20906

۲۰۹۰۶

بهبود عملكرد حلقه رديابي در گيرنده هاي GPS با استفاده از فيلتر كالمن

كارشناسي ‌ارشد

سيستم هاي الكترونيك - ديجيتال

۱۳۹۵-۱۳۹۸

۱۳۹۸/۰۲/۰۹

دكتر سيد محمدرضا موسوي ميركلائي

دكتر امير طباطبايي

برق

چكيده سامانه‌هاي ناوبري ماهواره‌اي براي كاربران اطلاعات دقيق را در هر نقطه از جهان فراهم مي‌كنند. سيگنال‌هاي دريافت‌ شده از ماهواره‌هاي سامانه‌هاي ناوبري داراي دو ويژگي پهن‌باند بودن و توان اندك هستند. اين دو ويژگي‌ باعث مي‌شود كه اين سيگنال‌ها در مقابل نويز و انواع اختلال‌هاي عمدي و غيرعمدي و يا قرارگيري در محيط‌هاي شهري و تحت شرايط دشوار از جمله تضعيف سيگنال، ديناميك بالا، انسداد سيگنال و غيره بسيار آسيب‌پذير باشند؛ زيرا در اين شرايط مقدار توان سيگنال كاهش ‌مي‌يابد و اين مسئله عملكرد گيرنده را به شدت تحت تأثير قرار مي‌دهد. به همين علت، لازم است كه طراحي گيرنده‌ها به گونه‌اي باشد كه بتوانند سيگنال‌هاي تضعيف‌شده و در برخي موارد از دست‌رفته را دريافت كنند تا توانايي استخراج داده‌هاي ناوبري را داشته باشند. در اين پايان نامه به ارائه‌ي روشي مبتني بر فيلتر كالمن براي رديابي تحت محيط‌هاي دشوار پرداخته مي‌شود. در بخش رديابي، هدف به دست آوردن مقادير دقيق فاز و فركانس كد و حامل است. در ابتدا رديابي با استفاده از فيلتر كالمن دو متغيره و چهارمتغيره بيان مي‌شود كه فيلتر كالمن چهارمتغيره بهبود چشم‌گيري در پاسخ ناوبري دارد و ميزان RMSE را در حالت ايستا به اندازه‌ي 04/2 متر بهبود مي‌بخشد. سپس براي سناريو ديناميك از تلفيق سامانه‌ي GPS و GLONASS استفاده شده است. در بخش رديابي اين سامانه‌ي تلفيقي، فيلتر كالمن چهارمتغيره قرار مي‌گيرد و ميزان RMSE اين گيرنده نسبت به گيرنده‌ي تلفيقي سنتي در دو بازه‌ي زماني به ترتيب به ميزان 36/1 و 34/8 متر بهبود مي‌يابد و نسبت به رديابي سنتي به تعداد 60 نقطه بيشتر موقعيت‌يابي را انجام مي‌دهد. سپس مروري بر روش رديابي برداري مي‌شود و در انتها الگوريتم Dempster Shafer به عنوان واحد هوشمند براي انتخاب مناسب‌ترين مقدار خطاي فاز كد، معرفي شده است. با ارائه‌ي اين روش پيشنهادي بهبود قابل ملاحظه‌اي در كاهش خطاي فاز كد و عملكرد گيرنده به دست آمده است. در اين روش Availability گيرنده‌ي برداري برابر با 32/92درصد و معماري پيشنهادي برابر با 32/93 درصد به دست آمده است و بهبود يك درصدي در روش پيشنهادي مشاهده مي‌شود. واژه هاي كليدي: سامانه‌هاي ناوبري ، سيگنال ضعيف، فيلتر كالمن، رديابي برداري، Dempster Shafer.

1398/04/19

Improvement of Tracking Loop Performance on GPS Receivers Using Kalman Filter

4/29/2019 12:00:00 AM

Abstract: Satellite navigation systems provide accurate information anywhere in the world for users. The signals received from satellite navigation systems have two features of broadband and low power. These two features make the signals very vulnerable in return noise, all types of disturbances, or in urban environments under difficult conditions such as signal degradation, high dynamic and blocked signal. Because in this situation, the amount of signal strength decreases, which greatly affects receiver performance. For this reason, it is necessary to design the receivers in such a way that they can receive weak signals or missing signal to extract navigation data. This thesis presents a method based on the Kalman filter for tracking section under harsh environments. In tracking section, the goal is to obtain the exact quantities of the code phase and carrier frequency. First in the proposed method, the tracking using the two-variable and four-variable Kalman filter that the four-variable Kalman filter dramatically improves navigation response and improves the RMSE by as much as 2/04 meters. Then, for the dynamic scenario, the combination of GPS and GLONASS has been used. In the tracking section of this combination system, the four-variable Kalman filter is placed and has better performance than traditional combination receivers. Then, a review of the vector tracking method is introduced, and finally, the Dempster Shafer algorithm is introduced as the intelligent unit to select the most appropriate code-phase error value. By providing this proposed method, a significant improvement has been achieved in reducing the phase error of the code and the receiver function. Keywords: Navigation Systems, weak Signal, Kalman Filter, Vector Tracking, Dempster Shafer.