GPS載波追蹤迴路之小信號設計與分析

Abstract

本論文提出了一個新型的濾波器設計，雖然GPS(全球衛星定位系統)信號追蹤已經是個發展成熟的研究主題，但仍有許多方法改善信號追蹤的動態大小與濾波器設計的困難度。本論文利用小信號模型來近似整個追蹤架構，並利用多目標控制技術來設計濾波器，以同時達成多種目標。設計目標包括良好的暫態響應以及夠小的雜訊頻寬。

在濾波器設計中，鑒於之前文獻的不足。本論文提出了一個近似的線性GPS載波追蹤平台，並求得其相位轉移函數。由於一般濾波器設計方法缺乏一個有效調節迴路濾波器參數的機制，可以兼顧雜訊的抑制與滿足暫態響應性能的要求，只專注在雜訊的抑制上，所以高階迴路濾波器的暫態響應不盡理想。本論文提出的方法可以預先設定整個追蹤架構的極點與零點，因此可以設計出別具意義的PI形式迴路濾波器。此外，此方法可以設計任意階數的迴路濾波器。

在數值模擬部分，本論文使用MATLAB軟體來模擬所提出的小信號近似平台。藉由數值模擬的結果可以驗證本論文所提出的濾波器設計方法的確可使用在GPS追蹤架構上，以達到迴路濾波器的需求。

A new loop filter design method for GPS(Global Position System) carrier tracking is presented in this thesis. Although GPS is a mature subject, there are still some skills to improve difficulty of loop filter design method. The thesis uses small signal to approximate carrier tracking system. And also employs multi-objective control technique to deal with the various design objectives: good transient response, and small noise bandwidth. This thesis presents an aprroxmative linear plant of GPS carrier tracking, then we can get a phase transfer function. For other loop filter design methods, there is no technique to meet all requirements. One feature of the proposed method is that it allows to specify some loop filter poles and zeros in advance. Moreover, the proposed method can design loop filter of any order. By the simulation results, made by MATLAB, we can verify that the proposed loop filter design method can really achieve our requirement, and it can work on real GPS structure.