一种FLL辅助PLL的GNSS接收机矢量跟踪环路

合集下载

一种INS辅助GNSS高动态弱信号标量跟踪方法

模型，基于该模型可知ＩＦＬＬ２对本地振荡器的抖动噪声抑制能力更强，可更多地降低跟踪环路带宽，故其性能优于
ＩＮＳ辅助锁相环（ＩＰＬＬ）的性能。高动态仿真试验结果表明高动态环境下独立式三阶锁相环可跟踪载噪比为２８ｄＢ．
Ｈｚ的ＧＰＳＬ１Ｃ／Ａ卫星信号，ＩＮＳ辅助最优带宽二阶锁频环算法可跟踪载噪比为１９ｄＢ — Ｈｚ的卫星信号，基于本算法的接收机的干扰抑制能力提高了９ｄＢ，与理论分析结果相当。
第３４卷第１０期 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ０１３年１０月
宇航
学
报
Ｖｏ１．３４Ｎｏ．１０Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１３
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ
一
种ＩＮＳ辅助ＧＮＳＳ高动态弱信号标量跟踪方法
ｔｒａｃｋｉｎｇａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＡｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅＦＬＬ２ｃａｎｍｏｒｅｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅｎｏｉｓｅｉｎｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｌｏｃａｌｏｓｃｉｌｌａｔｏｒａｎｄｃａｎｂｅｍｏｒｅｒｅｄｕｃｅｄｔｒａｃｋｉｎｇｌｏｏｐｂａｎｄｗｉｄｔｈ，ＳＯｉｔｏｕｔｐｅｒｆｏｍｓｒｔｈｅＩＮＳ — ａｉｄｅｄＰＬＬ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｕｎｄｅｒｄｙｎａｍｉｃｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｔｈｉｒｄｏｒｄｅｒｐｈａｓｅｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐｏｆｓｔａｎｄ・ａｌｏｎｅＧＰＳｃａｎｔｒａｃｋｃａｒｒｉｅｒ－ｔｏ — ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ２８ｄＢ — Ｈｚｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｉｇｎａｌ，ｗｈｉｌｅｔｈｅＩＮＳ — ａｉｄｅｄｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒＦＬＬｃａｎｔｒａｃｋｃａｒｒｉｅｒ－ｔｏ — ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ１９ｄＢ— Ｈｚｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｉｇｎａ１．ａｎｄｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｉｓ９ｄＢｗｈｉｃｈｉｓｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓ．

基于双码时延间隔的GNSS矢量跟踪环路

ＲＥＮＸｉａｏ — ｙｕｅ，ＬＵＨｕ。，ＷＡＮＧＬｉ — ｚｈｉ，ＷＡＮＧＸｕ — ｊｉｎｇ
（１．ＳｃｉｅｎｃｅＣｏｌｌｅｇｅ，ＡｉｒＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ７１００５１，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎＣｏｌｌｅｇｅ，ＡｉｒＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ７１００７７，Ｃｈｉｎａ））
基于双码时延间隔的ＧＮＳＳ矢量跟踪环路
任晓岳，卢虎，王立志，王旭婧
（１．空军工程大学理学院，陕西西安，７１００５１；２．空军工程大学信息与导航学院，陕西西安，７１００７７）
中图分类号Ｖ２４１．６２
文献标志码Ａ
文章编号１００９ — ３５１６（２０１３）０４ — ００３６ — ０４
ＴｈｅＧＮＳＳＶｅｃｔｏｒＴｒａｃｋｉｎｇＬｏｏｐＢａｓｅｄｏｎＤｏｕｂｌｅ — ｃｏｄｅＤｅｌａｙＩｎｔｅｒｖａｌ
ｉｄｅａｌｉｎｔｈｅｗｅａｋｓｉｇｎａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｆｉｒｓｔｌｙｔｈｅａｒｔｉｃｌｅａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｒｅｃｅｉｖｅｒ

