据瘦身等工作。
平滑载波相位可以提高测量结果的精度，而滤波则有助于去除测量过程中的噪声。
卫星轨道预报是为了补偿信号传播时延引起的误差，而数据瘦身则是为了减少数据存储和传输的容量。
5. 实地验证和维护虽然GNSS技术经过了严格的测试与标定，但在实际测绘工作中，由于环境和设备等不确定因素，仍然会存在一定误差。
因此，及时的实地验证和维护是必不可少的步骤。
实地验证可以通过对已知控制点的测量进行对比，检验GNSS测量结果的准确性。
mwc系统射频调制通道设计分析与校准方法研究
摘要摘要MWC系统是基于压缩感知的一种模拟信息转换架构，能够针对载频未知的多频带信号进行压缩采样，其结构主要包括对被测信号混频、滤波、低速采样以及算法重构，在硬件结构上信号调制通道主要包括功分器、混频器、滤波器等器件，其物理结构简单易于实现。
虽然数值仿真得到很完全的信号重构，但由于实际物理系统特别是射频系统中存在各类非理想特性，对重构信号影响很大。
本文将设计MWC系统射频调制通道，分析器件的非理想特性对MWC系统的影响，并研究相应的校准方法，验证其对多频带信号的频谱感知能力。
具体内容如下：1、对MWC系统理论进行深入研究，设置相应的调制通道系统参数。
分析混频、滤波和采样等环节在MWC系统中的具体作用，介绍MWC系统物理通道扩展原理，分析其信号重构过程，指出其实现信号完全重构的条件。
根据验证的多频带信号的指标，确定MWC射频系统调制通道的设计指标。
2、根据射频调制通道的设计指标进行总体方案设计。
完成对功分器、混频器、滤波器和放大器等器件的选型，并研究器件的非理想特性，如功分器的回波损耗和插入损耗，混频器的回波损耗、变频损耗和隔离度，滤波器的非矩形频响特性等。
并设计其实验测试平台，主要包括信号源、射频调制通道、采样模块以及高速伪随机序列生成模块。
3、根据选购的器件特性，简化其非理想特性模型，分析不同特性对MWC系统的影响，针对滤波器非理想的频响特性提出滤波器频域补偿法，采用正弦激励法来测量畸变的感知矩阵。
在扩展系统中，提出逐次移相修正法减小正弦激励法中对激励信号初始相位的要求。
并对这些非理想模型建模仿真，分析校准方法的有效性和可行性。
4、组建MWC系统射频调制通道和实验测试平台，进行多频带信号欠采样验证、器件非理想特性分析。
该调制通道以400MSa/s的总采样率，实现对奈奎斯特为2GHz的未知载频QPSK多频带信号的压缩采样，在使用校准方法的情况下，能以高概率重构出多频带信号的载频位置和带宽等频域特征，并实验验证了器件非理性特性对MWC系统的不良影响，最终总结了MWC系统中硬件的各类非理性特性的原因、影响和校准方法。
新体制导航信号下IQ幅相不一致对接收机测距零值的影响分析
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｚｅｒｏｖａｌｕｅｉｎｒｅｃｅｉｖｅｒｓｕｎｄｅｒＩ／Ｑａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄ ｐｈａｓｅｉｍｂａｌａｎｃｅｗｉｔｈｎｅｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓ
ＬＩＢａｉｙｕ，ＴＡＮＧＸｉａｏｍｅｉ，ＷＡＮＧＹａｏｄｉｎｇ，ＬＩＵＺｈｅ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｎｃｅｔｈｅｂａｎｄｗｉｄｔｈｏｆｍｏｄｅｒｎｉｚｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｃｏｍｐｌｅｘｓｉｇｎａｌｓａｍｐｌｉｎｇｈａｖｅａｒａｉｓｉｎｇｂｅｎｅｆｉｔ ｂｙｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｓａｍｐｌｉｎｇｒａｔｅ．ＢｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅＩ／Ｑ ａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｐｈａｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅｉｍｂａｌａｎｃｅ，ｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｓｉｇｎａｌｓａｍｐｌｉｎｇｍａｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｅｒｒｏｒｔｏｔｈｅｐｓｅｕｄｏｒａｎｇｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｎｔｈｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｒｅｃｅｉｖｅｒｓ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｅｘｐｌａｉｎｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｎｏｎｉｄｅａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｓｉｇｎａｌｃｈａｎｎｅｌ，Ｉ／ＱａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｐｈａｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅｉｍｂａｌａｎｃｅｏｎｔｈｅｚｅｒｏｖａｌｕｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｎＢＰＳＫ／ＱＰＳＫｎａｖｉｇａｔｉｏｎｒｅｃｅｉｖｅｒｓ ｗｅｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｐｓｅｕｄｏｒａｎｇｅｚｅｒｏｖａｌｕｅｏｆＢＯＣｓｉｇｎａｌａｆｆｅｃｔｅｄｂｙＩ／Ｑｉｍｂａｌａｎｃｅａｎｄｔｈｅｎｏｎｉｄｅａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｓｉｇｎａｌ ｃｈａｎｎｅｌｗａｓｄｅｒｉｖｅｄ．Ｔｈｅｚｅｒｏｖａｌｕｅｓｈｉｆｔｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｔｗｏｆａｃｔｏｒｓｉｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎａｎｔｉｊａｍｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｉｓｈｉｇｈｌｙｃｌｏｓｅｔｏｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｉｎｓｏｆｔｗａｒｅｒｅｃｅｉｖｅｒｓ，ｗｈｅｒｅｔｈｅｅｒｒｏｒｉｓｗｉｔｈｉｎ１５×１０－４ ｃｈｉｐ．Ｔｈｉｓｒｅｓｕｌｔｐｒｏｖｅｓｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｐｒｏｖｉｄｅｐｒｉｏｒｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｆｏｒｆｅａｔｕｒｅｓｏｆａｎａｌｏｇｃｈａｎｎｅｌｉｎｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｒｅｃｅｉｖｅｒｓ，ｗｈｉｃｈｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｚｅｒｏｖａｌｕｅｃｈａｎｇｅｉｎｔｈｅｊａｍｍｉｎｇｓｃｅｎａｒｉｏ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎａｖｉｇａｔｉｏｎｒｅｃｅｉｖｅｒ；ｎｏｎｉｄｅａｌｃｈａｎｎｅｌ；Ｉ／Ｑａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｐｈａｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅｅｒｒｏｒｓ；ｚｅｒｏｖａｌｕｅ
北斗一代卫星导航接收机射频通道技术研究
北斗一代卫星导航接收机射频通道技术研究随着全球定位系统的广泛应用，卫星导航技术在现代社会中的重要性日益凸显。
其中，北斗卫星导航系统作为中国自主研发的全球卫星导航系统，具有广阔的应用前景。
而在北斗一代卫星导航接收机中，射频通道技术是实现高精度定位的关键之一。
射频通道技术是指将接收到的卫星导航信号通过射频前端电路进行处理和放大，以便后续数字信号处理模块进行解调和定位计算。
在北斗一代卫星导航接收机中，射频通道技术的设计与实现直接影响到系统的性能和可靠性。
首先，北斗一代卫星导航接收机的射频通道技术需要具备高灵敏度和低噪声的特点。
由于卫星导航信号的弱化和噪声的干扰，射频通道必须具备较高的灵敏度，以提高接收机对信号的接收能力。
同时，抑制噪声和干扰也是射频通道技术设计的重点，通过使用低噪声放大器和滤波器等组件，可以有效提高系统的信噪比和抗干扰能力。
其次，北斗一代卫星导航接收机的射频通道技术需要具备宽动态范围和高抗多径干扰的能力。
