基于IMU/GNSS的低功耗定位关键技术研究

作     者：许良备 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：应忍冬

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：高灵敏度 低功耗 捕获 间歇跟踪 惯性传感器 

摘      要：随着“智慧城市等信息化过程加快，GNSS为代表的定位技术在生产和生活中发挥更大的作用。民用领域，复杂信号情况下的GNSS定位技术成为国内外研究热点。当前GNSS定位技术面临信号环境复杂（弱信号、高动态）和功耗限制的问题。本文针对一般的手持GNSS应用，研究了高灵敏度GNSS定位的低功耗技术。本文重点内容在于基带处理，所提出的基带处理架构包括捕获（含比特同步）和跟踪，并利用IMU辅助间歇工作的跟踪环路。 首先，为了提高捕获灵敏度，课题通过相干-非相干累加增加信噪比处理增益，并采用半比特交替法避免比特边沿跳变引起的信噪比损耗。仿真分析表明，当动态小于50Hz/s，捕获灵敏度最高达23dBHz。其次，为了减小运算量，利用混合码并行捕获多颗卫星或者多个码相位。仿真分析表明，当信号强度大于45dBHz，运算量减小约一半，捕获速度加快约一倍，功耗减小约一半。最后，采用频率补偿的比特能量同步方案进行比特同步。仿真表明，相比传统直方图方案，相同信号处理长度下，灵敏度增加7-8dB。 另外论文研究了利用改进的DFT鉴频器改善2阶FLL辅助3阶PLL环路的灵敏度，相比反正切鉴频器，跟踪灵敏度提高2dB。仿真分析表明，当动态小于5Hz/s，使用200ms相干积分，灵敏度达到14dBHz。另外一方面，为了降低跟踪功耗，采用IMU辅助的间歇跟踪方案，重点研究了通道重启后，如何快速跟踪信号，并设计占空比控制策略。仿真分析表明，最好情况下可以减少80%的功耗。 所研究的算法不仅适用GPS L1信号，而且针对2012年12月最新公布的BDS B1I信号进行优化。总之，本文研究对高灵敏度低功耗接收机的实际设计具有重要意义。