高动态GPS接收机的捕获与跟踪算法研究

论文摘要

本课题以GPS接收机工作在高动态的环境下为背景,分析了GPS信号的特点。由于C/A码的捕获和跟踪以及载波跟踪技术是研究高动态GPS接收机的关键技术,本课题主要研究了高动态环境下,GPS接收机的捕获和跟踪的算法,并对相应的捕获和跟踪算法进行了仿真。在研究高动态环境应用可行性的基础上,分析了载体机动对伪码延时和载波频率所施加的不同影响。针对高动态信号的特点,提出高动态环境下的GPS信号的捕获方法,详细分析了滑动相关的捕获算法和基于FFT的快速捕获算法。对适应于高动态环境下的多种捕获方法进行了比较,并建立仿真模型进行验证。由于相关器具有12个通道,所以在基于GPS接收机的平台仿真时采用频率分段捕获的方法设计,这样大大的降低了信号捕获的时间。在码跟踪方面,针对高动态的环境,选用超前滞后码跟踪环(DDLL)做为GPS信号码跟踪环路,分析DDLL的工作原理,而且运用Matlab软件建立了系统模型,在载波跟踪方面,详细的分析了锁相环(PLL),并且对叉积自动频率控制环、卡尔曼滤波、数字锁相环等算法进行论述。最终采用了PLL和FLL相结合的载波跟踪算法,并将其算法运用MATLAB软件仿真。将确定的捕获和跟踪算法进行C语言编程,移植到GNSS接收机研发平台进行验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 俄罗斯 GLONASS系统
• 1.1.2 欧洲 GALILEO系统
• 1.1.3 我国的“北斗”卫星导航系统
• 1.2 国内外发展动态
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 课题研究的内容
• 第二章 GPS系统原理概述
• 2.1 GPS系统的组成
• 2.1.1 GPS卫星星座
• 2.1.2 GPS地面控制部分
• 2.1.3 用户设备部分
• 2.2 GPS卫星信号结构
• 2.2.1 导航电文（D码）
• 2.2.2 伪随机码
• 2.2.3 载波信号
• 2.3 GPS定位的基本原理
• 2.4 GPS接收机
• 2.4.1 GPS接收机的分类概述
• 2.4.2 GPS接收机的结构和工作原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 GPS信号的捕获算法研究
• 3.1 高动态环境下 GPS信号的特点
• 3.1.1 多普勒效应对卫星定位信号接收产生的影响
• 3.1.2 发射过载和载体振动对卫星定位信号接收产生的影响
• 3.2 GPS信号的捕获算法
• 3.2.1 时域滑动相关算法
• 3.2.2 快速的 FFT的伪码捕获算法研究
• 3.3 各种捕获算法性能比较
• 第四章 GPS信号的跟踪算法研究
• 4.1 伪码跟踪算法
• 4.1.1 码环总体设计
• 4.1.2 鉴相器算法
• 4.1.3 相关间隔2△分析
• 4.1.4 码跟踪环中数字滤波器
• 4.2 载波跟踪环路
• 4.3 PLL的算法
• 4.4 叉积自动频率控制环
• 4.5 卡尔曼滤波算法
• 4.5.1 方案的设计
• 4.5.2 卡尔曼滤波的算法
• 4.6 各种跟踪算法的比较
• 第五章 信号的捕获与跟踪仿真
• 5.1 基于系统模型与仿真方法
• 5.2 基于 FFT的快速捕获方法的仿真
• 5.3 伪码跟踪环路的仿真
• 5.4 载波跟踪环路
• 5.5 基于 GPS/GNSS接收机研发平台的仿真
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献