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高灵敏度GNSS软件接收机的同步技术研究与实现

作　者: 姜冰心
导　师: 张中兆
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 软件GPS接收机 捕获 跟踪 全比特算法 均值相关
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 191次
引　用: 1次
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 GNSS概述  9-11
  1.2 课题背景及研究的目的和意义  11-13
  1.3 国内外在该方向的研究现状及分析  13-17
  1.4 本文研究内容和组成结构  17-18
第2章 GPS定位原理及卫星信号  18-34
  2.1 GPS的系统组成及功能  18-20
    2.1.1 空间星座  18
    2.1.2 地面监控  18-19
    2.1.3 用户接收设备  19-20
  2.2 GPS定位原理  20-22
  2.3 软件GPS接收机结构  22-26
    2.3.1 射频前端  22-25
    2.3.2 软件GPS接收机信号处理流程  25-26
  2.4 GPS卫星信号  26-29
    2.4.1 GPS信号的基本结构  26-28
    2.4.2 GPS信号的特点  28-29
  2.5 GPS所用的C/A码  29-33
    2.5.1 C/A码结构  29-30
    2.5.2 C/A码自相关特性  30-32
    2.5.3 C/A码功率谱  32-33
  2.6 本章小结  33-34
第3章 GPS信号的捕获原理分析  34-42
  3.1 多普勒频偏分析  34-36
  3.2 频域相关捕获原理  36-37
  3.3 三种累积算法  37-41
    3.3.1 相干累积  38-39
    3.3.2 非相干累积  39-40
    3.3.3 差分相干累积  40-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章 改进的GPS信号的捕获  42-54
  4.1 微弱GPS信号  42-44
    4.1.1 微弱GPS信号的定义  42
    4.1.2 影响因素  42-44
  4.2 捕获灵敏度理论分析  44-46
  4.3 改进方案  46-53
    4.3.1 时域均值相关算法  46-47
    4.3.2 全比特算法  47-52
    4.3.3 灵活的捕获策略  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第5章 微弱GPS信号的跟踪  54-69
  5.1 C/A码跟踪环路工作原理  55-58
  5.2 载波跟踪锁频环路工作原理  58-62
  5.3 载波跟踪锁相环路工作原理  62-66
  5.4 载波跟踪仿真实验  66-68
  5.5 本章小结  68-69
结论  69-71
参考文献  71-75
攻读学位期间发表的学术论文  75-77
致谢  77

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 大地测量学 > 卫星大地测量与空间大地测量 > 全球定位系统（GPS）
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