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GNSS接收机跟踪环路关键技术研究
一、引言
全球导航卫星系统（GNSS）由数十颗卫星组成，它们向地球发射导航信号，GNSS接收机通过该信号计算出其位置、速度和时间等参数。GNSS接收机的跟踪环路是实现这项功能的核心技术之一。跟踪环路是一种控制系统，用于跟踪卫星信号，并通过计算延迟和相位信息来计算接收机的位置。跟踪环路具有复杂的数学模型和算法，因此需要深入研究和优化，以提高接收机的精度和可靠性。
本文将重点讨论GNSS接收机跟踪环路的关键技术研究，包括系统模型、卫星信号跟踪方法、时钟同步和多路径误差抑制等。通过深入研究这些关键技术，可以更好地理解GNSS接收机跟踪环路的原理，为接收机精度的提高提供技术支持。
二、GNSS接收机跟踪环路的系统模型
传统的GNSS接收机跟踪环路是基于一个简单的系统模型构建的，该模型描述了卫星信号在接收机中的传输和接收过程。这个简单的模型包含两个主要组件：一个是卫星信号的传输模型，另一个是接收机的跟踪环路模型。这些组件如下所述：
传输模型:在接收机的天线接收到卫星信号后，信号会被放大和转换，然后通过接收机的前端处理器进行进一步处理。接收机会将处理好的信号送到数字信号处理器，再将该信号馈送到跟踪环路模块。
跟踪环路模型:跟踪环路是GNSS接收机的核心组件。当接收机接收到卫星信号时，跟踪环路会计算信号的延迟和相位信息，以确定接收机与卫星之间的距离。接收机的跟踪环路模型包含了数字信号处理器、平行迭代和代码跟踪等多个模块。
三、卫星信号跟踪方法
GNSS接收机的跟踪过程是通过卫星信号的跟踪实现的。在跟踪过程中，接收机需要估计信号的瞬时频率和相位。在现代GNSS接收机中，插值法是一种最常用的瞬时频率估计方式。插值法的原理是在两个取样点之间使用线性插值，以得到当前的瞬时频率。相位的估计通常使用相位差分法，它将参考信号与接收信号进行比较，以计算两个信号之间的相位差。
卫星信号的跟踪过程通常需要两个步骤。首先，接收机需要在固定的基带频率上跟踪信号的码波，以确定卫星信号的到达时间。然后，接收机需要跟踪信号的载波，以确定信号的频率和相位信息。跟踪码波的过程称为码跟踪，跟踪载波的过程称为载波跟踪。载波跟踪的精度直接影响着GNSS接收机的位置测量精度。
四、时钟同步
接收机的时钟同步是GNSS定位准确性的关键因素。接收机必须保证其时钟与卫星时钟同步。否则，在计算信号延迟时会产生误差，从而影响定位精度。由于GNSS信号到达接收机时受到多种因素的影响，例如电离层、大气层等，其传输延迟是不稳定的。因此，在进行卫星信号跟踪时，需要对接收机的时钟进行精确校正，以消除这种误差。
在GNSS接收机中，时钟同步通常是通过使用频率锁定环（PLL）或者软件时钟同步算法等方式来实现。PLL是一种闭环控制器，它通过反馈控制信号来控制接收机中的振荡器，以确保接收机的时钟与卫星时钟同步。然而，PLL存在饱和和产生抖动等问题。软件时钟同步算法通过校正接收机内部的软件时钟，以消除时钟同步误差。
五、多路径误差抑制
多路径误差是导致GNSS定位误差的主要因素之一。它是由于信号在传播过程中，反射和散射在不同的表面上，致使信号存在多个到达路径。GNSS接收机将回波信号总和视为一个单一的信号，从而导致跟踪和测量误差。
为了抑制多路径误差，GNSS接收机需要采用多种技术。其中一种是多路径补偿技术，它通过估计多条回波路径的情况来消除多路径误差。另一种是空间多元技术，该技术使用多个天线接收相同的卫星信号，从而消除多路径误差。
参考文献：
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