衛(wèi)星定位接收機(jī)原理

目錄：4.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

4.2接收機(jī)的射頻部分組成及工作原理

4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

4.5定位導(dǎo)航解算方法

4.6衛(wèi)星導(dǎo)航軟件接收機(jī)原理和架構(gòu)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院14.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院2分類4.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院3(1)導(dǎo)航型接收機(jī)主要用于對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的定位與導(dǎo)航，可以實(shí)時(shí)給出用戶的位置和速度。通常用民碼(如GPS的C/A碼)進(jìn)行偽距測(cè)量，單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位精度較低，一般為±10m。價(jià)格相對(duì)便宜，應(yīng)用廣泛。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，可進(jìn)一步分為：車載型接收機(jī)、航海型接收機(jī)、航空型接收機(jī)和星載型接收機(jī)。按工作場(chǎng)景來(lái)分，分為三類：4.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院4主要用于定位精度要求較高的工程領(lǐng)域，如精密大地測(cè)量和精密工程測(cè)量。通常采用載波相位測(cè)量值進(jìn)行相對(duì)定位，定位精度很高，能達(dá)到厘米級(jí)。結(jié)構(gòu)和較為復(fù)雜，價(jià)格相對(duì)較貴。主要用于提供高精度的時(shí)間服務(wù)和頻率控制。通過(guò)利用導(dǎo)航衛(wèi)星提供的高精度時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行授時(shí)，通常用于天文臺(tái)及無(wú)線通信中時(shí)間同步。例如：基于CDMA體制移動(dòng)通信系統(tǒng)，就是通過(guò)GPS所提供的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全網(wǎng)授時(shí)的。(3)授時(shí)型接收機(jī)(2)測(cè)量型接收機(jī)4.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院5只能接收單一頻點(diǎn)的GNSS導(dǎo)航信號(hào)，例如，GPSL1單頻定位接收機(jī)只能接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的L1頻點(diǎn)的導(dǎo)航信號(hào)，而不能接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的其它頻點(diǎn)上的導(dǎo)航信號(hào)。GNSS單頻接收機(jī)不能有效消除電離層延遲對(duì)導(dǎo)航信號(hào)傳輸?shù)挠绊?。單頻接收機(jī)通常適用于短基線(一般小于15km)的精密定位。能夠同時(shí)接收兩個(gè)頻點(diǎn)上的GNSS導(dǎo)航信號(hào)。例如，GPS雙頻接收機(jī)可以同時(shí)接收GPS衛(wèi)星的L1頻點(diǎn)和L2頻點(diǎn)。GNSS雙頻接收機(jī)能夠利用電離層對(duì)兩個(gè)頻點(diǎn)導(dǎo)航信號(hào)傳輸時(shí)延的不同，有效消除電離層延遲對(duì)定位結(jié)果造成的影響。GNSS雙頻接收機(jī)可用于基線長(zhǎng)達(dá)幾千公里的精密定位。按工作頻率來(lái)分，分為兩類：?jiǎn)晤l接收機(jī)(2)雙頻接收機(jī)4.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院6導(dǎo)航定位接收機(jī)只能接收來(lái)自某一特定衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的導(dǎo)航信號(hào)，而不能接收其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的信號(hào)。例如：GPS單模接收機(jī)只能接收和處理來(lái)自GPS衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號(hào)，而不能接收和處理來(lái)自Galileo、GLONASS和BeiDou等衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的導(dǎo)航信號(hào)。衛(wèi)星導(dǎo)航定位發(fā)展初期，只有GPS一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，因而所有的接收機(jī)都是單模的，但是隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多樣化發(fā)展，單模接收機(jī)正逐漸被能夠接收多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)信號(hào)的多模接收機(jī)所取代。按接收機(jī)對(duì)不同衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的兼容性來(lái)分，可分為兩類：(1)單模接收機(jī)4.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院7利用兩個(gè)或者多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行定位，將兩個(gè)或者多個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)來(lái)使用。增加了衛(wèi)星的數(shù)量，大大提高了接收機(jī)的導(dǎo)航定位精度及可用性、連續(xù)性。這些優(yōu)點(diǎn)使雙模或多模接收機(jī)成為GNSS接收機(jī)研發(fā)的一個(gè)主要發(fā)展方向。目前，世界上已經(jīng)有很多接收機(jī)生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了這種能夠兼容多種衛(wèi)星定位系統(tǒng)的多模接收機(jī)，例如GPS/GLONASS雙模接收機(jī)、GPS/Galileo雙模接收機(jī)等。我國(guó)的東方聯(lián)星公司已經(jīng)推出了能夠同時(shí)兼容GPS、BeiDou和GLONASS三種衛(wèi)星定位系統(tǒng)的多模接收機(jī)產(chǎn)品CNS100-B1B3GG，該產(chǎn)品支持三系統(tǒng)聯(lián)合定位、雙系統(tǒng)聯(lián)合定位及單系統(tǒng)定位等多種模式，并同時(shí)接收四個(gè)頻點(diǎn)的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)。(2)多模接收機(jī)4.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院8按定位接收機(jī)的通道數(shù)來(lái)分類，可分為兩類：只包含有一個(gè)接收機(jī)通道，通過(guò)接收機(jī)內(nèi)部的定時(shí)控制機(jī)制，用一個(gè)接收機(jī)通道轉(zhuǎn)換完成捕獲、跟蹤和提取來(lái)自不同GNSS衛(wèi)星的導(dǎo)航信號(hào)，進(jìn)而完成定位，也稱為序貫跟蹤通道接收機(jī)。隨著用戶對(duì)導(dǎo)航定位實(shí)時(shí)性要求的越來(lái)越高，單通道接收機(jī)已經(jīng)不能滿足大多數(shù)應(yīng)用需求，因而，目前的接收機(jī)幾乎都是多通道接收機(jī)。(1)單通道接收機(jī)4.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院9一般都包含至少4個(gè)以上的接收機(jī)通道，能夠同時(shí)捕獲、跟蹤和處理至少4顆以上衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號(hào)。目前大多數(shù)接收機(jī)都是多通道接收機(jī)，并且接收機(jī)通道數(shù)都在12個(gè)以上，能夠同時(shí)處理接收到的12顆衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號(hào)。具有較好的實(shí)時(shí)性，能夠滿足對(duì)導(dǎo)航定位的實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用需求。硬件結(jié)構(gòu)要比單通道接收機(jī)復(fù)雜，也被稱為平行跟蹤通道接收機(jī)。(2)多通道接收機(jī)4.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院10相關(guān)型接收機(jī)——指的是偽碼相關(guān)型接收機(jī)，通過(guò)偽隨機(jī)碼的互相關(guān)處理實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)頻碼的解擴(kuò)，并提取出導(dǎo)航信息，進(jìn)而得到偽距觀測(cè)值，完成位置的計(jì)算。(2)平方型接收機(jī)——利用對(duì)載波信號(hào)的平方處理去掉導(dǎo)航信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)，恢復(fù)完整的載波信號(hào)，進(jìn)而通過(guò)載波相位計(jì)測(cè)定接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的載波信號(hào)與接收到的載波信號(hào)之間的相位差，得到偽距觀測(cè)值。(3)混合型接收機(jī)——混合型接收機(jī)是綜合了相關(guān)型接收機(jī)和平方型接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，既可以通過(guò)碼相位的測(cè)量得到偽距，也可以通過(guò)載波相位測(cè)量得到偽距。按接收機(jī)工作原理來(lái)分，可分為三類：4.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院11硬件接收機(jī)——衛(wèi)星導(dǎo)航定位接收機(jī)的天線、射頻前端、信號(hào)處理、信息提取和定位解算等所有功能模塊都是基于硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并且隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，這類硬件接收機(jī)模塊越來(lái)越小型化，并且定位實(shí)時(shí)性較高。傳統(tǒng)衛(wèi)星定位接收機(jī)都是硬件接收機(jī)。按衛(wèi)星定位接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式，可分為兩類：(2)軟件接收機(jī)——衛(wèi)星導(dǎo)航定位接收機(jī)的天線和射頻前端部分用硬件實(shí)現(xiàn)，而后續(xù)的捕獲、跟蹤等信號(hào)處理部分以及后面的信息提取和導(dǎo)航定位解算部分都是通過(guò)軟件無(wú)線電技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