GPS接收机载波跟踪环路解决方案

图1 GPS 接收机载波跟踪环方框图
2 频率鉴别器
FLL 通过复现卫星近似的频率来完成载波剥离过程，信号I 和Q 的采样时间不应跨越数据比特的跳变,在初始信号捕获期间，接收机并不知道数据跳变的边界在哪里。在完成比特同步的同时，与相位锁定相比,一般说来更易与卫星信号保持频率锁定。常用的频率鉴别器为四象限反正切鉴别器，其表达式为：
载波预检测积分时间、载波环鉴别器和载波环滤波器决定了载波跟踪环的特性。为了容忍动态应力，预检测积分时间应当短，鉴别器应为一个FLL，载波环滤波器的带宽应当宽，但是为了使载波测量精确，预检测积分时间应当长，鉴别器应为一个PLL，且载波环滤波器带宽应当窄。为了解决这个矛盾，本文采用了一种二阶FLL 辅助三阶锁相PLL 的方法，使环路从FLL有效过渡到PLL，既保证了接收机的动态性能，又提高了载波测量的精度。
根据接收机的使用环境，确定环路滤波器的噪声带宽 Bnf 和B np ，就可以由表2 确定滤波器系数。注意,FLL 向滤波器的系数插入点与PLL 相比要提前一个积分器，这是因为FLL 误差的单位是Hz，而PLL 误差的单位是相单位。
图2 二阶FLL 辅助三阶PLL 滤波器
5 仿真结果及分析
图5 跟踪到的频率变化曲线
6 结语
采用了二阶锁频环辅助三阶锁相环的载波跟踪环路。通过仿真可以看出，选用的鉴别器鉴别范围大，精度高，且对数据跳变不敏感。由鉴别器、环路滤波器和数控振荡器形成闭环回路，在高动态环境下，环路锁定时间短，载波测量精度高，具有一定的实用价值。
图4 PLL 鉴相特性
5. 3 载波跟踪环仿真及分析
根据5. 1 和5. 2 节的仿真结果，FLL 选择二象限反正切鉴别器，PLL 也选择二象限反正切鉴别器。将鉴别器结果送入图2 所示的环路滤波器，滤波结果送给数控振荡器，形成图1 所示的闭环模式。接收机捕获时采用时域和频域二维搜索算法，根据FLL 鉴别器的频率鉴别范围，设定频率搜索步长为500 Hz。接收机速度为500 m/ s，加速度为10g 时的仿真结果。由图5 可以看出，载波跟踪环路可以快速、准确地跟踪频率的变化，在3~ 4 s 即可达到锁定状态。

高动态GNSS接收机载波跟踪环自适应最优带宽设计与试验

高动态GNSS接收机载波跟踪环自适应最优带宽设计与试验唐康华;武成锋;杜亮;何晓峰【摘要】对于大多数高动态接收机，通常采用2阶FLL辅助的3阶PLL环路结构，由于存在FLL环路，导致跟踪精度的下降。

针对卫星接收机的动态性能和信号载波功率噪声密度比，在综合考虑接收机跟踪环路中的各种误差源（热噪声、晶振误差、动态牵引误差等）的基础上，采用自适应最优带宽技术，设计一种适用于高动态的3阶PLL载波跟踪环。

采用基于GPS数字中频信号的数字仿真和GNSS信号源对所设计的自适应最优带宽进行了验证，验证结果表明：在加速度为30g、过程中存在加加速度为30g/s的高动态情况下，采用18 Hz 3阶PLL不能对信号进行跟踪，而采用所设计的自适应最优带宽的3阶PLL环可以对信号进行可靠的跟踪；同时，和固定带宽接收机比较，所设计载波跟踪环环路能够跟踪50g的高动态Compass卫星信号，而采用固定带宽接收机失锁，并且定位精度优于1 m(2σ)，测速精度优于0.2 m/s(2σ)。

