论文摘要
高灵敏度GPS技术（High Sensitivity GPS, HSGPS）通过特定的算法捕获和跟踪微弱GPS信号,实现室内环境下的导航和定位。弱信号下GPS定位技术的一个最重要的应用就是紧急情况下的个人定位服务。随着HSGPS技术的逐渐成熟,这项应用具有非常广阔的市场前景。本文首先概述了GNSS系统概念、组成、发展趋势,然后针对当前技术最成熟的、应用最广泛的GPS系统做弱信号的同步捕获和跟踪的理论研究和软件实现。首先简介GPS的组成和定位原理,分析射频前端的信号处理流程,按照GPS的信号组成和C/A码的结构直接生成射频前端ADC处理后的数字中频序列,叠加高斯白噪声构造出不同信噪比的信息作为仿真信号源。然后分析了多普勒频移的产生机理,分析了GPS捕获阶段采用的相干累积算法、非相干累积算法、差分相干累积算法,对各自的优缺点做比较。其次,给出弱GPS信号定义,分析其产生因素,针对弱信号提出了三点改进,其中全比特捕获算法解决了寻找比特翻转沿的问题,使得其后相干累积算法与非相干累积算法的结合获得的增益最大化。又提出均值相关算法解决了在5MHZ采样频率下运用基2的FFT频域求C/A码相关值的运算量。给出完整的捕获模块,仿真对比了改进算法与差分算法的性能。结果显示了改进后全比特算法对弱信号捕获的有效性。捕获阶段完成了C/A码初相和多普勒频移的粗略估计。在此基础上进行跟踪。本文分三大部分依次讨论了DLL、FLL、PLL的原理结构,信号处理流程和鉴别器算法。仿真了C/A码和载波的同步跟踪过程。最后在Microsoft公司的Visual C++6.0系统下用C语言编程实现完整的同步捕获和跟踪系统。