高動態(tài)GPS載波跟蹤及FPGA實現(xiàn)的研究.pdf

1、在軍事、航天領(lǐng)域中的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(如安裝在運載火箭、導(dǎo)彈上的接收機)，當(dāng)其載體作高動態(tài)機動運動時，與衛(wèi)星之間存在著較大的相對運動速度、加速度、甚至加加速度，導(dǎo)致多普勒頻移劇烈變化，從而造成衛(wèi)星信號跟蹤系統(tǒng)工作失常。因此，對高動態(tài)環(huán)境下導(dǎo)航接收機的設(shè)計提出了特殊要求。其中，衛(wèi)星載波信號跟蹤環(huán)路是高動態(tài)導(dǎo)航接收機設(shè)計的核心部分。
　　 為了解決高動態(tài)帶來的載波跟蹤問題，許多研究者對載波跟蹤算法進行了改進，將卡爾曼濾波應(yīng)用于載波跟蹤

2、中，并先后提出了基于擴展卡爾曼濾波(EKF)的載波跟蹤算法和性能更好的基于無跡卡爾曼濾波(UKF)的載波跟蹤算法。但在UKF的設(shè)計中，通常先驗假設(shè)過程噪聲和觀測噪聲為統(tǒng)計特性已知不變的白噪聲，這與高動態(tài)條件下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機的工作環(huán)境不符。因此不能保證載波跟蹤系統(tǒng)的收斂性和穩(wěn)定性。
　　 針對此問題，本文提出了一種主從式自適應(yīng)UKF(AUKF)的方法。AUKF能自適應(yīng)調(diào)整過程噪聲方差，從而達到減小模型估計誤差，抑制濾波發(fā)散的目的。

3、Matlab仿真結(jié)果表明，在高動態(tài)下噪聲統(tǒng)計特性發(fā)生變化時，基于AUKF的載波跟蹤具有很好的穩(wěn)定性。
　　 為了滿足高動態(tài)的載波跟蹤實時性的要求，本文對基于AUKF的載波跟蹤環(huán)路進行了FPGA設(shè)計。為了減小算法的計算量，避免一些重復(fù)的操作，本文還對AUKF算法進行了化簡，便于算法的FPGA設(shè)計和實現(xiàn)。采用仿真工具ISESimulator對設(shè)計的各個算法模塊在功能和時序上進行了驗證。并將算法在FPGA平臺下與PC平臺下實現(xiàn)做實時性