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全球定位系统(GPS)解决了人们在距离地面高度在两千公里内的导航和定位问题。连续发展多年至今,已能向全世界提供高精度的导航和定位信息。目前,它已经在地质勘探、交通运输、航天航空、国防军事等领域发挥着越来越重要的作用。
GPS接收机是GPS系统的重要组成部分,在国内由于技术的封锁,发展相对缓慢。特别是在航空、航天等需要适应高动态的领域。GLONASS卫星定位系统目前由俄罗斯掌控,并在不断完善之中。其整体结构、定位原理和系统功能与GPS系统相似,可用于海上、空中、陆地等各类用户的定位、测速及精密授时,提供军用和民用两种服务。作为目前唯一能够同GPS抗衡的全球卫星导航系统,GLONASS系统打破了美国在全球导航领域一统天下的局面。因此,研究GPS与GLONASS混合即GNSS接收机组合定位算法及高动态接收机的算法具有重要的意义。同时使用软件无线电硬件平台,以达到接收机可以在硬件状态不变的情况下扩展功能的目的,同样具有重要的意义。本课题在这种背景下开展应用于航天运载器的GNSS高动态软件接收机的研究和设计。论文对本课题的设计难点进行了论述。
论文首先论述了GNSS接收机的硬件设计,介绍了使用软件无线电硬件平台设计接收机的方法。该平台采用了DSP+FPGA及外围器件的架构,实现了硬件资源动态分配,可以很好地满足设计的完善、功能扩充的要求。本人完成了该平台数字部分的硬件设计,该硬件平台完成后可以正常加载程序并稳定运行。
接着本文在单一GPS定位原理的基础上,研究了GNSS系统的混合定位解算的方法。该方法使用提取的观测量组成方程,对方程线性化后使用最小二乘法进行解算,实现了两个星座的兼容统一,使用两个系统的卫星参与定位,增加了可用卫星数,减小PDOP值,有利于接收机的收星定位。
最后本文对接收机的环路滤波算法进行了分析,该算法决定了接收机的动态特性。本人对三阶环适应高动态的特性进行了分析并完成对三阶环算法的仿真,仿真结果表明:在高动态环境下使用三阶环有利于提高跟踪精度,从而提高测速精度。