基于模糊控制的高靈敏GPS接收機(jī)設(shè)計(jì)
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在載波環(huán)中，通過積分一清零消除信號ip(t)與qp(t)中的高頻信號成份和噪聲，以提高載噪比，它發(fā)揮著相當(dāng)于低通濾波器的作用。因?yàn)檫@里的積分運(yùn)算是將I路與Q路上的信號分開來進(jìn)行，而不是將兩者混和起來，所以這種積分稱為相干積分，而相應(yīng)的積分時(shí)間就稱為相干積分時(shí)間Tcoh。若t1代表積分初始時(shí)間，對式(2)、(3)所示的相關(guān)結(jié)果ip(t)和qp(t)分別進(jìn)行時(shí)間Tcoh的積分可得：
式(7)表明相干積分結(jié)果的幅值A(chǔ)p(n)呈關(guān)于頻率誤差fe的sinc函數(shù)，其中橫軸為頻率差異fe，其主要由衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)、用戶的動(dòng)態(tài)性和接收機(jī)晶體振蕩頻率漂移導(dǎo)致。如果相干積分時(shí)間Tcoh越長，sinc函數(shù)曲線在橫軸方向上越被壓縮，于是在相同大小的頻率誤差fe條件下，相干結(jié)果受到的削弱程度越高。因此，為了容忍可能出現(xiàn)的較大頻率誤差，接收機(jī)跟蹤環(huán)路應(yīng)當(dāng)選用較短的相干積分時(shí)間。
相干積分時(shí)間Tcoh是接收機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，也是GPS接收機(jī)設(shè)計(jì)中的一種妥協(xié)處理：一方面，為了增強(qiáng)濾波效果，降低噪聲和提高跟蹤精度，積分濾波器長；另一方面，為了支持用戶的高動(dòng)態(tài)性，讓跟蹤環(huán)路能更大程度地容忍由用戶運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的頻率跟蹤誤差fe，并且限制頻率誤差損耗，積分濾波器的通帶帶寬必須盡量寬，也就是說Tcoh的值應(yīng)該盡量地短?？梢?，相干積分時(shí)間的取值問題必須兼顧接收機(jī)的噪聲和動(dòng)態(tài)兩個(gè)方面的性能。
1．2 碼延遲鎖定環(huán)路
接收機(jī)碼環(huán)首先通過C／A碼發(fā)生器復(fù)制一個(gè)其希望跟蹤的那顆GPS衛(wèi)星所發(fā)射的、具有一定相位的C／A碼信號，并將這一復(fù)制C／A碼與接收信號做相關(guān)運(yùn)算；然后碼相位鑒別器檢測所得的相關(guān)幅值是否達(dá)到最大，并且從中估算出復(fù)制C／A碼與接收C／A碼之間的相位差異；將濾波后的碼相位差異作為C／A碼數(shù)控振蕩器的控制輸入，以相應(yīng)調(diào)節(jié)C／A碼發(fā)生器輸出的復(fù)制C／A碼的頻率和相位，使復(fù)制C／A碼與接收C／A碼保持對齊。
對圖1中的相關(guān)器進(jìn)行1 ms的相關(guān)運(yùn)算，混頻結(jié)果進(jìn)行相干積分，分別計(jì)算出E和L支路上的積分結(jié)果IE(n)，QE(n)，IL(n)和QL(n)。相干積分值的大小除與頻率誤差fe和自相關(guān)值R(τe)有關(guān)以外，還分別與載波環(huán)相位跟蹤誤差φe和余弦值、正弦值成正比。如果載波環(huán)所采用的鎖相環(huán)未到達(dá)穩(wěn)態(tài)，或者載波環(huán)采用鎖頻環(huán)的形式，那么相位差異φe很可能既不為零，也不是一個(gè)恒定值，于是接收信號能量會(huì)隨機(jī)分散在兩個(gè)支路上，這使得碼環(huán)不能僅根據(jù)支路上的相干積分值就可靠地檢測出C／A碼的相關(guān)值大小。為了避免這種過度依賴載波環(huán)的工作形式和狀態(tài)，碼環(huán)經(jīng)常采用非相干形式來檢測相關(guān)結(jié)果。它將對應(yīng)于同一碼相位延時(shí)支路的兩個(gè)分支上的相干積分結(jié)果進(jìn)行平方后相加，所得的結(jié)果稱為C／A碼的自相關(guān)功率。自相關(guān)幅值分別為：
盡管C／A碼自相關(guān)幅值仍均與sinc(feTcoh)的絕對值成正比，但是不再受到復(fù)制載波相位正確與否的影響，從而使碼環(huán)變得更加具有魯棒性。非相于積分時(shí)間定義為Tcn=NncTcoh，即每個(gè)非相干積分值需要經(jīng)過Tcn長的時(shí)間才能得到。雖然非相干積分中的積分運(yùn)算能增大信噪比，但是平方運(yùn)算引入了平方損耗LSQ。根據(jù)式(8)得到如下的相關(guān)信號功率：
式中
的均值不等于零，因?yàn)槠椒竭\(yùn)算造成了噪聲功率的放大，這種噪聲不能被積分器濾除，也就是平方損耗的根源。為了抑制平方損耗，信號在非相干積分前必須具有較高的信噪比，而選擇較長的相干積分時(shí)間；雖然有助于提高信號在非相干積分后的信噪比，但是也使得非相干積分更容易受到頻率誤差的影響。因此，在非相干積分時(shí)間Tcn固定的情況下，接收機(jī)可選擇相干積分時(shí)間Tcoh和非相干積分?jǐn)?shù)目Nnc的不同配對組合，從而調(diào)和頻率誤差與平方損耗之間的矛盾，優(yōu)化接收機(jī)的噪聲性能。2 模糊控制環(huán)路設(shè)計(jì)
在GPS接收機(jī)跟蹤環(huán)路中，積分時(shí)間Tcoh和頻率跟蹤誤差fe之間存在相互矛盾的一面。當(dāng)積分時(shí)間增加時(shí)，通過降低帶內(nèi)噪聲功率從而提高跟蹤精度，但對由用戶運(yùn)動(dòng)而引起的跟蹤頻率誤差容忍度較??；反之，提高了接收機(jī)的高動(dòng)態(tài)性能，但降低了跟蹤精度。因此為了獲得更高的動(dòng)態(tài)性能和跟蹤精度，本文提出了一種受ELSE規(guī)則支配的模糊推理系統(tǒng)。由于ELSE規(guī)則的存在，該算法可以確保至少有一個(gè)規(guī)則能得到滿足，從而使得在任何輸入數(shù)據(jù)條件下都能成功地執(zhí)行推理機(jī)制。模糊推理系統(tǒng)框圖如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/160305.htm
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