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全球导航卫星系统信号接收算法的研究

作　者: 韦超俊
导　师: 李佳
学　校: 北京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 全球定位系统信号捕获直接序列扩频通信快速傅立叶变换高动态接收机低信噪比
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着全球定位系统(GPS)的广泛应用,越来越多的移动端将装备GPS接收模块。接收端的多样化及其应用也对GPS卫星信号的接收提出了新的要求：高速移动的接收端的高动态接收,超低信噪比的弱信号接收,甚至室内的多径接收等等。接收端必须满足这种多样化的需求。GPS卫星信号采用直接序列扩频调制,信号在传输的过程中具有很强的抗干扰性和保密性,对接收端的要求是保持高度的扩频序列相位同步；接收端接收卫星信号时会存在很大的多普勒频移,使得接收载波偏移中心载波频率,这将给卫星信号的载波解调带来一系列难题。解决这两个困难的技术归结为同步技术。GPS信号的接收过程包括信号的检测、信号的捕获和信号的跟踪。本文的研究重点是GPS信号的捕获。针对GPS接收信号的特点,深入研究了GPS信号的接收算法尤其是捕获算法,重点研究了快速傅立叶变换在捕获算法中的应用。通过分析和比较各种捕获算法,在充分的理论分析,数学推导的基础上提出了在信号捕获过程中一系列的改进或增补的算法,并且在matlab平台上搭建了仿真环境,对算法进行仿真和验证。仿真中针对GPS应用的新特点,模拟了高动态和超低信噪比的环境。仿真验证了算法的有效性和可行性,通过仿真还对算法的改进和猜想提供了丰富的数据资料。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 全球导航卫星系统  7-8
  1.2 GPS接收机及接收技术  8-9
  1.3 捕获算法的研究及难点  9
  1.4 主要研究成果  9-10
  1.5 文章结构  10-11
第二章 GPS信号接收的相关研究综述  11-19
  2.1 直接序列扩频通信  11-13
    2.1.1 扩频通信理论  11
    2.1.2 伪随机序列  11-13
    2.1.3 扩频通信的特点  13
  2.2 多普勒效应  13-14
  2.3 GPS卫星信号的信号结构  14-16
  2.4 软件无线电  16-17
    2.4.1 软件无线电介绍  16-17
    2.4.2 带通采样定理与前端射频采样  17
  2.5 研究对象的数学模型  17-19
第三章 C/A码信号的捕获算法研究与实现  19-28
  3.1 C/A码信号捕获的基本原理  19-20
  3.2 并行捕获  20-25
    3.2.1 并行相位捕获  21-22
    3.2.2 并行频率捕获  22-25
  3.3 消元并行捕获  25-28
    3.3.1 平方法  25-26
    3.3.2 时延相乘法  26-28
第四章并行频率捕获算法的研究与改进设计  28-58
  4.1 并行频率捕获算法在实际应用中遇到的问题  28-33
    4.1.1 FFT的点数要求  28-29
    4.1.2 限制单次FFT信号长度的因素  29-30
    4.1.3 C/A码多普勒多普勒效应  30-31
    4.1.4 导航电文数据的跃变  31-32
    4.1.5 频率模糊  32-33
    4.1.6 单元搜索算法  33
  4.2 本文的解决方案  33-54
    4.2.1 并行算法计算单元分析  33-36
    4.2.2 解决方案的提出  36-42
    4.2.3 解决方案的仿真  42-54
  4.3 解决方案的评价  54
  4.4 捕获算法的进一步研究  54-58
    4.4.1 A-GPS技术在捕获中的应用  55-56
    4.4.2 高动态接收机的算法的进一步研究  56-58
第五章总结与展望  58-60
  5.1 论文工作总结  58
  5.2 研究展望  58-60
参考文献  60-62
附录  62-63
致谢  63-64
攻读学位期间发表的学术论文  64

全球导航卫星系统信号接收算法的研究

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