GPS软件接收机的捕获与跟踪技术研究

论文摘要

近年来,全球定位系统（GPS）在民用导航与监控、交通管理、测绘科学与技术、精细农业、休闲旅游等领域获得广泛应用,同时其它卫星导航体系也飞速发展。针对传统以硬件实现的GPS接收机无法适应其快速发展的缺点,本文将软件无线电的思想引入到GPS接收机的设计之中,对GPS软件接收机的捕获与跟踪技术进行了深入地研究。本文首先研究了GPS系统的组成、信号结构和GPS数字中频信号模拟的方法,并讨论了传统硬件实现的GPS接收机与GPS软件接收机结构的异同,详细阐述了软件接收机的优点、C／A码产生及相关特性和GPS信号模拟的噪声模型,模拟出不同环境下的GPS数字中频信号。其次,研究了GPS信号捕获原理,对捕获过程应用的多普勒搜索空间、捕获数据长度、搜索步长和捕获门限四个主要参数进行了分析,并对传统GPS信号捕获、基于码相位的FFT捕获和PMF-FFT捕获三种捕获算法进行了研究。重点讨论了PMF-FFT捕获算法中子相关器长度及FFT运算点数对捕获性能的影响,针对PMF-FFT捕获算法频率分辨率低的缺点,提出了对PMF-FFT捕获输出幅频响应的最大峰进行最小二乘曲线拟合来提高频率分辨率的方法,并给出了仿真结果。最后对锁相环、载波跟踪环和码跟踪环进行了研究,设计出2阶锁频辅助3阶锁相载波环和2阶DLL码环相结合的跟踪环路,详细讨论了影响跟踪环路稳定性的环路带宽及环路频率更新时间参数的选取,给出了跟踪仿真结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外的发展现状
• 1.3 本文研究内容与架构
• 2 GPS系统概述
• 2.1 GPS系统组成
• 2.1.1 空间段
• 2.1.2 控制段
• 2.1.3 用户段
• 2.2 GPS信号结构
• 2.2.1 载波信号
• 2.2.2 扩频码
• 2.2.3 导航数据
• 2.3 GPS信号模拟
• 2.3.1 信号的调制
• 2.3.2 信号数字化
• 2.3.3 噪声模型
• 2.3.4 GPS数字中频信号
• 2.4 本章小结
• 3 GPS软件接收机信号捕获技术
• 3.1 GPS信号捕获原理
• 3.2 捕获参数分析
• 3.2.1 多普勒搜索空间
• 3.2.2 捕获数据长度
• 3.2.3 搜索步长
• 3.2.4 捕获门限
• 3.3 捕获算法分析
• 3.3.1 传统GPS信号捕获算法
• 3.3.2 基于码相位的FFT捕获算法
• 3.3.3 PMF-FFT捕获算法
• 3.4 本章小结
• 4 GPS软件接收机信号跟踪技术
• 4.1 锁相环基本原理
• 4.2 载波跟踪环
• 4.2.1 载波环基本原理
• 4.2.2 载波环设计
• 4.2.3 载波环分析
• 4.3 码跟踪环
• 4.3.1 码跟踪环原理
• 4.3.2 码环设计
• 4.3.3 码环分析
• 4.4 GPS软件接收机跟踪环分析
• 4.5 本章小结
• 5 工作总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文