便于高性能GNSS接收機(jī)的研發(fā)，可很方便地將所開(kāi)發(fā)的高性能捕獲、跟蹤和位置解算算法移植到軟件接收機(jī)平臺(tái)上，進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試。

通常軟件接收機(jī)的實(shí)時(shí)工作性能要比硬件接收機(jī)差。2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院124.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

4.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院13模塊：天線和射頻（RF）前端處理；基帶數(shù)字信號(hào)處理；定位導(dǎo)航解算；功能：接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號(hào)，并經(jīng)過(guò)基于硬件或者軟件的信號(hào)處理和信息處理，給出用戶位置（P）、速度（V）和時(shí)間（T）信息。衛(wèi)星定位接收機(jī)目錄：4.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

4.2接收機(jī)的射頻部分組成及工作原理

4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

4.5定位導(dǎo)航解算方法

4.6衛(wèi)星導(dǎo)航軟件接收機(jī)原理和架構(gòu)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院14天線(1/8)2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院15信號(hào)：為保證定位解算時(shí)能夠同時(shí)利用高仰角和低仰角衛(wèi)星信號(hào)，天線設(shè)計(jì)應(yīng)具有較寬的空間角，接收盡可能多的衛(wèi)星信號(hào)。考慮地物遮擋等因素，一般要求天線能夠接收仰角高于5°的所有衛(wèi)星信號(hào)。注意：仰角為90°的衛(wèi)星與仰角為0°的衛(wèi)星距離接收機(jī)的距離不同，這種距離差異，在不同地點(diǎn)對(duì)同一顆衛(wèi)星的觀測(cè)會(huì)有所不同，信號(hào)強(qiáng)度相差約2.1dB。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要在選擇接收衛(wèi)星數(shù)量和系統(tǒng)抗干擾性間進(jìn)行權(quán)衡。干擾：由于對(duì)衛(wèi)星定位接收機(jī)的干擾信號(hào)大多來(lái)自于地面，仰角較低，有時(shí)要采用較窄的空間角以避免干擾。2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院16遠(yuǎn)近效應(yīng)：作為CDMA系統(tǒng)的一種，希望接收到的所有衛(wèi)星的信號(hào)強(qiáng)度一致，以避免互相關(guān)干擾，因此定位衛(wèi)星的發(fā)射天線在設(shè)計(jì)時(shí)就適當(dāng)?shù)臏p小了中心方向上的增益，使其略小于周邊增益。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要在選擇接收衛(wèi)星數(shù)量和系統(tǒng)抗干擾性間進(jìn)行權(quán)衡。GPS系統(tǒng)：在地面仰角為5°，40°，90°方向上，衛(wèi)星發(fā)射天線的增益分別為12.1dB，12.9dB和10.2dB左右，綜合發(fā)射增益和傳播距離等因素后，當(dāng)?shù)孛嬗^測(cè)仰角為40°左右時(shí)接收到的信號(hào)強(qiáng)度最大。天線(2/8)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院17對(duì)于無(wú)線信道，多徑效應(yīng)是造成信號(hào)失真的重要原因，對(duì)于衛(wèi)星定位系統(tǒng)而言，多徑效應(yīng)主要來(lái)自于地面對(duì)于信號(hào)的反射。影響接收機(jī)環(huán)路特性。多徑效應(yīng)的影響：為了應(yīng)對(duì)多徑效應(yīng)影響，在天線設(shè)計(jì)方面有兩種手段：（1）利用衛(wèi)星定位信號(hào)的極化特性。以GPS系統(tǒng)為例，GPS信號(hào)采用的是右旋圓極化波，而右旋圓極化波反射后會(huì)成為左旋圓極化波。通過(guò)這一特性，衛(wèi)星定位接收機(jī)中采用右旋圓極化天線則會(huì)對(duì)多徑信號(hào)產(chǎn)生較好地抑制。（2）由于多徑信號(hào)是由地物反射而來(lái)，所以其入射仰角較低，系統(tǒng)可以通過(guò)減小的天線后瓣，比如加入接地板等方式，來(lái)減小多徑信號(hào)的影響。由于衛(wèi)星定位信號(hào)的傳播路徑比較簡(jiǎn)單，可以通過(guò)極化和入射方向等方式抑制多徑干擾，可使衛(wèi)星定位系統(tǒng)較普通的無(wú)線通信系統(tǒng)受多徑干擾的影響更小。天線設(shè)計(jì)方面的手段：天線(3/8)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院18有源天線指的是在天線的后端直接連接一個(gè)低噪聲放大器（LNA），而無(wú)源天線則是單純的天線。由于LNA屬于有源器件，所以有源天線需要饋電線路，以保證天線工作。注意：天線有無(wú)單獨(dú)的饋電線路不能夠作為判斷其是否是有源天線的依據(jù)，因?yàn)楹芏嘤性刺炀€是通過(guò)信號(hào)傳輸?shù)耐S電纜進(jìn)行饋電的，而且在這種情況下，連接有源天線的射頻前端也必需具有饋電能力，若將這種射頻前端直接連接到信號(hào)源等試驗(yàn)設(shè)備上，則會(huì)造成設(shè)備損壞。有源天線和無(wú)源天線：天線(4/8)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院19系統(tǒng)總的噪聲溫度主要取決于第一級(jí)器件的噪聲溫度以及第一級(jí)放大器的增益。第一級(jí)器件的噪聲越低，放大增益越高，系統(tǒng)總的噪聲就越低。天線(5/8)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院20無(wú)源天線：天線與放大器分離，中間存在一段饋線，饋線的噪聲將會(huì)完全的加入到系統(tǒng)總噪聲中去，饋線越長(zhǎng)，系統(tǒng)噪聲越大。有源天線：放大器直接連接天線，避免了饋線帶來(lái)的噪聲影響，而且放大器較大的增益可以有效抑制后面各級(jí)電路的噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響，同時(shí)為減少有源天線本身噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響，天線后端連接的放大器要求較高，不僅要有很大的增益，而且還要具有較低的噪聲系數(shù)。系統(tǒng)整體：雖然有源天線在本身的噪聲抑制上不占優(yōu)勢(shì)，但其對(duì)于改善系統(tǒng)的整體性能是有幫助的。對(duì)于無(wú)源天線，在應(yīng)用中為降低系統(tǒng)的噪聲，而且考慮到接收到的衛(wèi)星定位信號(hào)本身非常微弱，其饋線長(zhǎng)度一般不超過(guò)1m。天線(6/8)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院21阻抗匹配問(wèn)題：高頻電路阻抗匹配問(wèn)題格外重要，若兩個(gè)器件間阻抗不匹配則會(huì)導(dǎo)致信號(hào)在兩個(gè)器件間往復(fù)反射，無(wú)法有效并可靠的傳遞。不過(guò)在實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，阻抗問(wèn)題并不需要設(shè)計(jì)者刻意設(shè)計(jì)，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)化的器件都服從各自的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，天線常用的阻抗多為50Ω。體積：天線設(shè)計(jì)中一條簡(jiǎn)單而又重要的規(guī)則就是，體積越大，性能越好，可以簡(jiǎn)單地表達(dá)成如下的公式增益x帶寬÷