由于卫星导航信号在传播过程中会受到地面、建筑物等物体的反射和散射影响，产生多径干扰现象。
射频通道技术需要通过采用合适的信号处理算法和抗干扰技术，有效抑制多径干扰，提高系统的定位精度和可靠性。
此外，北斗一代卫星导航接收机的射频通道技术还需要具备较高的动态跟踪范围和快速跟踪速度。
由于卫星导航系统中的卫星数量较多，并且卫星的运动速度较快，接收机需要能够快速捕获和跟踪信号，以确保持续的定位服务。
因此，射频通道技术需要具备良好的跟踪性能和快速锁定能力，以适应不同的信号环境和卫星运动状态。
总之，北斗一代卫星导航接收机的射频通道技术在实现高精度定位方面起着至关重要的作用。
通过提高灵敏度、抗干扰能力和跟踪性能，射频通道技术可以有效提高接收机的性能和可靠性，为用户提供更加精准和可靠的定位服务。
随着北斗卫星导航系统的不断发展和应用，射频通道技术的研究和创新也将得到进一步推进，为卫星导航技术的发展做出更大的贡献。
导航接收机指标分析及测试
1测试目的1）检测卫星导航接收机的功能是否满足技术要求，功能测试主要包括：具备B3、Bl, L1 单频点定位功能；具备B1B3双频定位功能；具备B3L1兼容定位功能；可接收I7S等速度信息；具备定位、测速、原始电文及观测量等信息输出功能。
2）检测卫星导航接收机的性能指标是否满足技术要求，性能测试主要包括：动态性能、定位测速精度、捕获定位时间、捕获跟踪通道数、信号动态围、灵敏度、数据跟新率、供电电压、功耗等。
3）检测卫星导航接收机的接口是否满足技术要求，接口测试主要包括：射频接口、数据接口、与惯性导航系统（INS）接口、IPPS秒脉冲输出接口。
2测试要求测试要求主要包括：场地要求、环境要求、辅助测试设备要求。
a）场地要求：工作台干净、平整，具有良好的防静电功能，同时确保测试场地周边没有其他干扰信号。
测试分为室对卫星信号模拟源测试和室外对天（真实信号）测试两种测试方式。
b）环境要求：温度15°（2'35笙、相对湿度20%'80%.室照度＞500cd/c m\c）设备要求：万用表、专用线缆、计算机串口工作正常、直流稳压电源、示波器、模拟源。
测试所用仪器、仪表、高频线缆等必须满足测试所需的电磁兼容性和测试精度要求，并在标定有效期使用。
所选用的通用测试仪器必须符合国家有关标准并经计量部门检定合格，测试设备必须经过严格标定。
3测试仪器及系统连接1）测试所需仪器、仪表等物品如下表所示：表3-1测试仪器物品清单表控制与评佔订算机卫星信号模拟源高动态卫星导测试仪器指令、响应•程控电源设备名称数董说明多頻点卫星信号模拟源1包括B3、Bl. L1頻点信号示波器1頻谱仪1直流稳压电源1监控记录计算机1数字万用表1秒表1电子称1卡尺12）系统连接测试项目分为两种连接方式：室对卫星信号模拟源测试和室外对天信号测试a）室对卫星信号模拟源测试连接图图3-1室对卫星信号模拟源测试连接图b）室外对天信号测试连接图ir 算机卫星信号接收天线高动态卫星导航接收机电源图3-2室外对天信号测试连接图4测试方法及判别依据4.1外观检验板卡：外表无划伤、裂纹、绝缘物破裂现象；标识：序列号、硬件版本号、PCB板号；标识应清晰、正确；射频针头：齐全，无变形；芯片管脚：用放大镜仔细看，无翘起，焊点光滑。
卫星导航抗干扰射频通道指标分析
卫星导航抗干扰射频通道指标分析卫星导航系统在军事、民用、航空等领域中具有重要的作用，而射频通道的稳定性和抗干扰能力是卫星导航系统性能的关键因素之一。
本文将对卫星导航系统的射频通道指标进行分析，包括抗干扰能力、强干扰的影响、接收灵敏度等指标，并探讨提高卫星导航系统射频通道抗干扰能力的方法。
一、抗干扰能力卫星导航系统是通过接收卫星发射的信号来定位的，而在实际应用中，干扰信号往往会降低卫星导航系统的性能。
因此，射频通道的抗干扰能力是卫星导航系统指标中尤为重要的。
干扰信号可能来自多个方面，包括人造电磁干扰如电视、通信、雷达、微波炉等，自然电磁干扰如大气电场、天气等等。
在卫星导航应用中，常见的干扰信号包括被动干扰（不需要太多动力的干扰，如信号屏蔽、滤波器、随机噪声等），主动干扰(需要主动干扰，如电磁攻击)等都会对卫星导航系统的性能产生影响。
为了提高卫星导航系统的抗干扰能力，需要采取一些措施，包括：1. 采用高精度的接收机，能够有效抑制干扰信号，并提高系统的定位精度。
2. 使用多种信号处理技术，如数字信号处理、滤波、增益控制等，以减弱和抑制干扰信号。
3. 加强防护措施，如建立强的信号源控制系统，加密信号，并建立备份系统等。
4. 研究新的抗干扰技术，如抑制来自地面的多径干扰、利用多普勒频率分析抗干扰等技术。
二、强干扰的影响在卫星导航系统中，强干扰可能导致信号失真甚至无法收到。
此外，道路、建筑物、山脉等地形因素也可能产生多径传播，导致信号中出现相位失真，从而影响系统的定位精度。
