高动态GPS接收机基带信号处理算法研究

论文摘要

高动态接收机指在接收信号有较高的多普勒频率及其一阶、二阶导数时仍能正常工作的接收机。本文针对高动态低信噪比环境下GPS接收机基带信号处理算法遇到的问题,重点研究了实时高动态基带信号处理模块的设计实现。本文主要进行如下几点研究工作:弱信号的捕获算法的设计。文章分析了相干捕获算法和非相干捕获算法的增益。文中采用相干与非相干相结合的捕获算法实现了输入信噪比为25dBHz信号的捕获,并提供了一种非相干累积时间的设计方案。伪码跟踪算法、关键参数和环路控制策略的设计。高动态环境下多普勒效应对伪码的影响不可忽略,文中重点分析了与高动态载波跟踪算法相匹配的、基于载波辅助技术的归一化带符号点积功率伪码跟踪算法,并提出了一种新的预检积分时间可变的伪码跟踪环控制策略。载波跟踪算法、关键参数和环路控制策略的设计。高动态GPS软件接收机基带信号处理算法的关键是载波跟踪算法的设计,文中重点研究了频率牵引算法,FLL与PLL复合环算法及载波跟踪环重要参数的设计。文中提出了一种新的分阶段载波跟踪环控制策略,兼顾了环路的动态性和精确性。本文采用SIMGEN-I10型模拟器模拟的高动态GPS卫星信号为实验对象,基于MATLAB与VC++软件平台实现上述高动态低信噪比下的GPS接收机基带信号处理算法,经实验证明,接收机可以在载体动态为最大加速度?1 00?g ?,最大加加速度?4 0?g /?s?的条件下稳定工作,结合后续的定位解算模块,接收机最终达到的定位精度达水平方向为15米,高度方向为20米,可以满足课题对定位精度的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 国内研究现状
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 论文主要研究内容
• 第二章 GPS 接收机基带信号处理概述
• 2.1 GPS 系统基本结构
• 2.2 GPS 卫星信号的组成
• 2.2.1 GPS 卫星信号的组成
• 2.2.2 GPS 信号中的伪随机码
• 2.3 高动态运动对GPS 信号的影响
• 2.4 GPS 接收机基带信号处理概述
• 2.5 本章小结
• 第三章 捕获模块的设计与实现
• 3.1 信号捕获原理
• 3.2 捕获算法
• 3.2.1 顺序搜索捕获算法
• 3.2.2 循环相关捕获算法
• 3.2.3 相干—非相干捕获算法
• 3.3 捕获关键参数的设计
• 3.3.1 信号多普勒频移范围
• 3.3.2 相干捕获数据长度的设计
• 3.3.3 频率步进的设计
• 3.3.4 非相干捕获时间长度的设计
• 3.3.5 捕获门限的设计
• 3.4 捕获模块的设计实现
• 3.4.1 捕获模块流程
• 3.4.2 捕获模块实验结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 伪码跟踪模块与环路控制策略的设计与实现
• 4.1 伪码跟踪原理
• 4.2 伪码跟踪算法
• 4.2.1 伪码跟踪模块中的鉴相算法
• 4.2.2 伪码跟踪模块滤波器设计
• 4.3 伪码跟踪模块关键参数设计
• 4.3.1 伪码跟踪环相关间隔的选择
• 4.3.2 DLL 环动态应力误差分析
• 4.3.3 DLL 环热噪声误差分析
• 4.4 伪码跟踪模块的控制策略设计
• 4.5 伪码跟踪模块的设计
• 4.5.1 伪码跟踪模块程序流程
• 4.5.2 伪码跟踪模块实验结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 载波跟踪模块与环路控制策略的设计与实现
• 5.1 载波跟踪原理
• 5.2 载波跟踪算法
• 5.2.1 载波跟踪模块中的鉴频算法
• 5.2.2 载波跟踪模块中的鉴相算法
• 5.2.3 载波跟踪模块滤波器设计
• 5.3 载波跟踪模块关键参数设计
• 5.3.1 FLL 环测量误差分析
• 5.3.2 PLL 环测量误差分析
• 5.4 载波跟踪模块的控制策略设计
• 5.5 载波跟踪模块的设计
• 5.5.1 载波跟踪模块程序流程
• 5.5.2 载波跟踪模块实验结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 位同步、帧同步的实现和时间观测量的提取
• 6.1 数据解调
• 6.2 位同步的实现
• 6.3 帧同步的实现
• 6.4 时间观测量的提取和伪距计算
• 6.5 本章小结
• 第七章 高动态GPS 基带信号处理方案
• 7.1 载体动态指标
• 7.2 基带信号处理模块设计与实现
• 7.2.1 基带信号处理算法设计
• 7.2.2 软件设计流程
• 7.3 实验结果
• 7.4 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 致谢