體積=常數(shù)衛(wèi)星定位接收機(jī)天線的體積也必然是朝著小型化方向發(fā)展，但是為提高增益，提高抗多徑能力，天線的尺寸通常會(huì)變大，結(jié)構(gòu)變的更復(fù)雜。天線(7/8)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院22目前比較流行的衛(wèi)星定位接收天線為四螺旋天線和貼片天線。具有體積較小，易集成的特點(diǎn)。貼片天線：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，而且具有良好的抗多徑能力，但其對(duì)低仰角衛(wèi)星信號(hào)的接收能力不強(qiáng)。四螺旋天線：靈敏度更高，而且對(duì)低仰角衛(wèi)星的接收能力更強(qiáng)，從而改善可見(jiàn)星的空間分布，提高定位精度，不過(guò)對(duì)多徑效應(yīng)的影響更加敏感。扼流圈天線：在抗多徑能力和低仰角衛(wèi)星的接收能力上都很出眾，但其體積限制了其在個(gè)人定位領(lǐng)域的應(yīng)用。衛(wèi)星定位接收天線有很多不同的構(gòu)造，比如單極，偶極，螺旋，微帶和扼流圈天線等.天線(8/8)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院23射頻前端：將天線采集到的射頻信號(hào)變換成為方便處理的數(shù)字中頻信號(hào)，結(jié)構(gòu)包括濾波器、放大器、混頻器、本地振蕩器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，射頻前端

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院24為保證系統(tǒng)性能，系統(tǒng)需要射頻前端的噪聲小、功耗低、增益高，并且具有良好的線性特性。對(duì)于弱信號(hào)來(lái)講，噪聲對(duì)信號(hào)的影響更為顯著，而對(duì)于強(qiáng)信號(hào)來(lái)說(shuō)，電路飽和以及系統(tǒng)的非線性問(wèn)題對(duì)信號(hào)處理的影響較大。對(duì)于衛(wèi)星定位信號(hào)來(lái)說(shuō)，信號(hào)強(qiáng)度很低，且信號(hào)強(qiáng)度變化范圍不大，這種信號(hào)特性，弱化了系統(tǒng)的非線性問(wèn)題對(duì)信號(hào)處理的影響。能量消耗角度：由于射頻前端需要處理射頻信號(hào)，不可避免的要工作在較高的時(shí)鐘頻率之下，這使得射頻前端的耗電量高于接收機(jī)上其他任何部件。為降低射頻前端能耗，而不影響其在高頻區(qū)的工作性能，可通過(guò)降低芯片額定電壓或者采取合理的休眠策略等手段來(lái)減少耗電量。對(duì)射頻前端的要求：射頻前端

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院25濾波器在射頻前端中，濾波過(guò)程是由分布在不同位置的多個(gè)濾波器綜合完成的。對(duì)于處在前端的濾波器而言，根據(jù)串聯(lián)系統(tǒng)的噪聲計(jì)算公式，其噪聲越小，整個(gè)系統(tǒng)的噪聲越低。隨著信號(hào)處理的深入，信號(hào)的帶寬也會(huì)逐級(jí)變窄。減小信號(hào)的帶寬可以濾除更多的噪聲和干擾，而作為代價(jià)，衛(wèi)星定位信號(hào)中的高頻部分也將被濾除，這對(duì)后續(xù)的相關(guān)運(yùn)算會(huì)造成不利的影響。衛(wèi)星接收機(jī)中常用聲表面波（SAW）帶通濾波器（BPF），通帶響應(yīng)平穩(wěn)，通帶邊緣陡峭。對(duì)于處理微弱的衛(wèi)星定位信號(hào)而言，可以濾除各種干擾。缺點(diǎn)：不利于集成。射頻前端--濾波器

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院26衛(wèi)星定位接收機(jī)天線后的首級(jí)器件可以選擇高增益的低噪聲放大器（LNA），或窄帶帶通濾波器。后者可使帶外的噪聲和干擾在放大之前濾除。前者可提供比后者低2~3dB的噪聲指數(shù)，但信號(hào)中可能存在的強(qiáng)干擾經(jīng)過(guò)放大后能使信號(hào)處理電路達(dá)到飽和，從而產(chǎn)生新的干擾。射頻前端的放大過(guò)程可能是由多級(jí)放大器共同完成的，對(duì)于各級(jí)放大器的增益，需要根據(jù)各器件的噪聲指數(shù)、功耗和飽和情況來(lái)綜合考慮。射頻前端--放大器(1/5)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院27對(duì)于LNA的增益，需要謹(jǐn)慎考慮：采用較高增益的LNA，可以更好的抑制混頻器的噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響，但其功耗更大，并且存在使混頻器飽和的可能。采用較低增益的LNA，則需要使用低噪聲的混頻器，以減少系統(tǒng)噪聲，而低噪聲的混頻器一般需要使用幅值較大的本地振蕩器，這反而增加了混頻器的功耗，使得這種方案在功耗上不占有優(yōu)勢(shì)。射頻前端--放大器(2/5)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院28放大器總增益需要滿足的基本原則：使電壓信號(hào)充滿ADC的最大輸入電壓。GPS的

頻段信號(hào)到達(dá)地面的信號(hào)強(qiáng)度至少為-130dBm。接收機(jī)天線處的熱噪聲功率為：對(duì)于一般的衛(wèi)星定位接收機(jī)，噪聲基底一般在-110dBm~-120dBm之間，默認(rèn)值為=-111dBm（即290K=16.85℃下），噪聲強(qiáng)于GPS的

信號(hào)。射頻前端--放大器(3/5)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院29射頻前端--放大器(4/5)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院30由于衛(wèi)星定位接收機(jī)接收到的信號(hào)電平較低，無(wú)法直接使用ADC進(jìn)行采集，所以射頻前端電路中需要加入放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，以匹配ADC的測(cè)量能力。由于信號(hào)完全淹沒(méi)在噪聲之下，所以放大器需要將噪聲的電平放大到ADC的最大量程處，而非將信號(hào)的電平放大到最大量程處。射頻前端--放大器(5/5)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院31混頻器是實(shí)現(xiàn)下變頻的核心部件。據(jù)結(jié)構(gòu)不同，既可使頻率降低，也可用來(lái)使頻率升高，在衛(wèi)星定位接收機(jī)中由于在射頻區(qū)內(nèi)采樣和放大信號(hào)會(huì)帶來(lái)較大的功耗和較高成本，為便于系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)處理，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行下變頻處理，因此采用的是的下變頻混頻器。中頻頻率選擇：要能夠容納足夠帶寬的衛(wèi)星定位信號(hào)，對(duì)于GPSL1信號(hào)來(lái)說(shuō)，信號(hào)主峰寬度約為2MHz，則中頻信號(hào)的中心頻率至少要大于L1信號(hào)的單邊帶寬。較低的中頻頻率，有益于降低后續(xù)電路的成本和功耗。較高的中頻頻率，更有利于抑制鏡像頻率的干擾。同時(shí)更高的中頻頻率也會(huì)使更多的信號(hào)高頻分量進(jìn)入后續(xù)電路。當(dāng)GPS系統(tǒng)中頻頻率為4.309MHz時(shí)，大概有90%C/A碼信號(hào)能量可通過(guò)混頻器。射頻前端--混頻器/本地振蕩器

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院32功能：把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為適合后端進(jìn)行處理的數(shù)字中頻信號(hào)；采樣率選擇：需滿足奈奎斯特采樣定理，即采樣率必須高于信號(hào)最高頻率分量的兩倍，以防發(fā)生頻譜的混疊。帶通采樣：由于衛(wèi)星定位信號(hào)屬于帶通信號(hào)，所以在采樣率的選擇上不必大于最高頻率的兩倍，而是按照帶通采樣定理，大于信號(hào)帶寬B的兩倍即可。4.2.2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC射頻前端--模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(1/7)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院33實(shí)際采樣方式：衛(wèi)星定位接收機(jī)射頻前端的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者一般通過(guò)采用過(guò)采樣的方式來(lái)使信號(hào)頻譜更加疏散，以減少信號(hào)混疊，方便濾波器的設(shè)計(jì)，從而提高信噪比。過(guò)采樣代價(jià)：系統(tǒng)功耗增加，同時(shí)對(duì)后端處理的運(yùn)算量和運(yùn)算速度也提出了更高的要求。針對(duì)上述的弊端，設(shè)計(jì)者可以采用變采樣的方式降低信號(hào)的采樣率。變采樣過(guò)程中首先要對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通抗混疊濾波。此時(shí)信號(hào)已經(jīng)經(jīng)過(guò)數(shù)字化，而相對(duì)于模擬環(huán)境，低通抗混疊濾波更容易在數(shù)字環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。濾波完成后再通過(guò)降采樣將信號(hào)的采樣率降低。射頻前端--模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(2/7)

4.2.2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院34衛(wèi)星定位接收機(jī)中ADC采樣率不可以和信號(hào)擴(kuò)頻碼速率成整數(shù)倍關(guān)系。當(dāng)信號(hào)采樣率和碼速率成整數(shù)倍關(guān)系時(shí)，衛(wèi)星定位接收機(jī)將對(duì)一定的時(shí)間偏移量不敏感，因?yàn)樵谠摃r(shí)間偏移內(nèi)的采樣結(jié)果完全一樣，這將會(huì)導(dǎo)致定位精度的損失。對(duì)于非整倍數(shù)采樣，則不存在這一問(wèn)題。在考慮系統(tǒng)采樣率和擴(kuò)頻碼速率的關(guān)系時(shí)需要考慮碼多普勒的影響。以GPS的L1信號(hào)為例，C/A碼的碼多普勒在6.32Hz以內(nèi)，則采樣率要避免與任何（

±6.32）Hz范圍內(nèi)的整數(shù)倍重合。射頻前端--模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(3/7)

4.2.2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院35對(duì)ADC量化位數(shù)要求：ADC的量化位數(shù)與其分辨率相關(guān)。n位的ADC的分辨率為2n。量化位數(shù)增加，ADC分辨率增加，量化噪聲也會(huì)隨之降低。衛(wèi)星定位接收機(jī)ADC位數(shù)一般在1~4位之間。因?yàn)槔^續(xù)增加量化位數(shù)并不能帶來(lái)信噪比顯著的增加。以GPS的信號(hào)為例，在有限帶寬的情況下，一位ADC的量化誤差損耗約為3.5dB，兩位ADC的量化誤差損耗約為1.2dB，三位ADC的量化誤差損耗約為0.6dB。由于過(guò)多的量化位數(shù)會(huì)導(dǎo)致后續(xù)處理運(yùn)算量的增加，所以衛(wèi)星定位接收機(jī)的量化位數(shù)一般較低。射頻前端--模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(4/7)

4.2.2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院36為有效利用有限的量化位數(shù)，必須讓信號(hào)時(shí)刻充滿ADC的最大量程。由于接收信號(hào)強(qiáng)度會(huì)隨著溫度和環(huán)境變化，所以在ADC前需加入自動(dòng)增益控制（AGC）電路。衛(wèi)星定位接收機(jī)射頻前端的最后一級(jí)放大器件，AGC需要根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度來(lái)調(diào)整增益。有些低端衛(wèi)星定位接收機(jī)采用一位量化的ADC，這種設(shè)計(jì)中并不需要。AGC問(wèn)題：增加量化位數(shù)雖然不能在信噪比上有更顯著提高，但對(duì)提高信號(hào)的抗干擾能力有幫助。對(duì)于對(duì)抗干擾能力有特殊要求的衛(wèi)星定位接收機(jī)，可以考慮采用較多的量化位數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，干擾信號(hào)會(huì)比衛(wèi)星發(fā)出的衛(wèi)星定位信號(hào)強(qiáng)度大很多，如果量化位數(shù)較少，真正的衛(wèi)星定位信號(hào)可能會(huì)被淹沒(méi)在量化誤差中，無(wú)法恢復(fù)。如果采用較多量化位數(shù)，即便干擾信號(hào)充滿了ADC量程，真實(shí)信號(hào)也依然保留在采樣點(diǎn)中，后續(xù)電路中可以通過(guò)特殊的算法將真實(shí)信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。抗干擾能力與量化位數(shù)的關(guān)系：射頻前端--模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(5/7)

4.2.2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院374.2.2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC射頻前端--模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(6/7)

ADC主要參數(shù)：1）分辯率(Resolution)：指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來(lái)表示。

2）轉(zhuǎn)換速率(ConversionRate)：指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。積分型AD的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)屬低速AD，逐次比較型AD是微秒級(jí)屬中速AD，全并行/串并行型AD可達(dá)到納秒級(jí)。注意：采樣時(shí)間是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率(SampleRate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。常用單位：ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬(wàn)次（kilo/MillionSamplesperSecond）。

3）量化誤差(QuantizingError)：由于AD的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率AD的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無(wú)限分辯率AD（理想AD）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1個(gè)或半個(gè)最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院384.2.2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC射頻前端--模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(7/7)

ADC主要參數(shù)：4）偏移誤差(OffsetError)：輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。5）滿刻度誤差(FullScaleError)：滿度輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)與理想輸入信號(hào)值之差。6）線性度(Linearity)：實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。目錄：4.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

4.2接收機(jī)的射頻部分組成及工作原理

4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

4.5定位導(dǎo)航解算方法

4.6衛(wèi)星導(dǎo)航軟件接收機(jī)原理和架構(gòu)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院39擴(kuò)頻接收機(jī)典型結(jié)構(gòu)2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院404.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院41衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)處理都是基于通道化結(jié)構(gòu)體系。捕獲過(guò)程提供對(duì)信號(hào)參數(shù)的粗略估計(jì)，這些參數(shù)通過(guò)碼跟蹤和載波跟蹤進(jìn)行精確化；跟蹤完成后，進(jìn)行導(dǎo)航數(shù)據(jù)的提取和偽距的計(jì)算。4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院424.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院43每個(gè)小方格被稱為一個(gè)搜索單元。

在時(shí)域上,捕獲電路需要遍歷所有的碼相位，時(shí)域搜索的分辨率tbin

一般為接收信號(hào)的采樣間隔。在碼域上，捕獲電路需要遍歷所有在軌衛(wèi)星的PN碼。在確定搜索的頻率步進(jìn)量fbin

和碼相位步進(jìn)量tbin

后，系統(tǒng)搜索單元總數(shù)Ncell

便可以確定。系統(tǒng)在每個(gè)搜索單元上進(jìn)行搜索的時(shí)間被稱為駐留時(shí)間Tdwell，系統(tǒng)遍歷所有搜索單元所需的時(shí)間記為Ttot。4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院44每個(gè)小方格被稱為一個(gè)搜索單元。

