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Improving the Design of MEMS INS-Aided PLLs for GNSS Carrier Phase Measurement under High Dynamics

机译：改进用于高动态下GNSS载波相位测量的MEMS INS辅助PLL设计

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摘要

The phase locked loop (PLL) bandwidth suffers a dilemma on carrier phase accuracy and dynamic stress tolerance in stand-alone global navigation satellite systems (GNSS) receivers. With inertial navigation system (INS) aiding, PLLs only need to tolerate aiding information error, instead of dynamic stress. To obtain accurate carrier phase under high dynamics, INS-aided PLLs need be optimally designed to reduce the impact of aiding information error. Typical micro-electro-mechanical systems (MEMS) INS-aided PLLs are implemented and tested under high dynamics. Tests using simulation show there is a step change in the aiding information at each integer second, which deteriorates the carrier phase accuracy. An improved structure of INS-aided PLLs is proposed to eliminate the step change impact. Even when the jerk is 2000 m/s3, the tracking error of the proposed INS-aided PLL is no more than 3°. Finally, the performances of stand-alone PLLs and INS-aided PLLs are compared using field tests. When the antenna jerk is 300 m/s3, the carrier phase error from the stand-alone PLLs significantly increased, while the carrier phase error from the MEMS INS-aided PLLs almost remained the same. Therefore, the proposed INS-aided PLLs can suppress tracking errors caused by noise and dynamic stress simultaneously under high dynamics.
机译：在独立的全球导航卫星系统（GNSS）接收机中，锁相环（PLL）带宽在载波相位精度和动态应力容忍度方面陷入困境。利用惯性导航系统（INS）辅助，PLL只需要容忍辅助信息错误，而无需承受动态压力。为了在高动态下获得准确的载波相位，需要优化设计INS辅助PLL，以减少辅助信息错误的影响。典型的微机电系统（MEMS）INS辅助PLL在高动态条件下实现和测试。使用模拟进行的测试表明，辅助信息在每整数秒内都会发生阶跃变化，这会降低载波相位精度。提出了一种改进的INS辅助PLL结构，以消除阶跃变化的影响。即使当加速度为2000 m / s 3 时，所提出的INS辅助PLL的跟踪误差也不会超过3°。最后，使用现场测试比较了独立PLL和INS辅助PLL的性能。当天线抖动为300 m / s 3 时，来自独立PLL的载波相位误差显着增加，而来自MEMS INS辅助PLL的载波相位误差几乎保持不变。因此，提出的INS辅助PLL可以在高动态条件下同时抑制由噪声和动态应力引起的跟踪误差。

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