基于模糊控制的高靈敏GPS接收機設計
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在載波環(huán)中，通過(guò)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(zhù)相當于低通濾波器的作用。因為這里的積分運算是將I路與Q路上的信號分開(kāi)來(lái)進(jìn)行，而不是將兩者混和起來(lái)，所以這種積分稱(chēng)為相干積分，而相應的積分時(shí)間就稱(chēng)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)表明相干積分結果的幅值Ap(n)呈關(guān)于頻率誤差fe的sinc函數，其中橫軸為頻率差異fe，其主要由衛星運動(dòng)、用戶(hù)的動(dòng)態(tài)性和接收機晶體振蕩頻率漂移導致。如果相干積分時(shí)間Tcoh越長(cháng)，sinc函數曲線(xiàn)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，相干結果受到的削弱程度越高。因此，為了容忍可能出現的較大頻率誤差，接收機跟蹤環(huán)路應當選用較短的相干積分時(shí)間。
相干積分時(shí)間Tcoh是接收機設計的一個(gè)關(guān)鍵參數，也是GPS接收機設計中的一種妥協(xié)處理：一方面，為了增強濾波效果，降低噪聲和提高跟蹤精度，積分濾波器長(cháng)；另一方面，為了支持用戶(hù)的高動(dòng)態(tài)性，讓跟蹤環(huán)路能更大程度地容忍由用戶(hù)運動(dòng)而導致的頻率跟蹤誤差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(shuō)Tcoh的值應該盡量地短?？梢?jiàn)，相干積分時(shí)間的取值問(wèn)題必須兼顧接收機的噪聲和動(dòng)態(tài)兩個(gè)方面的性能。
1．2 碼延遲鎖定環(huán)路
接收機碼環(huán)首先通過(guò)C／A碼發(fā)生器復制一個(gè)其希望跟蹤的那顆GPS衛星所發(fā)射的、具有一定相位的C／A碼信號，并將這一復制C／A碼與接收信號做相關(guān)運算；然后碼相位鑒別器檢測所得的相關(guān)幅值是否達到最大，并且從中估算出復制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碼數控振蕩器的控制輸入，以相應調節C／A碼發(fā)生器輸出的復制C／A碼的頻率和相位，使復制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)運算，混頻結果進(jìn)行相干積分，分別計算出E和L支路上的積分結果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)未到達穩態(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 )隨機分散在兩個(gè)支路上，這使得碼環(huán)不能僅根據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(guò)度依賴(lài)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(lái)檢測相關(guān)結果。它將對應于同一碼相位延時(shí)支路的兩個(gè)分支上的相干積分結果進(jìn)行平方后相加，所得的結果稱(chēng)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T(mén)cn=NncTcoh，即每個(gè)非相干積分值需要經(jīng)過(guò)Tcn長(cháng)的時(shí)間才能得到。雖然非相干積分中的積分運算能增大信噪比，但是平方運算引入了平方損耗LSQ。根據式(8)得到如下的相關(guān)信號功率：
式中
的均值不等于零，因為平方運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(cháng)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，接收機可選擇相干積分時(shí)間Tcoh和非相干積分數目Nnc的不同配對組合，從而調和頻率誤差與平方損耗之間的矛盾，優(yōu)化接收機的噪聲性能。2 模糊控制環(huán)路設計
在GPS接收機跟蹤環(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。當積分時(shí)間增加時(shí)，通過(guò)降低帶內噪聲功率從而提高跟蹤精度，但對由用戶(hù)運動(dòng)而引起的跟蹤頻率誤差容忍度較??；反之，提高了接收機的高動(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規則支配的模糊推理系統。由于ELSE規則的存在，該算法可以確保至少有一個(gè)規則能得到滿(mǎn)足，從而使得在任何輸入數據條件下都能成功地執行推理機制。模糊推理系統框圖如圖2所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/160305.htm
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