在時(shí)域上,捕獲電路需要遍歷所有的碼相位，時(shí)域搜索的分辨率tbin

一般為接收信號(hào)的采樣間隔。在碼域上，捕獲電路需要遍歷所有在軌衛(wèi)星的PN碼。在確定搜索的頻率步進(jìn)量fbin

和碼相位步進(jìn)量tbin

后，系統(tǒng)搜索單元總數(shù)Ncell

便可以確定。系統(tǒng)在每個(gè)搜索單元上進(jìn)行搜索的時(shí)間被稱為駐留時(shí)間Tdwell，系統(tǒng)遍歷所有搜索單元所需的時(shí)間記為Ttot。4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院45【例4.2】假設(shè)接收機(jī)對(duì)某顆衛(wèi)星信號(hào)的頻率與碼相位的搜索范圍分別設(shè)置為±10kHz與1023碼片，采用500Hz的頻率搜索步長(zhǎng)和0.5碼片的碼相位搜索步長(zhǎng),試求該二維搜索的搜索單元總數(shù)。如果接收機(jī)分別配置1個(gè)和2046個(gè)并行相關(guān)器進(jìn)行搜索，并且在每個(gè)搜索單元上的駐留時(shí)間為4ms，試求在這兩種相關(guān)器配置資源情況下，搜索完整個(gè)搜索區(qū)間所需的信號(hào)搜索時(shí)間。4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院46捕獲電路核心是相關(guān)器：為完成搜索功能，捕獲電路需要在不同頻率偏移下對(duì)不同的PN碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。在相關(guān)運(yùn)算中，當(dāng)輸入信號(hào)和本地信號(hào)完全同步時(shí)，相關(guān)器會(huì)輸出一個(gè)較大的分量，也就是PN碼的自相關(guān)峰。當(dāng)接收信號(hào)與本地信號(hào)不匹配或不同步時(shí)，相關(guān)器的輸出值會(huì)很小。注意：y(m-n)表示循環(huán)移位，所以若本地序列和接收信號(hào)序列長(zhǎng)度為N時(shí)，相關(guān)器輸出的相關(guān)函數(shù)序列長(zhǎng)度也為N，若N點(diǎn)中存在一個(gè)相關(guān)峰，則其位置就反映了兩組信號(hào)的相位差。在GNSS信號(hào)捕獲電路中，采用的是循環(huán)相關(guān)的手段。4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院474.3.2時(shí)域搜索時(shí)域搜索結(jié)構(gòu)包括：串行捕獲又叫做時(shí)域捕獲，并行捕獲又被稱作頻域捕獲。注意：這里所說(shuō)的頻域捕獲是指將時(shí)域信號(hào)變換到頻域進(jìn)行分析，而非對(duì)

頻域進(jìn)行搜索，頻域捕獲的結(jié)果仍然反映的是時(shí)域上的延遲。串行捕獲；并行捕獲；4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院481.串行捕獲工作原理：信號(hào)與本地載波和本地PN碼相乘后，進(jìn)入積分器對(duì)一個(gè)周期內(nèi)的所有采樣點(diǎn)進(jìn)行累加，累加結(jié)果取模則得到相關(guān)函數(shù)中的一個(gè)樣點(diǎn)。若該輸出值大于系統(tǒng)所設(shè)的門限值，則判定為信號(hào)同步，相關(guān)運(yùn)算到此結(jié)束，將參數(shù)傳遞給下一級(jí)電路。若該采樣點(diǎn)未超過(guò)門限值，則將本地PN碼序列進(jìn)行一個(gè)采樣點(diǎn)的延遲后再次進(jìn)行上述操作，得到下一個(gè)相關(guān)函數(shù)值。串行捕獲結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)：占用硬件資源很少；缺點(diǎn)：運(yùn)算速度慢，實(shí)時(shí)性差。4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院492.并行捕獲將N次碼相位搜索通過(guò)傅里葉變換一次完成，大大節(jié)約運(yùn)算時(shí)間。將式4.4進(jìn)行離散傅里葉變換得到Z(k)如下：4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院502.并行捕獲4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院51并行捕獲結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)：速度快，計(jì)算量少；缺點(diǎn)：FFT運(yùn)算所占用的硬件資源較大，使得其硬件開(kāi)銷較串行捕獲結(jié)構(gòu)更大。由于傅里葉變換為復(fù)數(shù)運(yùn)算，所以在這里將數(shù)據(jù)變?yōu)橄嗷フ坏腎/Q兩路進(jìn)行FFT會(huì)有更高的效益。注意：FFT運(yùn)算對(duì)于采樣點(diǎn)數(shù)有嚴(yán)格要求，對(duì)于GNSS信號(hào)捕獲而言，一個(gè)PN碼周期中所包含的采樣點(diǎn)數(shù)應(yīng)該是一個(gè)以2為底的冪。而系統(tǒng)射頻前端的采樣率并不一定滿足該要求，這就需要信號(hào)在進(jìn)入并行捕獲電路之前經(jīng)過(guò)變采樣處理。2.并行捕獲4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院523.頻域搜索頻域搜索是捕獲電路的另一個(gè)基本功能，是基于數(shù)字下變頻電路實(shí)現(xiàn)的，下變頻的過(guò)程也被稱為載波剝離。對(duì)于GNSS信號(hào)來(lái)說(shuō)，時(shí)域上的搜索實(shí)質(zhì)上是完成PN碼的同步，即解擴(kuò)的過(guò)程，而頻域上的搜索則是完成解調(diào)的過(guò)程。乒乓搜索乒乓搜索就是將整個(gè)兒搜索頻域分成多個(gè)頻槽fbin，并在逐個(gè)頻槽上進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，當(dāng)相關(guān)函數(shù)峰值足夠大時(shí)，認(rèn)為本地載波頻率已對(duì)準(zhǔn)信號(hào)頻率。在確定多普勒搜索范圍后，乒乓搜索捕獲算法通常是從該范圍的中間頻槽開(kāi)始搜索，并向兩端左右交替地?cái)U(kuò)展搜索范圍。例如：假設(shè)多普勒頻移搜索范圍為±5kHz，中心頻率為4MHz，頻槽寬度為500Hz，則系統(tǒng)在展開(kāi)搜索時(shí)，首先將本振頻率調(diào)到4MHz上進(jìn)行搜索，然后依次搜索4.0005MHz，3.9995MHz，4.0010MHz，3.9990MHz等共21個(gè)頻槽。這種“圣誕樹(shù)”狀的搜索順序，有助于提高接收機(jī)快速捕獲衛(wèi)星信號(hào)的概率。4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院53本地載波與接收信號(hào)載波之間的頻率差fe會(huì)在信號(hào)檢測(cè)量V，即相關(guān)峰值中引入值為|sinc(feTcoh)|的損耗，使系統(tǒng)產(chǎn)生漏警，這里的Tcoh表示系統(tǒng)相干累積的時(shí)間。3.頻域搜索4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院54接收機(jī)通常將這種損耗控制在3dB以內(nèi)，即|sinc(feTcoh)|2=0.5，所以頻率的絕對(duì)誤差fe不應(yīng)超過(guò)0.443/Tcoh，即頻槽寬度f(wàn)bin超過(guò)0.886/Tcoh，在實(shí)踐中，通常取以2/3作為系數(shù)，可以保證每個(gè)3dB帶寬之間有一定的重疊，進(jìn)一步減小系統(tǒng)漏警。3.頻域搜索4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院55頻域搜索范圍需要根據(jù)接收機(jī)工作環(huán)境而定。靜止接收機(jī)頻域搜索范圍大約在±5kHz之間，動(dòng)態(tài)接收機(jī)則需要根據(jù)情況擴(kuò)展搜索范圍。頻域搜索分辨率fbin與捕獲電路的累積時(shí)間成反比，一般在幾十赫茲到幾百赫茲不等。以GPSL1信號(hào)為例，在系統(tǒng)不進(jìn)行累積時(shí)fbin一般定為500Hz。上述的情況基于系統(tǒng)冷啟動(dòng)的假設(shè)，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行溫啟動(dòng)或熱啟動(dòng)時(shí)，情況會(huì)有所不同。捕獲電路在每個(gè)維度的搜索的范圍：檢測(cè)概率Pd，虛警概率Pfa以及捕獲速度等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)希望得到更大Pd的和更小的Pfa，而二者之間存在著相互矛盾的關(guān)系。Pd及Pfa大小取決于門限值Vt的選取，較大的Vt可以降低Pfa，但Pd也會(huì)隨之降低，反之亦然。在捕獲電路設(shè)計(jì)中，為在保證Pd的條件下降低Pfa，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行多次捕獲并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，但這種方法將帶來(lái)時(shí)間上的額外開(kāi)銷。GNSS捕獲電路的性能指標(biāo)：4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院564.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院574.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院584.3.4GNSS弱信號(hào)捕獲在室內(nèi)，叢林，城區(qū)等高遮擋的環(huán)境下，GNSS接收機(jī)收到的信號(hào)強(qiáng)度可能會(huì)有很大的衰減，弱信號(hào)環(huán)境下的GNSS信號(hào)捕獲問(wèn)題主要采用信號(hào)累積的辦法來(lái)提高捕獲靈敏度?；纠鄯e方法：相干累積，非相干累積和差分相干累積。特點(diǎn)：（1）相干累積對(duì)捕獲靈敏度的提升效果最顯著，但由于導(dǎo)航數(shù)據(jù)的存在，以及捕獲速度的代價(jià)，使得相干累積的長(zhǎng)度不能夠無(wú)限延長(zhǎng)。（2）硬件系統(tǒng)晶體振蕩器的相噪也是制約累積長(zhǎng)度的一個(gè)因素，在晶振相噪的影響下，過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的信號(hào)累積反倒會(huì)使捕獲的靈敏度下降。（3）由于上述限制因素，需要通過(guò)采用合理的累積策略將幾種基本累積方法結(jié)合使用，盡可能提高接收機(jī)捕獲靈敏度。4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院591.相干累積原理：先對(duì)每一個(gè)搜索單元上的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行多周期的累加然后平方，即可獲得高信噪比的判決變量。4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院601.相干累積設(shè)搜索單元(τ,FD