强干扰的影响因素主要包括：干扰信号强度、干扰频率、干扰功率、干扰信号类型等。
为了应对强干扰的影响，可以采取以下措施：1. 开发多信道接收机，并根据实际情况选择合适的信道，以减少干扰的影响。
2. 使用新的故障检测技术，以判断系统是否遭受干扰，并尽快采取应对措施。
3. 分析并记录干扰信号的特征，以便针对性地开发干扰抑制方法。
4. 采取合理的系统设计和周围环境条件控制方法，以提高系统的干扰抗压能力。
通道幅相误差对数字阵列天线性能影响及校准
第14卷 第4期太赫兹科学与电子信息学报Vo1.14，No.4 2016年8月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Aug.，2016 文章编号：2095-4980(2016)04-0562-05通道幅相误差对数字阵列天线性能影响及校准唐晓雷，张令坤，陈飞(南京电子技术研究所，江苏南京 210039)摘要：为实现低副瓣数字阵列天线性能，需要对阵面通道幅相误差进行校准。
针对此问题，定性分析了通道幅相误差、阵面通道数与数字阵列天线主要性能(副瓣电平、波束指向、增益)的相对关系，分析结果表明：通道间幅相误差越大，副瓣电平、波束指向、增益越差；通道数越多，副瓣电平、波束指向受通道误差影响越小，而增益受通道幅相误差的影响与阵面通道数无关。
结合数字阵雷达实际使用中阵面通道幅相误差修调问题，重点研究了通道误差测量方法。
给出了利用内监测法和中场测量法进行通道误差测量的原理、实现方法及适用条件，该2种通道误差测量方法可以作为互补手段使用。
最后，给出了一种基于多次测量取平均值的数字阵列幅相误差校准方法，仿真结果表明：校准前后，通道幅相误差分别由2 dB和20°变为0.4 dB和2°，满足指标要求。
关键词：数字阵列天线；幅相误差；内监测法；中场测量法；误差校准中图分类号：TN958.92文献标识码：A doi：10.11805/TKYDA201604.0562Effect of channel amplitude/phase errors on digitalarray performance and calibrationTANG Xiaolei，ZHANG Lingkun，CHEN Fei(Nanjing Research Institute of Electronics Technology，Nanjing Jiangsu 210039，China)Abstract：The calibration of channel amplitude/phase errors is necessarily required in order to achieve the performance of low side-lobe digital array. The relationships among channel amplitude/phaseerrors, array channels and the main performance (side-lobe level, beam direction, gain) of digital array areanalyzed. Analysis results show that, the side-lobe, gain and beam direction would deteriorate as theamplitude/phase errors increase; the influence degree of amplitude/phase errors on the side-lobe level andbeam direction would decrease as the number of the array channels increase; the influence ofamplitude/phase errors on gain is independent on the number of the array channels. According to theadjustment problem of channel amplitude/phase errors in digital array application, as a complementarymethod of measuring the channel amplitude/phase errors, the principle, implementation methods andapplication conditions of internal-monitor