高动态环境下GPS C/A码信号的捕获与跟踪算法研究

论文摘要

本文在深入研究GPS的系统组成、工作原理以及信号格式的基础上,对高动态条件下C/A码GPS接收机设计中遇到的几个关键问题进行了理论分析,并对实现方法进行了研究。主要工作如下:1、对多种GPS信号捕获算法进行了深入研究与分析,针对高动态条件对信号捕获的要求,提出了一种基于PMF算法的C/A码快速捕获方案,并对其性能进行了仿真验证;2、介绍了适应高动态环境特点的几种信号参数估计算法,并选择AFC算法实现跟踪环路。对存在载波辅助的DLL码跟踪环路算法进行了理论研究与性能仿真;提出了一种由叉积自动频率跟踪环(CPAFC)、交叠离散傅立叶变换自动频率控制环(ODAFC)以及科斯塔斯锁相环(Costas)相结合的高动态载波跟踪方案,并利用MATLAB对其性能进行了仿真;3、在完成理论分析的基础上,初步完成了GPS接收机信号跟踪模块核心单元的FPGA设计与功能仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 GPS 系统的发展历程
• 1.2 卫星导航技术的研究现状
• 1.3 高动态GPS 接收机
• 1.4 研究工作的主要内容
• 第二章 GPS 卫星定位系统原理概述
• 2.1 GPS 系统的组成
• 2.1.1 空间卫星星座
• 2.1.2 地面监控系统
• 2.1.3 用户设备
• 2.2 GPS 信号格式
• 2.2.1 GPS 信号的基本构成
• 2.2.2 GPS 导航电文
• 2.2.3 GPS 卫星的测距码
• 2.3 GPS 系统的定位原理
• 2.3.1 测距交会定位原理
• 2.3.2 伪距测量原理
• 2.4 高动态对GPS 信号接收的影响
• 2.5 GPS 接收机
• 2.6 本章小结
• 第三章 C/A 码 GPS 信号的捕获
• 3.1 GPS 卫星信号的初始搜索
• 3.2 GPS 信号捕获算法
• 3.2.1 基本GPS 信号捕获算法
• 3.2.2 适用于高动态GPS 信号的捕获算法
• 3.3 基于PMF 算法的高动态GPS 信号的捕获方案
• 3.3.1 延时叠加PMF 捕获方案
• 3.3.2 相干累加PMF 捕获方案
• 3.3.3 高动态C/A 码GPS 信号捕获方案
• 3.4 本章小节
• 第四章 GPS 卫星信号的跟踪
• 4.1 高动态信号参数估计算法简述
• 4.2 锁相环原理概述
• 4.3 码跟踪环
• 4.3.1 码跟踪环原理
• 4.3.2 仿真分析
• 4.3.3 码跟踪环的随机误差
• 4.4 载波跟踪环路
• 4.4.1 交叉积自动频率控制环（CPAFC）
• 4.4.2 交叠离散傅立叶变换自动频率控制环（ODAFC）
• 4.4.3 数字锁相环（DPLL）
• 4.5 高动态GPS 信号跟踪方案
• 4.5.1 一般GPS 接收机跟踪方案
• 4.5.2 改进的高动态载波跟踪方案
• 4.5.3 高动态载波跟踪方案及其整体仿真
• 4.6 本章小结
• 第五章 高动态 C/A 码接收机跟踪模块的 FPGA 设计
• 5.1 FPGA 设计方法介绍
• 5.1.1 FPGA 简介
• 5.1.2 FPGA 设计流程
• 5.2 高动态C/A 码GPS 接收机跟踪模块的FPGA 设计
• 5.2.1 C/A 码产生模块
• 5.2.2 码环鉴别器
• 5.2.3 Costas 环鉴相器模块
• 5.2.4 CPAFC 鉴频模块
• 5.2.5 4 点ODAFC 鉴频模块
• 5.3 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果