)所對(duì)應(yīng)的第

k個(gè)積分周期的相關(guān)值為

Yk(τ,FD

)，那么經(jīng)

K個(gè)周期的累積之后，判決變量變?yōu)樵谙喔衫鄯e過(guò)程中，不同周期信號(hào)間是相關(guān)的，所以累積后的功率呈平方倍數(shù)增長(zhǎng)，而不同周期的噪聲滿足獨(dú)立的零均值高斯分布，所以相干積分的過(guò)程類似于平均作用，其功率只是線性增加。這樣，經(jīng)過(guò)

個(gè)周期的相干累積后，判決變量的信噪比變?yōu)樵瓉?lái)的K倍?？梢詫⑾喔衫鄯e增益表示為4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院61注意：（1）相干累積長(zhǎng)度受到導(dǎo)航數(shù)據(jù)的限制，以GPSL1信號(hào)為例，導(dǎo)航數(shù)據(jù)（D碼）的比特寬度為20ms，即每20ms導(dǎo)航數(shù)據(jù)比特就可能翻轉(zhuǎn)一次，所以相干累積的時(shí)間不能超過(guò)20ms，否則翻轉(zhuǎn)后的信號(hào)求出的相關(guān)函數(shù)符號(hào)與先前的相反，這將導(dǎo)致靈敏度的損失。（2）

K個(gè)周期的相干累積會(huì)使系統(tǒng)的多普勒頻槽寬度f(wàn)bin變?yōu)樵瓉?lái)的1/K，相應(yīng)的，系統(tǒng)所需要覆蓋的搜索單元也就是原來(lái)的K倍，這樣系統(tǒng)的TTFF就與K值得平方成正比，從而使系統(tǒng)在捕獲速度上付出很大的代價(jià)。1.相干累積4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院622.非相干累積工作原理：非相干累積法是將K個(gè)周期的相關(guān)平方值進(jìn)行線性累加，來(lái)提高判決變量的信噪比。它沒(méi)有利用不同周期信號(hào)之間的相位相關(guān)性，但是同時(shí)也避免了相位模糊對(duì)累積結(jié)果的影響，即不受導(dǎo)航數(shù)據(jù)比特翻轉(zhuǎn)的影響。因此其非相干累積長(zhǎng)度不受導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)速率的限制，可以采用更長(zhǎng)的累積時(shí)間。4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院632.非相干累積搜索單元(τ,FD

)的相關(guān)值經(jīng)過(guò)K個(gè)周期非相干累積后，生成的判決變量表示為4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院64特點(diǎn)：盡管非相干累積可以避免相位模糊的問(wèn)題，但是由于采用了先平方后線性累加的處理，其判決變量的信噪比會(huì)受到平方損失影響。若用S表示信號(hào)能量，N表示噪聲能量，將之相關(guān)平方后有(S+N)2=S2+N2+2SN在平方去除相位相關(guān)性的過(guò)程中，噪聲和信號(hào)是同時(shí)被平方的，并且噪聲與信號(hào)的交叉乘積項(xiàng)成為新的噪聲引入到判決變量中。所以，非相干累積的增益實(shí)際上相當(dāng)于相同累積時(shí)間的相干累積增益減去平方損失的結(jié)果。2.非相干累積4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院653.差分相干累積差分相干處理最初是為了減小CDMA系統(tǒng)中頻移和衰落引起的相位抖動(dòng)而提出的。鑒于GNSS信號(hào)的傳輸過(guò)程也可以看作是慢衰落過(guò)程，因此差分相干累積方法被引入到信號(hào)捕獲后處理部分。對(duì)于經(jīng)歷了慢衰落過(guò)程的導(dǎo)航信號(hào)來(lái)說(shuō)，相鄰兩個(gè)周期的相位可以認(rèn)為近似不變。這樣，用差分運(yùn)算代替平方運(yùn)算，判決變量就變?yōu)?.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院663.差分相干累積在實(shí)際應(yīng)用中,一般取差分運(yùn)算結(jié)果的實(shí)數(shù)部分作為最終的判決變量，相應(yīng)的時(shí)域捕獲模塊如下：4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院67差分相干累計(jì)是利用相鄰周期信號(hào)相位的相關(guān)性，有效地去除隨機(jī)相位的影響，同時(shí)相鄰周期的噪聲相關(guān)性較差，經(jīng)過(guò)共軛相乘后放大相對(duì)較小。因此，差分相干累積法對(duì)信噪比的改善效果要優(yōu)于非相干累積法。另一方面，由于差分相干運(yùn)算對(duì)比特翻轉(zhuǎn)不敏感，所以也有效地解決了相干累積時(shí)間

的選擇問(wèn)題。如果將相干和差分相干累積結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，那么就可以選擇較小的相干累積時(shí)間

，這樣對(duì)頻率槽寬度

可以適當(dāng)放寬，減小搜索時(shí)間和捕獲響應(yīng)時(shí)間。差分相干累積的特點(diǎn)：4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院684.半比特累積算法上述三種方法在獨(dú)立使用時(shí)都面臨著較大的限制，所以在設(shè)計(jì)中往往通過(guò)一些累積算法將兩種以上的方法通過(guò)合理的安排進(jìn)行組合，消除導(dǎo)航數(shù)據(jù)位反轉(zhuǎn)帶來(lái)的限制，增長(zhǎng)信號(hào)的累積時(shí)間。典型的累積結(jié)構(gòu)主要包括半比特法、全比特法、估計(jì)最佳導(dǎo)航數(shù)據(jù)組合的圓周算法等。4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院69工作原理：通過(guò)將接收到的信號(hào)分割成每10ms一段，進(jìn)行相干累積，相干累積的結(jié)果按照時(shí)間順序交替分配給奇偶兩路分別進(jìn)行非相干累積。累積結(jié)果中必然有一組的結(jié)果峰值要高于另一組，因?yàn)閷?dǎo)航數(shù)據(jù)周期為20ms，在每?jī)蓚€(gè)相鄰的10ms數(shù)據(jù)段中必然有一個(gè)是沒(méi)有遇到導(dǎo)航數(shù)據(jù)位比特反轉(zhuǎn)的。半比特法中將峰值更高的一組認(rèn)為是判決變量，通過(guò)觀察其峰值是否超越門限來(lái)判定信號(hào)的有無(wú)。4.半比特累積算法4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院704.3.5信號(hào)確認(rèn)算法常用方法：Tong搜索和N之M算法。當(dāng)基本的捕獲過(guò)程完成后，系統(tǒng)需要保持當(dāng)前狀態(tài)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行多次額外的捕獲，并通過(guò)多次捕獲的結(jié)果來(lái)降低系統(tǒng)的虛警概率，并對(duì)難以確認(rèn)的信號(hào)追加更多的搜索時(shí)間。Tong搜索也被稱作唐搜索，該算法可以對(duì)難以確定的信號(hào)追加更多捕獲時(shí)間，算法流程如下4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院71工作原理：（1）Tong搜索包含一個(gè)計(jì)數(shù)變量K，而圖中的A與B分別是該計(jì)數(shù)變量的門限值和初始值。（2）首先，當(dāng)接收機(jī)在某個(gè)搜索單元開(kāi)始搜索信號(hào)時(shí)，搜索單元被預(yù)制成B；（3）接著，在每次相關(guān)運(yùn)算結(jié)束后都將檢測(cè)量V與捕獲門限值Vt相比較，若V大于Vt，則K值加1，反之K值減1；（4）當(dāng)K值達(dá)到門限值A(chǔ)時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)定信號(hào)存在；若K值被減為0，則認(rèn)定信號(hào)不存在；若K值在0和A之間，則停留在此單元繼續(xù)搜索。4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院72注意事項(xiàng)：A和B的選取需要考慮速度，檢測(cè)概率和虛警概率之間的平衡。門限值A(chǔ)的取值一般在8~12之間，對(duì)于強(qiáng)信號(hào)捕獲需要采用更小的A值。B值越小，搜索速度越快。在某些特殊情況下，Tong搜索檢測(cè)法會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)，而無(wú)法給出定論的情況，針對(duì)這種現(xiàn)象，往往在系統(tǒng)中加入搜索次數(shù)的上限，當(dāng)搜索次數(shù)過(guò)多時(shí)，系統(tǒng)強(qiáng)制跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)搜索單元上重新開(kāi)始搜索。目錄：4.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