and mid-field measurement are studied in detail. A calibrationmethod of channel amplitude/phase errors is put forward. Simulation results show that after calibration, thechannel amplitude/phase errors decrease from 2 dB and 20°to 0.4dB and 2°respectively，which meetsthe expected specification.Key words：digital array antenna；amplitude/phase errors；internal-monitor；mid-field measurement；errors calibration以数字发射机和接收机(Transmitter and Receiver，T/R)组件和数字波束形成(Digital Beamforming，DBF)技术为核心和标志的数字阵列雷达(Digital Array Radar，DAR)是一种全数字化相控阵雷达，能有效实现现代雷达必备的高精确度、多功能、多目标、抗干扰、自适应等能力。
卫星导航系统的误差分析及其纠正方法
卫星导航系统的误差分析及其纠正方法卫星导航系统是现代化的导航方式之一，已成为人们旅行、航空、海洋、地质勘探等领域中必不可少的工具之一。
但是，由于各种外在因素的影响，卫星导航系统的精度不可避免地会受到误差的干扰，从而影响到实际使用效果。
因此，本文将针对卫星导航系统的误差分析及其纠正方法进行探讨。
误差来源卫星导航系统的误差来源主要有以下几种：1.天气因素：天气条件的变化，如雷暴、降雨等，会对信号传输造成干扰，导致误差出现。
2.电离层：电离层会对信号产生折射、延迟等影响，从而影响卫星导航系统的精度。
3.卫星轨道误差：卫星轨道的非理想性和不稳定性会使得卫星发射的信号的时间和位置出现误差。
4.接收机性能问题：接收机的性能问题也会影响卫星导航系统的精度。
接收机信噪比的大小，接收机灵敏度等问题都可能产生误差。
误差分析为了消除误差对卫星导航系统的影响，需要对误差进行分析。
对于卫星导航系统而言，误差分析主要分为两个方面：一是对误差进行分析，二是根据误差分析结果采取相应的纠正措施。
误差分析的第一步就是对误差进行排查。
根据误差来源的不同，采用不同的方法进行分析。
对于电离层误差，可以利用多路径组合技术进行处理。
对于卫星轨道误差，可以利用多源数据融合方法进行处理。
对于接收机性能问题，可以采用时差差分技术或载波相位差分技术进行处理。
误差纠正误差纠正方法可以大致分为两类。
一类是通过信息处理技术对误差进行纠正，例如利用多路径组合技术降低电离层误差、利用多源数据融合方法降低卫星轨道误差等。
另一类是通过通信技术对误差进行纠正，例如利用差分定位技术对接收机性能问题进行纠正。
差分定位技术是最为常见的一种误差纠正技术。
它可以通过在同一时刻同时接收多个卫星信号，然后将它们之间的差异作为误差的补偿，从而提高卫星导航系统的定位精度。
差分定位技术的准确性取决于差分基线的长度和稳定性。
如果差分基线长度较短，误差的补偿也相对较小。
但如果差分基线长度过长，则信号会受到多路径影响，从而导致误差更大。
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第12卷第1期信息工程大学学报Vo l 12No 1 2011年2月Journal o f Infor m ati o n Eng ineeri n g Un i v ersity Feb 2011通道非理想特性对导航接收机载波相位测量精度的影响分析李柏渝,李彩华,孙 莉,欧 钢(国防科技大学电子科学与工程学院,湖南长沙410073)摘要:实际物理信道的幅频特性与相频特性会对载波相位估计精度产生影响,以往的文献少有对此问题进行分析。
文章建立等效低通滤波器h l(t)为复函数的一般模型,分析了信道特性对于载波相位测距精度的影响;并在实际的导航接收机上进行了验证,实验结果与理论分析的变化趋势吻合较好。
分析模型与分析方法可推广用于通道非理想特性对于载波相位零值的影响,进而指导最优信道的设计。