%For most GNSS receiver designs in high dynamic application, a second-order FLL aided 3rd order PLL is usually adopted as carrier tracking loop. Based on GNSS receiver dynamics and carrier power-to-noise density, the structure of GNSS receiver 3rd order PLL tracking loop for high dynamic applications was designed by using the adaptive optimal bandwidth method and taking the tracking errors(such as thermal noise, oscillator phase noise, dynamic stress error) into account. According to the designed adaptive optimal bandwidth method of the 3rd order PLL tracking loop, the digital simulation and test based GNSS simulator were performed. Simulation results show that on the conditionof 30g line-of-sight acceleration and 30g/s jerk high dynamics, thedesigned adaptive optimal bandwidth method can track GNSS signal well, but when using the 18 Hz fixed-bandwidth 3rd order PLL, carrier tracking lock will be lost. When using the GNSS simulator, test results show that the designed adaptive optimal bandwidth method can track 50g high dynamic compass signal, but the 18 Hz fixed-bandwidth compass receiver tracking lock will be lost. And positi on accuracy can reach about 1 m(2σ), velocity accuracy can reach about 0.2 m/s(2σ).【期刊名称】《中国惯性技术学报》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】6页(P498-503)【关键词】GNSS接收机;自适应最优跟踪带宽;载波跟踪环;高动态条件;信号载波功率噪声密度比【作者】唐康华;武成锋;杜亮;何晓峰【作者单位】国防科学技术大学机电工程与自动化学院，长沙 410073;北京自动化控制设备研究所，北京 100074;宜昌测试技术研究所，宜昌 443003;国防科学技术大学机电工程与自动化学院，长沙 410073【正文语种】中文【中图分类】U666.1卫星导航定位系统是一种天基无线电导航系统，它通过测量若干颗已知星历的卫星至用户接收设备间的无线电延时来确定用户的位置。

文档 3pll+fll

基于FLL+PLL的载波跟踪环路设计摘要：载体的高动态所引入的多普勒频移给载波跟踪带来了很大的困难，研究了采用锁频环(FLL)+锁相环（PLL)相结合的方式进行载波信号跟踪，利用FLL对信号的动态适应能力较强的特点和PLL对信号有较好跟踪精度的特点，实现了动态信号的快速、精确跟踪。

同时，分析热噪声和动态对环路的影响，得到了环路最优带宽。

理论分析以及仿真结果表明，该方法可以实现载波的精确跟踪。

o引言在深空探测的过程中，高动态的运动环境使运载器之间产生较大的多普勒频率和多普勒变化率。

针对高动态的运动环境，更好地完成对信号载波相位精确跟踪的前提是设计一个可承受动态能力的载波相位跟踪环路。

载波的同步分为载波的捕获和载波的跟踪，载波的捕获可以获得粗略的载波频率。

基于锁相环（PLL)具有良好的相位跟踪精度和抗噪声能力,通常情况下采用PLL完成对信号稳定精确的跟踪。

但是在大动态的情况下，PLL的跟踪精度会降低，只能通过加大环路带宽来应对。

带宽的加大必然会引起噪声的增加，因此还会影响到跟踪相位的精度。

锁频环（FLL)应对动态信号的能力比PLL要强，但是其跟踪精度要弱于PLL，所以，应对大动态环境的环路跟踪设计采用FLL + PLL的方式，利用FLL进行载波频率的跟踪，利用PLL完成载波相位的跟踪。

本文是基于某连续波雷达信号处理器通道跟踪处理研制，其工作环境处于高动态环境下，并且对跟踪精度的要求很高。

因此，在载波环路的设计中采用FLL+PLL,以满足环路跟踪的精度和动态。

1环路基本原理设中频信号经混频，积分清除后得到的信号错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。

式中：T s为采样时间；N为积分清除点数；错误！未找到引用源。

n I为带限白噪声，错误！未找到引用源。

为多普勒角频率残差。

针对运载器处于的不同运动状态，多普勒频率可以表示为错误！未找到引用源。

式中:错误！未找到引用源。

为多普勒频率，由运载器的匀速运动产生.错误！未找到引用源。

一种高动态弱GNSS_信号跟踪解调算法研究与实现

第 21 卷第 11 期2023 年 11 月太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information TechnologyVol.21，No.11Nov.，2023一种高动态弱GNSS信号跟踪解调算法研究与实现吴军伟，梁涛涛，王川(中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳621999)摘要：在某些高动态弱信号场景中，载波相位难以锁定。

