GPS软件接收机实时跟踪关键技术研究

论文摘要

GPS软件接收机技术是近年来卫星导航领域出现的一项新兴技术,由于软件接收机具有很强的灵活性和开放性,是未来卫星接收机的发展方向。实时跟踪是GPS软件接收机中的关键技术之一,开展GPS软件接收机实时跟踪关键技术研究具有重要的理论意义和应用价值。针对实时跟踪的要求,在用PLL-DLL联合跟踪算法进行研究并实现的基础上,详细分析了跟踪环路中的码跟踪和载波跟踪,得出了耗时最多的部分是本地码产生、载波产生和六路积分累加。采用预存微调的本地载波和本地码的方法,按照排列组合顺序提前把载波数据和码数据存储为统一的二进制文件,在跟踪环中直接查表调用这些数据,成功消除了每次跟踪循环中产生微调的载波和码所耗费的时间。针对在软件上实现六路相关积分耗时这个问题,采用了一种常用于处理CDMA扩频信号的软件相关器高效并行算法,将原先的整形和浮点型的变量按照一定的对应规则,量化为二进制比特位,使32位的个人PC机在一个完整的整形字存储单元可以存储多路数据,即可实现多路数据同时快速的并行处理,以实现GPS信号的实时跟踪。在对程序优化方面,采用了单指令流多数据流模式的SSE指令方法,所有计算都是一次性针对4个浮点数来完成的,所以这种批处理方法在很大程度上也提高了GPS软件接收机跟踪环路的速度。采用实测GPS数据对软件接收机测试结果表明:我们的软件算法是有效的,并通过与高精度接收机相比,跟踪结果满足了定位精度的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景
• 1.2 研究的意义
• 1.3 国内外实时软件接收机研究现状
• 1.4 本文主要研究内容与组织结构
• 第二章 GPS 信号结构和软件接收机
• 2.1 GPS 信号的基本结构
• 2.1.1 GPS 信号的产生
• 2.1.2 C/A 码的产生
• 2.1.3 C/A 码的相关特性
• 2.2 GPS 软件接收机的结构
• 2.2.1 软件无线电原理与软件接收机
• 2.2.2 基带信号处理平台
• 2.3 软件接收机的跟踪与捕获
• 2.4 本章小结
• 第三章 GPS 信号的跟踪环路研究
• 3.1 GPS 信号解调原理
• 3.2 锁相环原理
• 3.2.1 锁相环的工作原理
• 3.2.2 二阶PLL
• 3.3 载波跟踪环
• 3.4 码跟踪环路
• 3.5 载波跟踪环和码跟踪环的耦合
• 3.6 本章小结
• 第四章 GPS 软件接收机实时跟踪算法
• 4.1 基于预存方法的本地载波改进算法
• 4.1.1 传统方法的本地载波产生
• 4.1.2 基于预存查表方法的载波产生
• 4.2 基于比特量化的跟踪环优化
• 4.2.1 跟踪环路中的相关算法
• 4.2.2 比特量化的跟踪相关算法
• 4.3 基于SSE 指令的跟踪环优化
• 4.4 本章小结
• 第五章 GPS 软件接收机跟踪数据的处理及测试
• 5.1 导航数据的处理
• 5.1.1 导航数据恢复
• 5.1.2 子帧匹配
• 5.1.3 导航数据的奇偶校验
• 5.2 位置计算
• 5.2.1 伪距计算
• 5.2.2 卫星位置的计算
• 5.2.3 接收机位置的计算
• 5.3 GPS 软件接收机跟踪算法的定位测试
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文