基于GPS软件接收机的C/A码捕获方案

论文摘要

近几年来,软件接收机受到越来越多的关注,世界各地的研究组织都建立了或者正在建立自己的软件接收机系统来研究GPS接收机的性能。软件接收机不同于一般的硬件接收机,信号的捕获和跟踪都是由软件在PC上完成。这就使得GPS软件接收机具有很大的灵活性,主要表现在两个方面,首先,在软件条件下我们可以很容易地改变接收机的某个参数或者某些参数来研究在不同环境条件下这些参数对接收机整体性能的影响;其次,我们仅仅通过少量的修改即可将应用于某类卫星的接收机应用于其他类型的卫星的接收。本文首先简单介绍了GPS信号结构和软件接收机的基本原理,接下来重点介绍了信号的捕获过程。信号的捕获是软件接收机的关键也是软件部分的起始程序。对于一个处理L1上C/A码信号的接收机,信号捕获的作用是探测信号的存在,并找出探测到的信号的C/A码的起始位置和载波频率。本文详细阐述了信号捕获三种基本方法:连续搜索法、并行频率搜索法和并行码搜索法的基本原理,并在此基础上给出了各种捕获方法的具体操作步骤。为了提高信号捕获的频率分辨率以更好地初始化跟踪环路,给出了一种叫做相位差分的确定载波频率的方法。在室外条件下采集的数据,1ms的数据即可探测信号,而在室内或者有遮挡的环境下采集的信号,需要很长的数据方可探测信号的存在。本文对并行码搜索方法进行改进,通过相干积分和非相关积分的结合来改进信号的捕获灵敏度,给出了一种弱信号的捕获方法。最后,为了验证本文给出的各种信号捕获方法,本文给出了信号捕获的实例。采用的数据是由硬件前端采集的真实GPS数据,一组在天台采集,一组在室内采集。分别用连续搜索方法、并行频率搜索和并行码搜索方法处理在天台采集的GPS数据,结果证明给出的捕获方法能成功地捕获卫星。并用弱信号捕获程序处理室内采集的GPS数据,探测到了卫星的存在,证明了本文给出的弱信号捕获程序的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 概述
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 论文的研究内容及主要工作
• 第2章 GPS信号及接收机理论
• 2.1 GPS信号
• 2.1.1 C/A码
• 2.1.2 数据码
• 2.1.3 信号调制
• 2.2 接收机理论
• 2.2.1 天线
• 2.2.2 射频前端
• 2.2.3 信号捕获
• 2.2.4 信号跟踪
• 2.2.5 星历和伪距
• 2.2.6 定位
• 第3章 信号捕获
• 3.1 GPS信号捕获概述
• 3.1.1 数据长度
• 3.1.2 频率步长
• 3.1.3 本地信号产生
• 3.2 软件接收机捕获方法
• 3.2.1 连续搜索方法
• 3.2.2 并行频率搜索方法
• 3.2.3 并行码搜索方法
• 3.3 精频确定方法
• 第4章 弱信号捕获
• 4.1 概述
• 4.2 相关积分与非相关积分
• 4.3 弱信号捕获原理
• 第5章 信号捕获实例
• 5.1 概述
• 5.2 信号捕获
• 5.2.1 连续搜索结果
• 5.2.2 并行频率搜索结果
• 5.2.3 并行码搜索结果
• 5.3 弱信号捕获
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 下一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果