GPS软件接收机算法研究与实现

论文摘要

随着全球卫星导航系统的迅速发展,新一代卫星导航接收机越来越受到研究者和工业界的关注。基于软件无线电思想的GPS软件接收机由于其功能的易重配性及信号处理单元的易实现性等优点,成为近些年国内外科研机构的研究热点。GPS软件接收机具有模块化、可编程、灵活和适应性强等特点,同时可兼容多种导航系统。通过软件接收机的研究,可以为研制我国自主的北斗导航系统接收机提供理论参考和借鉴。本文主要对基于软件无线电思想的GPS接收机的算法进行了研究。首先介绍了GPS系统构成及卫星信号的组成、调制方式;其次讨论了GPS软件接收机的基带信号处理算法,包括GPS信号的捕获与跟踪,目的是得到GPS信号中的导航电文信息和C/A码相位、多普勒频移等观测量;然后分析了GPS定位算法,根据提取到的导航电文信息,得到GPS卫星在轨的瞬时位置,同时结合伪距信息,进行伪距方程的求解,最终解算出用户接收机的位置;最后,在对实际的硬件GPS接收机功能模块进行分析抽象的基础上,结合面向对象的思想,使用C++语言实现了一个软件接收机,并验证了最终的处理结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 GPS接收机发展概况
• 1.3 本文的主要内容及结构安排
• 第二章 GPS系统的工作原理
• 2.1 GPS定位的基本原理及系统构成
• 2.1.1 空间星座部分
• 2.1.2 地面监控部分
• 2.1.3 用户设备部分
• 2.2 GPS卫星信号的结构
• 2.2.1 载波
• 2.2.2 测距码
• 2.2.3 导航电文
• 2.3 GPS卫星信号的特征
• 2.3.1 GPS卫星信号的调制
• 2.3.2 GPS卫星信号的时域波形
• 2.3.3 GPS卫星信号的频域特性
• 第三章 GPS软件接收机基带信号处理模块
• 3.1 GPS软件接收机及其前端
• 3.1.1 GPS软件接收机前端
• 3.1.2 高频信号下变频
• 3.1.3 采样频率
• 3.1.4 采样频率和C/A码
• 3.2 GPS信号的捕获
• 3.2.1 GPS信号捕获的概况
• 3.2.2 基于硬件相关器的信号捕获
• 3.2.3 基于FFT算法的信号捕获
• 3.3 GPS信号的跟踪
• 3.3.1 基本锁相环
• 3.3.2 载波跟踪环
• 3.3.3 伪码跟踪环
• 3.3.4 GPS接收机中的跟踪环
• 第四章 GPS软件接收机定位解算模块
• 4.1 数据解调和观测量的提取
• 4.1.1 导航电文的解调
• 4.1.2 卫星参数解算
• 4.1.3 伪距观测量的提取
• 4.1.4 多普勒观测量的提取
• 4.2 用最小二乘法进行PVT解算
• 4.2.1 GPS接收机位置解算
• 4.2.2 GPS接收机速度解算
• 4.2.3 几何精度因子
• 4.3 用卡尔曼滤波算法进行PVT解算
• 4.3.1 基本的卡尔曼滤波器
• 4.3.2 扩展卡尔曼滤波器
• 4.3.3 GPS接收机中常用的几种KF模型
• 4.4 最小二乘法和卡尔曼滤波算法的比较
• 第五章 GPS软件接收机的实现
• 5.1 GPS中频数据的采集
• 5.1.1 射频前端方案
• 5.1.2 输入信号的量化
• 5.1.3 接口电路
• 5.2 GPS软件接收机的C++实现
• 5.2.1 面向对象编程思想的应用
• 5.2.2 外围软件及接口
• 5.3 软件接收机的工作过程
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献