高动态及微弱GPS信号的捕获算法研究

论文摘要

近年来,GPS导航在交通、地图测绘、资源探测方面发挥着越来越重要的作用,GPS导航相关技术的研究方兴未艾。GPS硬件接收机因专用集成电路的快速发展而得到应用,但其具有非编程性,缺乏灵活性等缺点。软件接收机不同于硬件接收机,信号的捕获和跟踪都是由软件完成。通过测试不同算法对接收机性能的影响,软件接收机可以快速有效地分析与验证这些算法的性能。本文基于GPS软件接收机提出几种GPS信号捕获算法,用于微弱信号环境及高动态环境下的信号捕获,并对一些传统算法进行优化,最后用仿真结果验证了算法的可行性。本文主要的研究工作具体如下:1.首先按照GPS接收机的结构简单介绍了GPS软件接收机的主要模块:射频前端、信号处理、定位解算。其中在信号处理模块介绍了GPS软件接收机的跟踪算法,定位解算模块介绍了最小二乘法定位算法。2.介绍了GPS信号结构,详细介绍了扩频码C/A码的相关特性。简单介绍了传统的GPS信号捕获算法:串行搜索捕获和FFT搜索捕获。提出了一种新的GPS信号捕获算法——最佳数据组合捕获,用相干积分过程代替传统的算法中的非相干积分过程,能有效提高接收机捕获灵敏度。基于C/A码的互相关特性,提出了一种快速捕获算法,并对该算法进行改进,解决了算法估计结果的模糊性的问题。3.介绍了一种基于FFT搜索的批处理捕获算法,并将该算法和最佳数据组合捕获法同时用于捕获的低动态微弱信号,将两种算法的捕获结果进行对比分析。4.介绍了GPS/INS超紧组合导航系统结构和频率补偿的原理,提出了一种基于GPS/INS超级组合导航系统结构对高动态GPS信号进行预处理的方法。对由模拟器产生的高动态信号进行预处理后,再用最佳数据组合法对处理后的信号进行捕获,最后对实验结果进行总结分析。本文通过对传统GPS信号捕获算法的研究,对提出的最佳数据组合捕获算法原理进行深入分析,并将该算法用于两种不同的环境下验证,对实验结果进行了一定的探讨。这些工作为以后进一步研究现代GPS软件接收机算法打下了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及意义
• 1.3 论文主要内容及工作
• 第二章 GPS 软件接收机
• 2.1 GPS 接收机射频前端
• 2.2 GPS 软件接收机基带信号处理
• 2.3 利用伪随机噪声码确定用户位置
• 2.4 本章小结
• 第三章 GPS 信号捕获
• 3.1 GPS 信号结构
• 3.1.1 C/A 码
• 3.1.2 P 码
• 3.1.3 导航电文
• 3.2 传统信号搜索捕获算法
• 3.2.1 信号的检测
• 3.2.2 线性搜索
• 3.2.3 FFT 搜索
• 3.3 最佳数据组合捕获方法
• 3.4 基于C/A 码互相关特性的快速捕获
• 3.4.1 C/A 码互相关特性
• 3.4.2 快速捕获算法
• 3.5 本章小结
• 第四章 微弱 GPS 信号捕获
• 4.1 微弱GPS 信号
• 4.2 基于批处理的微弱信号捕获
• 4.2.1 算法原理
• 4.2.2 仿真结果
• 4.3 最佳数据组合法用于微弱GPS 信号捕获
• 4.3.1 捕获门限的设定
• 4.3.2 仿真结果
• 4.4 相位估计法用于GPS 信号精捕获
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于 GPS/INS 组合导航系统的高动态 GPS 信号捕获
• 5.1 最佳数据组合法用于高动态GPS 信号捕获
• 5.2 GPS/INS 超紧组合导航系统
• 5.3 基于GPS/INS 频率补偿的高动态信号捕获
• 5.3.1 高动态GPS 信号频率补偿原理
• 5.3.2 仿真结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文回顾与结论
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文