低功耗GNSS接收機基帶跟蹤環(huán)路設(shè)計.pdf

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1、學(xué)校代碼：10286分類號：TN492密級：公開UDC：621.38學(xué)號：151235低功耗GNSS接收機基帶跟蹤環(huán)路設(shè)計研究生姓名：李樂樂導(dǎo)師姓名：單偉偉申請學(xué)位類別工學(xué)碩士學(xué)位授予單位東南大學(xué)一級學(xué)科名稱電子科學(xué)與技術(shù)論文答辯日期2018年6月9日二級學(xué)科名稱微電子學(xué)與固體電子學(xué)學(xué)位授予日期答辯委員會主席蔡躍明評閱人蔡躍明吳建輝2018年6月9日碩士學(xué)位論文低功耗GNSS接收機基帶跟蹤環(huán)路設(shè)計專業(yè)名稱：微電子學(xué)與固體電子學(xué)研究生姓名：李樂樂導(dǎo)師姓名：單偉偉副教授DESIGNOFBASEBANDTRACKING

2、LOOPFORLOWPOWERGNSSRECEIVERAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYLILeleSupervisedbyAssoc.Prof.SHANWeiweiSchoolofElectronicScienceandEngineeringSoutheastUniversityJune2018東南大學(xué)學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研

3、究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。研究生簽名：日期：東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明東南大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館、《中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）》電子雜志社有限公司、萬方數(shù)據(jù)電子出版社、北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人

4、電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布（包括以電子信息形式刊登）論文的全部內(nèi)容或中、英文摘要等部分內(nèi)容。論文的公布（包括以電子信息形式刊登）授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理。研究生簽名：導(dǎo)師簽名：日期：摘要摘要物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IoT）的興起帶來IoT技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)熱潮。準(zhǔn)確、實時的定位是IoT設(shè)備的重要功能。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）是應(yīng)用廣泛的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。但傳統(tǒng)GNSS

5、接收機模塊功耗較高難以滿足IoT設(shè)備的要求，因而低功耗GNSS接收機成為研究的熱點。全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）是GNSS中應(yīng)用最廣泛的衛(wèi)星系統(tǒng)，本文的設(shè)計和評估將圍繞GPS展開。本文采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（InertialNavigationSystem，INS）輔助GPS接收機架構(gòu)，GPS定位模塊間歇工作，在其關(guān)閉時由低功耗INS模塊進(jìn)行慣性導(dǎo)航定位，從而系統(tǒng)具有低的工作功耗。定位系統(tǒng)的功耗主要取決于GPS模塊的捕獲和跟蹤過程。因此如何設(shè)計跟蹤環(huán)路降低系統(tǒng)定位功耗成為本文的

6、研究重點。本文設(shè)計了一種基于卡爾曼濾波器的快速牽引跟蹤環(huán)路。該跟蹤環(huán)路使用用戶位置預(yù)測GPS信號碼相位、多普勒，使得GPS模塊開啟時刻碼相位與多普勒在跟蹤環(huán)路牽引范圍之內(nèi)，從而接收機可以直接進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，避免捕獲過程。接收機進(jìn)入跟蹤后，本地復(fù)制信號與接收GPS信號之間存在較大誤差。在載波跟蹤環(huán)路和碼跟蹤環(huán)路中，本文使用頻差補償?shù)姆椒▽褂深l差帶來的相干積分衰減，提高鑒頻鑒相精度。獲得頻率和相位偏差后，使用卡爾曼濾波器作為環(huán)路濾波器，先通過大的噪聲帶寬來加速環(huán)路的牽引過程，然后逐漸減小噪聲帶寬獲得更好的偽距和多普勒

7、精度。仿真結(jié)果表明本文設(shè)計的快速牽引跟蹤環(huán)路在40dB.Hz信號功率，初始誤差30m偽距誤差，26Hz多普勒誤差，100ms時間牽引后偽距精度3.25m，多普勒精度1.65Hz。本文通過軟件接收機對基于快速牽引跟蹤環(huán)路算法的接收機進(jìn)行仿真驗證和評估。仿真實驗表明本文設(shè)計的基于快速牽引跟蹤環(huán)路的INS輔助GPS接收機功耗為3.0mW，偽距精度在-130dBm時為4.41m，在空間位置精度因子（PositionDilutionofPrecision，PDOP）為1.25的情況下可實現(xiàn)5m圓概率誤差（CircularE

8、rrorProbable，CEP）定位精度。關(guān)鍵詞：全球定位系統(tǒng)，低功耗，跟蹤環(huán)路，卡爾曼濾波IAbstractAbstractTheriseoftheInternetofThings(IoT)hasbroughtaboutanupsurgeofresearchanddevelopmentofIoTtechnologyandequipment.Accurate,real-