关键词:导航接收机;载波相位;测距精度;非理想特性中图分类号:TN914.42 文献标识码:A文章编号:1671-0673(2011)01-0048-07I mpact of Non Ideal F ront End Characteristi c on Carrier PhaseRangingM eas ure m ent of Navigation ReceiversLI B ai yu,LI C ai hua,SUN L i,OU G ang(Schoo l of E l ec tron i c Science and Eng ineer i ng,N ationa lU n i versity o f D efense T echno l ogy,Chang s ha410073,Ch i na)Abstract:The non i d ea l character i s tics o f actual receiv i n g channe,l incl u di n g a m plitude frequencyresponse and phase frequency response,have infl u ence on carrier phase esti m ati o n rang i n g,but thepreven i e n t literatures have done little w ork on i.t This paper estab lishes the co m plex f u ncti o n m odelfor h l(t),wh ich is the channe l equivalent lo w pass filter,ana l y zes t h e i m pact o f non i d eal characteristics on carrier phase rang ing m easure m en;t then,t h e paper ver ifies the ana l y sis conc l u si o n onan actua lnav igation rece i v er.Experi m ent resu lts agree qu ite w ellw it h the variati o n trend of theoretical analysis.The analytic m odel and m ethod i n this paper can be extended to analyze the i m pact o fchannel non ideal characteristic on the zero va l u e o f carrier phase;f u rther mo re,it can direct the desi g n of opti m a l channels.Key w ords:nav i g ati o n receiver;carrier phase;rang i n g m easure m en;t non i d ea l characteristi c当前卫星导航系统对时间同步测量精度的要求已达到亚纳秒量级[1]。
卫星导航系统中的测距主要包括伪码测距与载波相位测距。
已有大量的文献对伪码测距精度进行了研究[2-5],其中部分文献考虑通道为理想模型[2-4],也有文献针对通道为非理想模型进行分析[5]。
载波相位测量一共有5个误差源[6]: PLL热噪声、由振动引起的振荡器相位噪声、阿仑偏差振荡器相位噪声、动态应力误差以及基准振荡器的加速度应力误差。
通常认为PLL热噪声是主要的误差源,并已有相应的公式和结论[6、7],但这些分析都假定通道为理想模型,没有考虑通道为非理想特性的影响。
针对上述情况,本文借鉴文献[5]的思路,并考虑通道等效低通滤波器h l(t)为复函数的一般性,对任意滤波器进行分解,推导分析了乘法估计器与反正收稿日期:2010-08-31;修回日期:2010-12-03基金项目:教育部 新世纪优秀人才支持计划 资助项目(NCET 08 0144)作者简介:李柏渝(1982-),男,博士生,主要研究方向为射频系统研究与实现、卫星导航定位。
第1期李柏渝等:通道非理想特性对导航接收机载波相位测量精度的影响分析49切估计器的估计精度;并使用不同特性的滤波器,在实际的导航接收机进行了实验验证,实验结果与理论分析变化趋势吻合较好,验证了本文分析的正确性。
本文的模型可推广用于通道非理想特性对于载波相位零值的分析,进而指导卫星导航接收机信道的设计。
1 模型分析1.1 等效信号模型卫星导航接收机信号处理流程简化框图如图1[5],天线接收到的信号x(t)包括伪码信号和噪声两个部分:x(t)=A D(t) c(t) co s(2 f0t+ )+w(t)(1)其中,A为信号幅度,D(t)为数据信息,c(t)为伪随机码,f0为载波频率, 为载波相位,w(t)为双边功率谱密度等于N0/2的高斯白噪声。
