优化GPS接收机载波跟踪环设计：动态性能与抗干扰平衡

本文着重探讨了GPS接收机载波跟踪环的设计与分析，特别是在弹载应用中面临的挑战。GPS信号在大机动飞行中动态变化范围广泛，这就需要接收机的载波跟踪环路具有宽广的带宽，以便维持卫星信号的稳定跟踪。然而，带宽的增加会导致接收机环路对抗干扰噪声的抑制能力减弱，从而影响定位精度。 文章首先介绍了GPS接收机的基本架构，包括用于载波跟踪的相位锁定环（PLL）或频率锁定环（FLL），以及用于码跟踪的延迟锁定环（DLL）。这些环路本质上都是锁相环系统，由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器等核心部件构成。 在实际设计中，作者关注了影响GPS信号动态性能的关键因素，如热噪声、晶振Allan相位噪声、晶振振动相位噪声和电离层闪烁相位噪声，以及动态应力。这些噪声源对接收机性能有着显著影响，因此设计时需精细权衡环路带宽与抗干扰能力。 作者通过深入研究不同阶数的锁相环和锁频环，特别是分析了二阶和三阶环路的带宽选择，如将载波跟踪环设置为18Hz，而辅助环宽设为10Hz的策略，目的是在满足动态性能需求的同时，尽可能减少噪声引入的跟踪误差，以优化整体系统性能。 本文提供了一种实用的方法论，旨在解决GPS接收机在复杂动态环境下如何合理设计载波跟踪环路带宽，以实现高精度导航的同时增强抗干扰能力。这对于GPS接收机的设计者和使用者来说，具有重要的理论和实践指导价值。