为实现对高动态弱全球导航卫星系统(GNSS)信号的跟踪，考虑锁频环较锁相环更为鲁棒，提出了一种基于锁频环(FLL)+差分解调的算法，实现对GNSS信号的跟踪和解调。

该算法采用二阶FLL实现对卫星信号的频率进行跟踪，差分解调算法实现对比特数据的解调。

工程应用上，算法采用现场可编程门阵列和数字信号处理器(FPGA+DSP)的架构实现，在FPGA中实现信号的跟踪信号的前处理，在DSP中实现跟踪环路算法、位同步和差分解调。

本文在Matlab平台中实现算法的仿真，通过模拟器平台和对天接收真实的GNSS信号对算法进行验证。

仿真结果与实验结果表明，该算法在高动态弱信号条件下能实现对卫星信号的稳定跟踪和数据的解调，克服了锁相环难以锁定导致数据无法解调的难题，最终实现GNSS信号在该条件下的位置、速度和时间(PVT)解算。

关键词：高动态弱GNSS信号；二阶FLL；比特同步；差分解调；现场可编程门阵列和数字信号处理器(FPGA+DSP)中图分类号：TN961 文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2021322Research and implementation of tracking demodulation algorithm for highdynamic and weak GNSS signalWU Junwei，LIANG Taotao，WANG Chuan(Institute of Electronic Engineering，China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621999，China)AbstractAbstract：：In some high dynamic weak signal scenarios, the carrier phase is difficult to lock. In order to track the high dynamic weak Global Navigation Satellite System(GNSS) signal, considering thatthe Frequency Locked Loop(FLL) is more robust than the Phase-Locked Loop(PLL), an algorithm basedon FLL+differential demodulation is proposed to track and demodulate the GNSS signal. The algorithmuses the second-order FLL to track the frequency of satellite signal, and the differential demodulationalgorithm is employed to demodulate bit data. In engineering application, the algorithm adopts thearchitecture of Field Programmable Gate Array+Digital Signal Processing(FPGA+DSP), realizes the pre-processing of signal tracking signal in FPGA, and realizes the tracking loop algorithm, bitsynchronization and differential modulation in DSP. The simulation of the algorithm is performed inMatlab platform, and the algorithm is verified by receiving the real GNSS signal from the simulatorplatform and the sky. The simulation and experimental results show that the algorithm can realize thestable tracking of satellite signal and data demodulation under the condition of high dynamic and weaksignal, and overcome the problem that the data cannot be demodulated due to the difficulty of PLLlocking, finally realize the Position Velocity and Time(PVT) solution of GNSS signal under this condition.KeywordsKeywords：：high dynamic and weak Global Navigation Satellite System(GNSS) signal；the second order Frequency Locked Loop(FLL)；bit synchronization;differential demodulation；Field ProgrammableGate Array+Digital Signal Processor(FPGA+DSP)在某些特殊的弱信号、高动态环境下[1]，天线相位衰减起伏较大，锁相环无法实现对GNSS信号的相位跟踪，无法实现数据的解调和观测量的提取，导致PVT解算结果错误甚至解算中断。