图1 卫星导航接收机信号流程简化框图图2给出了等效的解调解扩模型[5]。
其中,x s(t)与x w(t)分别是解调解扩输入端的信号分量与噪声分量,y s(t)与y w(t)分别是解调解扩输出端的信号分量与噪声分量,h c(t)是等效的匹配滤波器,h l(t)是等效的通道低通滤波器。
图2 解调解扩等效模型所谓的等效解调解扩模型,是指按照(2)式至(4)式定义各等效信号,图2中的y s(t)和y w(t)与图1中的解调解扩输出一致[5]。
x s(t)=AT h c(t)/T c e j (2)x w(t)= c(t)+j s(t)(3)h c(t)=1, |t| T c/20, o ther(4)其中, c(t)和 s(t)是互相独立双边功率谱密度等于N0/2的高斯白噪声,T c是码片宽度,T是积分时间。
1.2 等效滤波器模型对于滤波器h(t),假定其中心频率为f0,傅立叶变换为H(f),其与等效低通滤波器h l(t)傅立叶变换H L(f)的关系为[8]H L(f-f0)=H(f), (f>0)0, (f<0)(5)h l(t)为信道中各级滤波器的等效低通模型的级联,通常为复函数[8],其傅里叶变换为:H L(f)=A(f) exp[j (f)],其中,A(f)和 (f)分别为相应的幅频响应和相频响应。
可将任意滤波器H L(f)分解为HL (f)=H1(f)+j H2(f)(6)其中,H1(f)=[H L(f)+H*L(-f)]/2=A1(f)exp[j 1(f)](7) H2(f)=[H L(f)-H*L(-f)]/(2 j)=A2(f)exp[j 2(f)](8)其中,H*L(f)表示H L(f)的复共轭。
显然,H1(f)与H2(f)对应的冲激响应h l1(t)和h l2(t)分别为h l(t)的实部与虚部,且A1(f)与A2(f)是偶函数, 1(f)与 2(f)为奇函数。
信息工程大学学报 2011年 501.3 载波相位估计器常用的载波相位估计器为乘法估计器与反正切估计器,其实现结构分别如图3与图4所示。
0是H L(f)在f=0处的相位值,此即为通常所认为的载波相位估计偏差[9]。
为简化表达式,进行归一化操作,令T c=1,即时间单位为T c,频率单位为1/T c。
2 通道非理想对载波相位测距精度的影响2.1 h l(t)为复函数情况下的乘法估计器精度分析图3中检相器的检测量为( )=y Q(- 0+ ) y I(- 0+ )/[y Q(- 0+ )+y I(- 0+ )]2。
其中,y I(- 0+ )=x I(- 0+ )+ I,y Q(- 0+ )=x Q(- 0+ )+ Q。
x I(- 0+ )与x Q(- 0+ )是信号分量, I与 Q是相互独立的零均值高斯噪声分量。
可对 ( )式中的分母进行长时间的积分以抑制噪声分量,同时由于分母是信号分量相加,可以认为与 没有太大关系,有( )=y Q( ) y I( )/F,其中,F=[x I(- 0)+x Q(- 0)]2。
当存在噪声时,估计值将存在随机性,其精度由鉴相器增益K d、噪声( err)的方差 r、输入噪声的带宽B i以及环路单边带宽B n所共同决定:2 = 2r 2B n/[(K d)2 B i](9)即( err)的方差( r)2越小、鉴相器的增益K d越大或是环路带宽B n越小,则估计就越精确。
2.1.1 理论推导本节仿照文献[5]的估计精度求解思路,将E[ ( )]关于 的级数展开,并取1阶近似,从而得到曲线的斜率K d;最后再根据 ( )的方差( )2,得到精度计算公式,此处不再赘述推导过程。
x I(- 0+ )、x Q(- 0+ )的表达式分别如(10)式、(11)式所示。
x l(- 0+ )=Re[A T b-b sin c2(f) A(f) e j(- 0+ ) e j (f) e j2 f( 0+ )d f]=第1期李柏渝等:通道非理想特性对导航接收机载波相位测量精度的影响分析51b-bX 1(f ) cos (- 0+ ) cos [ 4(f )]d f - b-bx 2(f ) si n (- 0+ ) cos [ 3(f)]d f (10)x Q(- 0+ )=I m [A T b-bsi n c 2(f ) A (f ) e j(- 0+) e j (f)e j 2f ( 0+ )d f ]=b-bX 2(f ) co s (- 0+ ) cos [ 3(f )]d f + b-bX 1(f ) si n (- 0+ ) cos [ 4(f)]d f (11)其中,si n c(f )=sin( f )/( f ),b 为前端单边带宽, 0是滤波器H L (f )在f =0处的群时延, 满足(12)式,是伪码时延估计的偏移值[5]。