GNSS接收機采樣率的選擇及對相關(guān)器輸出的影響.pdf

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1、2014年2月西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報Feb．2014第32卷第1期JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityVol_32No．1GNSS接收機采樣率的選擇及對相關(guān)器輸出的影響宋玉龍，廉保旺(西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院，陜西西安710072)摘要：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)字接收機的開發(fā)首先要考慮采樣率的設(shè)計，采樣率的選擇對接收機的運行、跟蹤精度以及基帶數(shù)字處理速度有著重要影響。首先研究了外差式和低中頻2種射頻前端結(jié)構(gòu)下輸出的中頻信號的形式和中頻頻率選取原則，接著針對這2種中頻信號分別設(shè)計了

2、實／復(fù)數(shù)信號的抗混疊帶通采樣率；通過仿真討論分別得到了采樣率的選取與偽碼速率、相關(guān)器間隔的關(guān)系，及其對相關(guān)器輸出與跟蹤性能的影響；最后綜合各種因素給出了采樣率的選取策略。關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；采樣率；射頻前端結(jié)構(gòu)；帶通采樣；偽碼速率；相關(guān)器間隔中圖分類號：TN967．1文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1000-2758(2014)01-0075—06大多數(shù)現(xiàn)代GNSS(globalnavigationsatellitesys—出具有說服力的仿真結(jié)果。本文解決了這些問題。tem，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))接收機是數(shù)字接收機，而文獻[

3、10]給出了相關(guān)器間隔對采樣率選擇的影響，開發(fā)數(shù)字接收機的首要工作就是設(shè)計采樣率，它直本文通過仿真和論證糾正了文中存在的錯誤。接影響了接收機的正常工作、跟蹤精度和資源利用最后本文綜合考慮了信號形式、中頻頻率、偽碼效率。采樣率的選擇主要取決于中頻信號形式速率、相關(guān)器間隔及硬件資源等因素，給出了最優(yōu)的(實／復(fù)信號)、中頻頻率、偽碼速率及相關(guān)器間采樣率設(shè)計策略。隔等。接收機射頻前端結(jié)構(gòu)的不同會影響中頻頻率的采樣率與中頻頻率選擇，以及中頻信號的形式，并決定了帶通采樣的策略。文獻[1]對外差式、零中頻、低中頻等射頻前端1．1

4、射頻前端結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)及混頻信號頻譜進行了詳細的分析，并討論了射頻前端模塊位于接收機天線與基帶數(shù)字信號各自的優(yōu)缺點。本文對GNSS數(shù)字接收機常用的外處理模塊之間，它的主要目的是將接收到的射頻模差式和低中頻結(jié)構(gòu)進行了研究。擬信號數(shù)字化成包含GNSS信號成分、頻率較低的在射頻前端輸出的中頻信號基礎(chǔ)上需要研究帶中頻信號，并在此過程中進行必要的濾波和增益控通采樣率的設(shè)計。Akos在文獻[2．3]中研究了將射制。衛(wèi)星與接收機之間的相對運動會引起信號載波頻信號用帶通采樣直接下變頻到基帶的方案，并說頻率的多普勒效應(yīng)，使接收到的衛(wèi)星信號

5、的載波頻明了帶通采樣的原理及采樣率的設(shè)計方法；文獻率發(fā)生偏移。因為這種相對運動狀況和相應(yīng)的多普[4]中詳細研究了實數(shù)信號的帶通采樣率設(shè)計；文勒頻移量通常是不可預(yù)測的，所以射頻前端只得將獻[5]中詳細研究了復(fù)數(shù)信號的帶通采樣率設(shè)計。接收信號從射頻下變頻到中頻(或者近基帶)，而不本文研究在實／復(fù)數(shù)形式的中頻信號上進行抗混疊是直接下變頻到真正的基帶¨。帶通采樣(不利用帶通采樣下變頻)的采樣率設(shè)計。GNSS接收機的射頻前端主要采用2種結(jié)構(gòu)，一文獻[6-9]研究了采樣率對環(huán)路跟蹤性能的影種是經(jīng)典的外差式接收機結(jié)構(gòu)，如圖1所示

6、；另一種響，均推薦采樣率設(shè)計成偽碼速率的非整數(shù)倍，但并是近來各接收機廠商常使用的低中頻結(jié)構(gòu)，如圖2沒有深入研究影響跟蹤性能的根本原因，也沒有給收稿日期：2013．05．04基金項目：國家自然科學(xué)基金(61301094)及西北工業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)研究基金(NPU—FFR-JCY20130135)資助作者簡介：宋玉龍(1989一)，西北工業(yè)大學(xué)博士研究生，主要從事GNSS數(shù)字基帶接收機及軟件無線電的研究。·76·西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報第32卷所示。2種結(jié)構(gòu)在對中頻頻率的選擇以及之后的以為單位進行搬移復(fù)制，如(3)式所示：．川=A／D

7、采樣方面都有著不同的處理方案。一mf,，m=0，±1，?，±∞(3)式中：是原信號的中心頻率是采樣后出現(xiàn)的將原信號頻譜搬移m個采樣頻率后復(fù)制出的中心頻率。如上一小節(jié)所述，不同的射頻前端結(jié)構(gòu)會得到圖1外差式接收機結(jié)構(gòu)框圖不同形式的中頻信號，如傳統(tǒng)外差式的實信號(具有雙邊對稱頻譜，稱雙邊帶信號)，以及低中頻結(jié)構(gòu)外差式接收機結(jié)構(gòu)具有較好的性能，但是由于的復(fù)信號(僅有單個頻譜，稱單邊帶信號)。2類信存在鏡像干擾，鏡像抑制濾波器(射頻濾波器)和通號的帶通采樣過程需要分別對待，下面進行詳細道選擇濾波器(中頻濾波器)比較難做，成

8、本較高。說明。圖l所示的接收機結(jié)構(gòu)下，中頻輸出實信號，中頻頻1．2．1雙邊帶信號率的選擇首先要考慮到信號帶寬曰，至少應(yīng)該大于對于僅具有一個頻帶的實信號(單頻信號)，帶B／2，否則會造成正負頻率分量的混疊。通采樣后可能導(dǎo)致原頻帶與復(fù)制頻帶間的混疊，以及正負頻率分量間的混疊。。信息頻帶．f．信息頻帶．LoIlIsin(2：f1Dsf{。l函：i函{l：l．，觥勰