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高动态GPS接收机基带信号处理算法研究

作　者: 孙函子
导　师: 胡辉
学　校: 华东交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 高动态 GPS接收机捕获伪码跟踪载波跟踪位同步子帧同步时间观测量提取
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

高动态接收机指在接收信号有较高的多普勒频率及其一阶、二阶导数时仍能正常工作的接收机。本文针对高动态低信噪比环境下GPS接收机基带信号处理算法遇到的问题,重点研究了实时高动态基带信号处理模块的设计实现。本文主要进行如下几点研究工作:弱信号的捕获算法的设计。文章分析了相干捕获算法和非相干捕获算法的增益。文中采用相干与非相干相结合的捕获算法实现了输入信噪比为25dBHz信号的捕获,并提供了一种非相干累积时间的设计方案。伪码跟踪算法、关键参数和环路控制策略的设计。高动态环境下多普勒效应对伪码的影响不可忽略,文中重点分析了与高动态载波跟踪算法相匹配的、基于载波辅助技术的归一化带符号点积功率伪码跟踪算法,并提出了一种新的预检积分时间可变的伪码跟踪环控制策略。载波跟踪算法、关键参数和环路控制策略的设计。高动态GPS软件接收机基带信号处理算法的关键是载波跟踪算法的设计,文中重点研究了频率牵引算法,FLL与PLL复合环算法及载波跟踪环重要参数的设计。文中提出了一种新的分阶段载波跟踪环控制策略,兼顾了环路的动态性和精确性。本文采用SIMGEN-I10型模拟器模拟的高动态GPS卫星信号为实验对象,基于MATLAB与VC++软件平台实现上述高动态低信噪比下的GPS接收机基带信号处理算法,经实验证明,接收机可以在载体动态为最大加速度?1 00?g ?,最大加加速度?4 0?g /?s?的条件下稳定工作,结合后续的定位解算模块,接收机最终达到的定位精度达水平方向为15米,高度方向为20米,可以满足课题对定位精度的要求。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
主要符号说明  10-12
第一章绪论  12-18
  1.1 课题背景  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-15
    1.2.2 国外研究现状  13-15
    1.2.3 国内研究现状  15
  1.3 课题研究的意义  15-16
  1.4 论文主要研究内容  16-18
第二章 GPS 接收机基带信号处理概述  18-25
  2.1 GPS 系统基本结构  18-19
  2.2 GPS 卫星信号的组成  19-22
    2.2.1 GPS 卫星信号的组成  19-20
    2.2.2 GPS 信号中的伪随机码  20-22
  2.3 高动态运动对GPS 信号的影响  22-23
  2.4 GPS 接收机基带信号处理概述  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章捕获模块的设计与实现  25-35
  3.1 信号捕获原理  25-26
  3.2 捕获算法  26-28
    3.2.1 顺序搜索捕获算法  26-27
    3.2.2 循环相关捕获算法  27-28
    3.2.3 相干—非相干捕获算法  28
  3.3 捕获关键参数的设计  28-30
    3.3.1 信号多普勒频移范围  28-29
    3.3.2 相干捕获数据长度的设计  29
    3.3.3 频率步进的设计  29
    3.3.4 非相干捕获时间长度的设计  29-30
    3.3.5 捕获门限的设计  30
  3.4 捕获模块的设计实现  30-34
    3.4.1 捕获模块流程  31-32
    3.4.2 捕获模块实验结果  32-34
  3.5 本章小结  34-35
第四章伪码跟踪模块与环路控制策略的设计与实现  35-52
  4.1 伪码跟踪原理  35-36
  4.2 伪码跟踪算法  36-38
    4.2.1 伪码跟踪模块中的鉴相算法  36-38
    4.2.2 伪码跟踪模块滤波器设计  38
  4.3 伪码跟踪模块关键参数设计  38-43
    4.3.1 伪码跟踪环相关间隔的选择  39-40
    4.3.2 DLL 环动态应力误差分析  40-41
    4.3.3 DLL 环热噪声误差分析  41-43
  4.4 伪码跟踪模块的控制策略设计  43-45
  4.5 伪码跟踪模块的设计  45-51
    4.5.1 伪码跟踪模块程序流程  46
    4.5.2 伪码跟踪模块实验结果  46-51
  4.6 本章小结  51-52
第五章载波跟踪模块与环路控制策略的设计与实现  52-75
  5.1 载波跟踪原理  52-53
  5.2 载波跟踪算法  53-55
    5.2.1 载波跟踪模块中的鉴频算法  53-55
    5.2.2 载波跟踪模块中的鉴相算法  55
    5.2.3 载波跟踪模块滤波器设计  55
  5.3 载波跟踪模块关键参数设计  55-59
    5.3.1 FLL 环测量误差分析  55-57
    5.3.2 PLL 环测量误差分析  57-59
  5.4 载波跟踪模块的控制策略设计  59-65
  5.5 载波跟踪模块的设计  65-73
    5.5.1 载波跟踪模块程序流程  65
    5.5.2 载波跟踪模块实验结果  65-73
  5.6 本章小结  73-75
第六章位同步、帧同步的实现和时间观测量的提取  75-82
  6.1 数据解调  75-76
  6.2 位同步的实现  76-77
  6.3 帧同步的实现  77-78
  6.4 时间观测量的提取和伪距计算  78-81
  6.5 本章小结  81-82
第七章高动态GPS 基带信号处理方案  82-88
  7.1 载体动态指标  82
  7.2 基带信号处理模块设计与实现  82-84
    7.2.1 基带信号处理算法设计  82-83
    7.2.2 软件设计流程  83-84
  7.3 实验结果  84-87
  7.4 本章小结  87-88
第八章总结与展望  88-91
参考文献  91-93
个人简历在读期间发表的学术论文  93-94
致谢  94

高动态GPS接收机基带信号处理算法研究

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