GPS接收机P码捕获技术算法研究

论文摘要

全球定位系统(GPS,Global Position System)是新一代的精密卫星定位系统。面对当前定位导航产品广阔的市场以及应用前景,研究GPS定位系统具有很大的现实及长远意义。另外,研究GPS导航系统还能为我国研究制定自己的军用导航定位系统标准提供一定的理论支持。GPS接收机的理论基础是扩频通信理论。扩频通信是建立在Claude E.Shannon的信息论基础之上,与常规的通信技术相比,具有低截获率,强抗噪声、抗干扰性,信息隐蔽和多址通信等特点,现已在各个通信领域得到了广泛的应用。扩频通信技术与常规的通信技术相比,具有低截获率,强抗噪声,抗干扰性,具有信息隐蔽和多址通信等特点,目前己从军事领域向民用领域迅速发展,成为进入信息时代的三大高技术通信传输方式之一。扩频通信技术中,最常见的是直接序列扩频通信(DSSS)系统,本文所研究的就是这一类系统。本文对P码的直接捕获进行了深入的研究。基于对国内外相关文献中P码直捕方法的分析与对比,并且结合在实际过程中硬件资源需求的考虑,本文应用了基于分段补零循环相关和FFT搜索频偏的直捕方法。本方法利用FFT实现接收信号与本地P码的并行相关,同时完成频偏的搜索,将传统的二维搜索转换为并行的一维搜索,从而能快速实现长码捕获。该方法能利用较少的硬件资源实现对P码的直接捕获。本文给出了P码直捕算法的相应的Matlab仿真结果及验证结果。本文提出的P码直捕方法是充分考虑了工程应用实际提出的,所以提出的方法适用于实际工程应用。在实际应用中,本文的方法可以应用于GPS接收机,监测站接收机的同步等,具有重大的现实及经济意义。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.3 论文内容及结构安排
• 1.4 本章小结
• 2 GPS扩频玛同步技术的基本原理
• 2.1 GPS系统概述
• 2.1.1 GPS系统组成
• 2.2 BPSK直接序列扩频
• 2.2.1 BPSK调制
• 2.2.2 伪随机编码
• 2.3 GPS信号组成
• 2.4 GPS接受机的结构和功能
• 2.4.1 GPS接受机捕获信号原理
• 2.5 直扩系统的信息发送与接受
• 2.5.1 直扩系统的信息发送
• 2.5.2 直扩系统的信息接收
• 2.6 本章小结
• 3 直接序列扩频特点及背景码捕获技术
• 3.1 扩频技术的特点
• 3.1.1 扩频技术的抗干扰性
• 3.1.2 扩频技术的低截获率
• 3.1.3 扩频技术的保密性
• 3.1.4 扩频技术的码分多址性能
• 3.2 P码捕获现有技术分析
• 3.2.1 滑动相关器
• 3.2.2 P码捕获二维搜索原理
• 3.2.3 XFAST方法实现P码捕获
• 3.2.4 基于大规模并行相关器的方法
• 3.2.5 基于FFT的并行相关技术
• 3.3 本章小结
• 4 GPS接收机中P码捕获技术算法分析
• 4.1 引言
• 4.2 基于FFT的P码捕捕获算法描述
• 4.2.1 数字基带信号模型
• 4.2.2 码相位不确定区间
• 4.2.3 基于存储补零的FFT长码直捕方法
• 4.3 算法的性能分析
• 4.3.1 P码直捕算法的幅频特性
• 4.3.2 频率分辨率分析
• 4.3.3 虚警概率分析
• 4.3.4 检测门限
• 4.3.5 检测概率
• 4.3.6 平均捕获时间
• 4.3.7 部分相关长度对峰值的影响
• 4.3.8 捕获峰值的仿真结果
• 4.4 算法的改进措施
• 4.4.1 扇贝损失的改善
• 4.4.2 处理增益的改善
• 4.4.3 捕获时间的改善
• 4.4.4 高动态范围码捕获策略
• 4.4.5 数据跳变的影响
• 4.5 本章小结
• 5 结束语
• 5.1 全文总结及主要贡献
• 5.2 下一步工作建议及未来研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录