4.2接收機(jī)的射頻部分組成及工作原理

4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

4.5定位導(dǎo)航解算方法

4.6衛(wèi)星導(dǎo)航軟件接收機(jī)原理和架構(gòu)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院732023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院744.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院75信號(hào)跟蹤階段：信號(hào)通道從捕獲階段獲得的當(dāng)前這個(gè)衛(wèi)星的載波頻率和碼相位的粗略估計(jì)值出發(fā)，通過(guò)跟蹤環(huán)路逐步精細(xì)對(duì)這兩個(gè)信號(hào)參量的估計(jì)，同時(shí)輸出對(duì)信號(hào)的測(cè)量值，然后解調(diào)出信號(hào)中的導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)比特。跟蹤主要分為兩部分：載波跟蹤和碼跟蹤，它們分別用于跟蹤接收信號(hào)中的載頻和偽碼。4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院76載波跟蹤環(huán)的目的：盡量使所復(fù)制的載波信號(hào)與接收到的衛(wèi)星載波信號(hào)保持一致，從而通過(guò)混頻機(jī)制徹底地剝離衛(wèi)星信號(hào)中的載波。若復(fù)制載波與接收載波不一致，則接收信號(hào)中的載波就不能被徹底剝離，則接收信號(hào)不能被下變頻到真正的基帶。若復(fù)制載波與接收載波不一致，會(huì)導(dǎo)致碼環(huán)所得到的C/A碼自相關(guān)幅值受到削弱。4.4.1載波跟蹤環(huán)

4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院77如果載波環(huán)通過(guò)檢測(cè)其復(fù)制載波與輸入載波之間的相位差異，然后再相應(yīng)地調(diào)節(jié)復(fù)制載波的相位，使兩者的相位保持一致，那么這種載波環(huán)跟蹤的形式稱為相位鎖定環(huán)路；4.4.1載波跟蹤環(huán)

如果載波環(huán)通過(guò)檢測(cè)其復(fù)制載波與載波之間的頻率差異，然后再相應(yīng)地調(diào)節(jié)復(fù)制載波的頻率，使兩者頻率保持一致，那么這種載波環(huán)的實(shí)現(xiàn)形式稱為頻率鎖定環(huán)路。相位鎖定環(huán)路；頻率鎖定環(huán)路4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院78一個(gè)典型鎖相環(huán)主要由相位鑒別器(鑒相器)、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器(VCO)三部分構(gòu)成。相位鎖定環(huán)路基本原理

(1/7)4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院79相位鎖定環(huán)路基本原理(2/7)

4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院80相位鎖定環(huán)路基本原理(3/7)

環(huán)路濾波器是一個(gè)低通濾波器，其目的在于降低環(huán)路中的噪聲，使濾波結(jié)果既能真實(shí)的反映濾波器輸入信號(hào)的相位變化情況，又能防止由于噪聲的緣故而過(guò)激地調(diào)節(jié)壓控振蕩器。當(dāng)鑒相器輸出信號(hào)

經(jīng)過(guò)一個(gè)理想的低通濾波器后，它的高頻信號(hào)成分和噪聲被濾除，于是濾波器的輸出信號(hào)4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院81相位鎖定環(huán)路基本原理(4/7)

盡管輸入信號(hào)的初相位通常會(huì)隨著時(shí)間的不同而變化，但當(dāng)信號(hào)被鎖相環(huán)鎖定時(shí)，不僅輸出信號(hào)的角頻率相同

，而且輸出信號(hào)的相位值也與輸入信號(hào)很接近，此時(shí)有：鑒相結(jié)果的濾波值與輸入、輸出信號(hào)之間的相位差

成線性正比關(guān)系。注意：如果相位差很大時(shí)，線性化過(guò)程不成立。4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院82相位鎖定環(huán)路基本原理

(5/7)鑒相結(jié)果濾波后，環(huán)路濾波器輸出信號(hào)接著作為輸入到壓控振蕩器的控制電壓信號(hào)。壓控振蕩器的基本功能是產(chǎn)生一定頻率的周期震蕩信號(hào)，且信號(hào)頻率變化量與控制信號(hào)的大小成正比。壓控振蕩器控制關(guān)系為：4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院83相位鎖定環(huán)路基本原理

(6/7)由于角頻率對(duì)時(shí)間的積分為相位變化量，那么角頻率變化率的積分就相當(dāng)于初相位的變化量。因此可得VCO輸出信號(hào)的瞬間初相位為：4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院84相位鎖定環(huán)路基本原理(7/7)

只要鎖相環(huán)輸入與輸出信號(hào)之間的相位存在一個(gè)不等于零的差異

，那么不等于零的鑒相結(jié)果濾波值隨后就會(huì)相應(yīng)地調(diào)整壓控振蕩器輸出信號(hào)頻率。鎖相環(huán)正是通過(guò)重復(fù)不斷地鑒別輸入與輸出信號(hào)之間的相位差異，并相應(yīng)地調(diào)整輸出信號(hào)的頻率，從而達(dá)到使輸出信號(hào)相位與輸入信號(hào)相位保持一致的目的。4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院85GNSS接收機(jī)載波相位跟蹤環(huán)路-Costas環(huán)

4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院86Costas環(huán)路鑒相器

4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院87Costas載波相位跟蹤環(huán)路鑒相器的比較

4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院88頻率鎖定環(huán)路

鎖相環(huán)復(fù)現(xiàn)輸入衛(wèi)星的相位和頻率以完成載波剝離功能。鎖頻環(huán)(FLL)則通過(guò)復(fù)現(xiàn)近似的頻率以完成載波剝離過(guò)程，典型情況下允許輸入載波信號(hào)相位的翻轉(zhuǎn)。鎖頻環(huán)也稱為自動(dòng)頻率控制環(huán)。鎖頻環(huán)功能：復(fù)制載波與接收載波之間的頻率保持一致，卻不要求兩者在相位上保持一致。注意：考慮用戶運(yùn)動(dòng)、接收機(jī)基準(zhǔn)頻率漂移和噪聲等不定因素，鎖相環(huán)所復(fù)制的載波與接收載波之間時(shí)不時(shí)地存在頻率差異

，導(dǎo)致兩者之間的相位差異會(huì)隨著時(shí)間的推移而變化。4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院89頻率鎖定環(huán)路

