研究生论文答辩高动态下GPS信号载波同步方法的研究及其仿真.ppt

高动态下GPS信号载波同步方法的研究及其仿真 答辩人：徐长雷 导 师：蔡德林 研究员 专 业：通信与信息系统 答辩提纲 研究的背景和意义 GPS信号与调制模型 高动态产生的影响 高动态产生的影响 高动态产生的影响 高动态产生的影响 载波同步方案的设计 载波同步方案的设计 载波同步方案的设计 四相鉴频器与符号叉积鉴频器 鉴相器 载波同步方案的设计 数字Costas环设计 环路变增益跟踪策略 改进环路的特性 2) 二阶环路的跟踪特性——瞬态响应 3)改进环路的噪声等效带宽与 、 的关系 环路变带宽分析 4) Costas环路的捕获带宽的选取和相位抖动 仿真结果与分析 FLL/Costas/本设计方案性能比较 结 论 GPS信号与调制模型 锁相环(PLL) 方案结构 四相鉴频器 符号叉积鉴频器 鉴相器 NCO 频偏环路滤波器 Costas环路滤波器 频率判决与相位判决 积分清除器 锁定/假锁检测机制 2) 二阶环路的跟踪特性——瞬态响应 2) 二阶环路的跟踪特性——瞬态响应 2) 二阶环路的跟踪特性——瞬态响应 方案仿真 锁定检测机制工作情况 硬件仿真 硬件仿真 C/A码的硬件仿真 C/A码波形 载波NCO 载波NCO波形 载波NCO波形 硬件仿真结果分析 相关的仿真结果能够实现设计时要求达到的逻辑功能，也显示了这种联合仿真是可行的。 这种硬件联合仿真避免了编程的复杂过程，而且转换速度快，同时也提高了工作效率。 论文的创新点 在详细分析高动态的影响基础上，结合FLL与PLL的优点，设计了采用鉴频鉴相联合跟踪的方案。 设计了数字Costas环，采用了变增益变带宽策略， 从而改进了环路，提高了跟踪精度等。 分析了几种仿真工具的优势，采用了硬件联合仿真，可避免了编程的复杂过程，而且转换速度快，其相关仿真结果能够实现设计时要求达到的逻辑功能，显示了这种联合仿真是可行的。 论文的局限性 所设计方案是单频的，使用的环境有限； 在设计中，没有结合码同步进行设计，这方面需要进一步的探讨； 环路中的参数只是根据环境需要而设计的，对于不同的高动态环境来设计不同的参数。在变带宽方面，可进一步分析和仿真其他情况，以便达到更为理想的效果； 在性能分析过程中，进一步分析与其他方案的性能，如复杂度等。因时间关系，未能够对方案进行全面的硬件仿真，下一步的重点就是该方案的性能优化、硬件实现及所需硬件资源分析等，以便把方案应用到实际中。 请各位老师提出宝贵意见！ L1载波 C/A码 电文 P码 振荡器 L2载波 A B 900 J K D G F C L H 模2相加 调制器 信号合成器 10.23MHz 1227.6MHz 10.23MHz 50Hz 1.023MHz 1575.42MHz 2 图 GPS信号组成 能够完成相位同步的自动控制系统，是一个闭环的跟踪系统，能够跟踪输入信号的相位和频率。 稳 窄 抗 同步 精确地跟踪 输入频率和相位 窄带跟踪性能 抗干扰和抑 制噪声性能 同步跟踪性能。可以实现载波同步、位同步、帧同步和网同步。 特点： 锁相环比较 科 斯 塔 斯 环 鉴 相 器 输 出 (度) 真实输入误差(度) 鉴相特性 鉴相特性 图 Costas环鉴相器的鉴相特性 方案结构 鉴频/鉴相 NCO 环路滤波器 门限判决 四相鉴频器 符号叉积鉴频器 鉴相器 频偏环路  滤波器 Costas环  路滤波器 频率判决 相位判决 压控振荡器 图 时 归 一 化 频 率 校 正 量 跟踪范围为： 四相鉴频器的校正量： 图 四相鉴频器频率跟踪特性 跟踪范围为： (1) 当 时，鉴频误差 可以反映频率的变化。 (2) 当 在 左右变化时， 由于取符号带来的不确定性，从而，导致鉴频 的方向性不确定。 (3) 当 时， 鉴频误差 将引导FLL锁到 频率上， 图 符号叉积鉴频器频率跟踪特性 归 一 化 跟 踪 输 出 误差 从而导致假锁。 消除了输出量的符号模糊，由于在实际的信号中，数据符号不可能连续不变，所以常采用这种频率跟踪算法。 符号叉积鉴频器 图 符号叉积鉴频环路原理图 锯齿型余弦鉴相特性，其鉴相特性只存在稳定的平衡点， 因而减小了环路的“悬搁”现象的影响。 相位 误差 数据1 数据-1 鉴相器输出 图 DDS内部结构图 NCO 采样点 采样点 鉴相器输出 相 位 累加器 值 相位地 址 条件： = -2.4KHz， =48KHz， SNR=5dB， 载频 采样频率 初相位为0。 图 鉴相器、相位累加器及相位地址的工作过程 幅 值 图 NCO工作过程 采用带宽为 的Jaffe-Rech