基于FPGA的导航接收机跟踪环路设计与实现_顾睿文

图２码环基本结构框图
从图１中可知，中频信号与本地载波相乘得到正交分量和同相分量，而后和移位寄存器产生的三路码积分累加，产生ＩＥ、ＱＥ、ＩＰ、ＱＰ、ＩＬ、ＱＬ六个累加值，再送入码环鉴别器（ＤＬＬ）中计算本地码和接收码的相位差，调整码ＮＣＯ的频率控制字，实现码环的跟踪。［９］目前主要的算法有归一化超前减去滞后包络，非相干超前减去滞后功率，归一化非相干超前减去滞后功率，归一化相干点积，准相干点积。
接收机的载波同步主要是使得接收机本地振荡频率与数字下变频后的信号频率基本一致，且本地载波相位与接收到的载波相位基本一致。在导航接收机中，载波跟踪环主要包括相位锁定环（ＰＬＬ）和频率锁定环（ＦＬＬ）［４］。ＰＬＬ跟踪精度较高，但其动态跟踪范围较小，而ＦＬＬ可以跟踪动态范围较大的信号，但是精度较低。一般载波跟踪环路采用ＦＬＬ辅助ＰＬＬ，先利用ＦＬＬ将频率误差缩小到ＰＬＬ可跟踪范围，再通过ＰＬＬ达到良好地跟踪精度。
１导航接收机跟踪原理
导航接收机的基带处理部分主要包括捕获，跟踪，同步和锁定检测及定位解算。在捕获成功后，导航接收机还需要再进行载波同步和码同步。载波环路用于复现输入信号的载波相位，与输入信号进行相关后除去载波［３］；码环用于复现输入信号的码相位，从而得到接收信号的信号时间。接收机的本地时间减去信号时间即伪距值。经过位同步和帧同步后，得到导航电文数据。图１为导航接收机基带信号处理跟踪环路基本结构框图。

一种定位接收机中跟踪环路误差的处理装置及方法[发明专利]

专利名称：一种定位接收机中跟踪环路误差的处理装置及方法专利类型：发明专利
发明人：邓中亮,董婕舒,唐诗浩
申请号：CN202011579913.5
申请日：20201228
公开号：CN112672283B
公开日：
20220405
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明实施例提供了一种定位接收机中跟踪环路误差的处理装置及方法，其中装置包括：鉴别器、第一判决器、第二判决器、位置速度时间PVT解算电路、矢量跟踪修正器、环路滤波器等。

通过第一判决器每间隔计时时长判断跟踪误差是否超过误差门限值，如果是，则不使用位置速度时间PVT解算电路中PVT解算，而直接将跟踪误差给环路滤波器，如果否，则基于PVT解算电路修正跟踪误差；并且，通过第二判决器，判断修正后误差是否超过误差门限值，如果是，则直接将跟踪误差作为环路滤波器的输入，如果否，则将修正后误差作为环路滤波器的输入。

这样通过使用第一判决器及第二判决器，可以避免跟踪误差的积累，提高跟踪环路的可靠性。

申请人：北京邮电大学
地址：100876 北京市海淀区西土城路10号
国籍：CN
代理机构：北京柏杉松知识产权代理事务所(普通合伙)
更多信息请下载全文后查看。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

一种FLL辅助PLL的GNSS接收机矢量跟踪环路
刘卫;牟明会;顾明星;胡媛;王胜正
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2022(45)15
【摘要】全球导航卫星系统(GNSS)接收机的设计主要包括捕获、跟踪、解算三个环节,其中,跟踪环节中载波频率和码频率的稳定性直接影响着导航定位性能。

为改善动态环境中载波频率和码频率的波动性,提高定位精度,提出一种频率锁定环路(FLL)辅助相位锁定环路(PLL)的GNSS矢量跟踪环路结构。

在载波环中,采用二阶FLL辅助三阶PLL的跟踪方法,通过预测载波相位、载波频率、载波频率率,更新载波相位值并反馈到载波NCO,实现载波稳定跟踪;在码环中,将解算环节获取的伪距信息反馈到跟踪环节,实时更新各跟踪通道的码频率,实现码环稳定跟踪。

实验结果表明,相较于传统的标量跟踪方法,所提出的FLL辅助PLL的矢量跟踪方法能够在动态环境下输出较小的载波频率和码频率误差,且具有更高的定位精度。

相较于其他的环路改进算法,该方法融合了载波改进技术与矢量跟踪技术,且利用真实卫星数据验证了所提方法的定位效果。

【总页数】5页(P1-5)
【作者】刘卫;牟明会;顾明星;胡媛;王胜正
【作者单位】上海海事大学商船学院;上海海洋大学工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN967.2-34
【相关文献】
1.FLL辅助PLL载波跟踪环路误差分析
2.基于FLL/PLL相结合的载波跟踪在导航接收机中的应用
3.基于FLL+PLL的载波跟踪环路设计
4.一种基于FLL和PLL的复合载波环的跟踪精度分析
5.一种基于FQFD／FLL／PLL的混合载波跟踪算法
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。