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基于相位条纹的高精度GPS码相位测量方法

傅圣友 王兆瑞 金声震 艾国祥

傅圣友, 王兆瑞, 金声震, 等 . 基于相位条纹的高精度GPS码相位测量方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(9): 1824-1830. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0767
引用本文: 傅圣友, 王兆瑞, 金声震, 等 . 基于相位条纹的高精度GPS码相位测量方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(9): 1824-1830. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0767
FU Shengyou, WANG Zhaorui, JIN Shengzhen, et al. High-precision GPS code phase measurement method based on phase stripe[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(9): 1824-1830. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0767(in Chinese)
Citation: FU Shengyou, WANG Zhaorui, JIN Shengzhen, et al. High-precision GPS code phase measurement method based on phase stripe[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(9): 1824-1830. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0767(in Chinese)

基于相位条纹的高精度GPS码相位测量方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0767
基金项目: 

国家重点研发计划 2016YFB0501900

国家自然科学基金 11603041

详细信息
    作者简介:

    傅圣友  男, 博士研究生。主要研究方向:卫星导航

    王兆瑞  男, 博士, 副研究员。主要研究方向:卫星导航、非线性信号处理

    金声震  男, 博士, 教授。主要研究方向:雷达信号处理

    艾国祥  男, 院士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:天体物理、卫星导航

    通讯作者:

    王兆瑞, E-mail: zhaorui_w@nao.cas.cn

  • 中图分类号: P228.4;V249.3

High-precision GPS code phase measurement method based on phase stripe

Funds: 

National Key R & D Program of China 2016YFB0501900

National Natural Science Foundation of China 11603041

More Information
  • 摘要:

    GPS接收机在测量卫星到接收机的传播距离时,通常能得到码相位和载波相位2个基本测量值。虽然载波相位测量值比码相位测量值精度高,但存在整周模糊度的问题,在实际应用中比采用码相位的技术付出的代价高很多。因此,基于相位条纹技术,提出了一种高精度的码相位测量方法。在传统码跟踪环的基础上,通过提取互功率谱相位条纹的频率,得到高精度的码相位测量值,从而组装出高精度的码伪距。仿真实验结果表明:在信噪比为-15 dB的情况下,码相位测量误差均方差约0.37 m,优于传统延迟锁定环在相同条件下约1.82 m的跟踪精度。得到了比传统码跟踪环更高的码相位测量精度的同时,不需要解算载波相位的整周模糊度,对提高GPS定位精度具有研究意义和应用价值。

     

  • 图 1  延迟1 s的两路相同信号互功率谱相位条纹

    Figure 1.  Cross-correlation power spectrum phase stripes of two same signals with a delay of 1 s

    图 2  典型接收机码跟踪环路及相位条纹法结构

    Figure 2.  Structure of typical receiver code tracking loop and phase stripe method

    图 3  时域折叠法示意图

    Figure 3.  Schematic diagram of time domain folding method

    图 4  相位条纹法流程图

    Figure 4.  Flowchart of phase stripe method

    图 5  输入的中频信号

    Figure 5.  Input IF signal

    图 6  时域折叠后的信号

    Figure 6.  Folded signal in time domain

    图 7  接收信号与本地码信号的互功率谱相位条纹

    Figure 7.  Cross-correlation power spectrum phase stripes between received signal and local code signal

    图 8  条纹频率

    Figure 8.  Stripe frequency

    图 9  码相位测量误差均方差对比

    Figure 9.  RMSE of code phase measurement error comparison

    表  1  仿真参数

    Table  1.   Simulation parameters

    参数 数值
    信号长度/ms 10
    中频载波频率/MHz 4[13]
    伪码长度/bit 1 023
    码速率/Mcps 1.023
    采样频率/MHz 100
    设定待测时延/ns 10
    补偿时延/ns 1 000
    时域折叠段数 10
    下载: 导出CSV

    表  2  码相位测量误差均方差结果

    Table  2.   RMSE results of code phase measurement error

    信噪比/dB 码相位测量误差均方差/m
    相位条纹法 相干点积功率法
    -15 0.371 1 1.821 7
    -17 0.448 7 2.293 3
    -19 0.549 7 2.887 1
    -21 0.750 4 3.634 7
    -23 1.129 2 4.575 8
    -25 1.863 2 5.760 6
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-12-26
  • 录用日期:  2019-02-02
  • 网络出版日期:  2019-09-20

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