注意：角頻率誤差估算式的成立隱含一個(gè)假設(shè)，即相鄰兩段相位的相干積分時(shí)間必須對(duì)應(yīng)于同一個(gè)數(shù)據(jù)比特時(shí)沿。鎖頻環(huán)的頻率誤差鑒別結(jié)果經(jīng)環(huán)路濾波器的濾波后，施加在載波數(shù)控振蕩器的輸入端，從而調(diào)節(jié)載波數(shù)控振蕩器上讀到其所復(fù)制的載波頻率，從而推斷出該接收信號(hào)的多普勒頻移。4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院90頻率鎖定環(huán)路

FLL功能：輸出最直接的多普勒頻移測(cè)量值；鎖頻環(huán)通過(guò)載波積分器輸出積分多普勒測(cè)量值。若給定一個(gè)初始值，則積分多普勒測(cè)量值就變成了載波相位測(cè)量值

?。注意：盡管鎖頻環(huán)也產(chǎn)生了載波相位測(cè)量值，但是由于未進(jìn)行相位差異校正，而是經(jīng)由多普勒頻移對(duì)時(shí)間的積分得到，因而這種載波相位測(cè)量值沒(méi)有鎖相環(huán)的載波相位測(cè)量值那樣精確。4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院91頻率鎖定環(huán)路鑒相器

4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院92頻率鎖定環(huán)路鑒別器的比較

4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院93碼環(huán)功能：復(fù)制出一個(gè)與接收信號(hào)中的測(cè)距碼相一致的碼，從而剝離GNSS信號(hào)中的測(cè)距碼，同時(shí)提高了原本淹沒(méi)在噪聲中的GNSS信號(hào)的信噪比。4.4.2碼跟蹤環(huán)

當(dāng)它們之間相位一致時(shí)，自相關(guān)值會(huì)達(dá)到最大，而相關(guān)運(yùn)算后的信號(hào)功率也達(dá)到最強(qiáng)；否則當(dāng)兩者相位不一致時(shí)，它們之間的自相關(guān)值會(huì)很小，相關(guān)后信號(hào)功率會(huì)很低，該衛(wèi)星信號(hào)也很難被碼環(huán)所跟蹤。4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院94延遲鎖定環(huán)的工作原理

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)通信技術(shù)研究所954.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

延遲鎖定環(huán)的工作原理

4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院962.常用延遲鎖定環(huán)鑒別器

碼環(huán)鑒別器通常利用下面公式進(jìn)行非相干積分以相關(guān)器間距為0.5碼片的常規(guī)接收機(jī)為例，介紹常見(jiàn)的碼環(huán)鑒別器。4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院972.常用延遲鎖定環(huán)鑒別器

上式假定了接收機(jī)得到的自相關(guān)幅值的最大值為1；否則，對(duì)上式進(jìn)行單位化，得到如下更為常用的鑒別公式(1)非相干超前減滯后幅值法：4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院982.常用延遲鎖定環(huán)鑒別器

單位化計(jì)算公式(2)非相干超前減滯后功率法：4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院992.常用延遲鎖定環(huán)鑒別器

因?yàn)樵诜窍喔沙皽p滯后幅值法中的自相關(guān)幅值E和L需經(jīng)過(guò)開(kāi)根號(hào)運(yùn)算才能求得，而這種非相干超前減滯后功率法確可以免去開(kāi)根號(hào)運(yùn)算（平方運(yùn)算與開(kāi)根號(hào)運(yùn)算相抵消?。?，所以后者的計(jì)算量比前者有所減少；由于自相關(guān)幅值曲線與功率曲線不重合，因而非相干超前減滯后功率法會(huì)產(chǎn)生一定的鑒相誤差。(2)非相干超前減滯后功率法：4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院1002.常用延遲鎖定環(huán)鑒別器

直接利用超前、時(shí)和滯后三條支路上的相干積分值。具體計(jì)算公式為(3)似相干點(diǎn)積功率法：特點(diǎn)：所需計(jì)算量比前兩種非相干型鑒別器都要低，但是它至少需要三對(duì)相關(guān)器，而不再是兩對(duì)。4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院1012.常用延遲鎖定環(huán)鑒別器

當(dāng)載波環(huán)采用鎖相環(huán)的形式并且鎖相環(huán)工作在穩(wěn)態(tài)時(shí)，接收信號(hào)的所有功率全都集中在I支路上，Q

支路上的信號(hào)接近為0。則式（4.31）有：(4)相干點(diǎn)積功率法：?jiǎn)挝换挠?jì)算公式為：4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院1022.常用延遲鎖定環(huán)鑒別器

由上兩式所表達(dá)的相干點(diǎn)積功率法計(jì)算最為簡(jiǎn)單，然而它要求信號(hào)的功率集中在I支路上。如果載波環(huán)采用鎖相環(huán)，或者作為載波環(huán)的鎖相環(huán)還未達(dá)到穩(wěn)態(tài)，那么接收信號(hào)的一部分功率會(huì)在Q支路中流失，這使得I支路上輸出的信號(hào)功率未能達(dá)到最大，從而導(dǎo)致該鑒別器性能的下降。在信號(hào)強(qiáng)度較弱的情況下，鎖相環(huán)解調(diào)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率的比特較高，此時(shí)Ip

的正負(fù)號(hào)不再可靠。這會(huì)導(dǎo)致該鑒頻器失效。采用相干點(diǎn)積功率法作為鑒別器的碼環(huán)被稱為相干碼環(huán)，但實(shí)際上大多數(shù)接收機(jī)都采用非相干形式的碼環(huán)和鑒別器。(4)相干點(diǎn)積功率法：4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院1034.4.3載波環(huán)輔助碼環(huán)

4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院1044.4.3載波環(huán)輔助碼環(huán)

載波環(huán)輸出結(jié)果經(jīng)過(guò)一個(gè)比例器k后與碼環(huán)濾波器的輸出結(jié)果加在一起。它們的和用來(lái)部分控制C/A碼數(shù)控振蕩器的輸出狀態(tài)，碼環(huán)的這種運(yùn)行方式被稱為載波輔助。由于不論是鎖相環(huán)還是鎖頻環(huán)，載波環(huán)的測(cè)量精度比碼環(huán)的測(cè)量精度要高出好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。載波環(huán)是一種跟蹤較緊密的環(huán)路，來(lái)自載波環(huán)的多普勒頻移測(cè)量值能較為準(zhǔn)確、即時(shí)的反映出接收機(jī)在其與衛(wèi)星連線方向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。特點(diǎn)：4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院1054.4.3載波環(huán)輔助碼環(huán)

這種來(lái)自載波環(huán)的速度信息被用來(lái)輔助碼環(huán)控制碼環(huán)數(shù)控振蕩器輸出碼率快慢，那么就基本上能消除碼環(huán)所承受的動(dòng)態(tài)應(yīng)力。而碼環(huán)本身僅需糾正剩下的、只是緩慢變化的碼環(huán)初始跟蹤誤差和電離層延時(shí)變化等對(duì)碼相位的影響，進(jìn)而允許接收機(jī)采用一個(gè)更為狹窄的碼環(huán)帶寬，以降低碼環(huán)噪聲量和提高碼相位的精度。為了提高噪聲性能和動(dòng)態(tài)性能，碼環(huán)通常采用載波輔助的形式，并且已經(jīng)成為環(huán)路設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)常用技術(shù)。特點(diǎn)：目錄：4.1衛(wèi)星定位接收機(jī)組成與分類

4.2接收機(jī)的射頻部分組成及工作原理

4.3GNSS接收機(jī)的信號(hào)捕獲

4.4GNSS接收機(jī)的信號(hào)跟蹤

4.5定位導(dǎo)航解算方法

4.6衛(wèi)星導(dǎo)航軟件接收機(jī)原理和架構(gòu)

2023/9/2哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程