高靈敏度GPS L1-L2C軟件接收機關鍵技術研究.pdf

1、GPS軟件接收機技術是近年來衛(wèi)星導航領域出現(xiàn)的一項新興技術。相對于傳統(tǒng)的GPS接收機，GPS軟件接收機在實現(xiàn)多信號融合、高靈敏度、高精度、抗干擾和多路徑抑制等高性能方面具有更大的優(yōu)勢。國外已經研制出了基于Ll C/A碼的單頻GPS軟件接收機，目前正在朝著高性能的方向開發(fā)實用的衛(wèi)星導航軟件接收機。國內在GPS軟件接收機技術方面的研究起步較晚，在高性能的關鍵技術方面與國外有較大的差距。因此，突破核心技術，研制具有自主知識產權的高性能衛(wèi)星導航

2、軟件接收機，對于增強我國在衛(wèi)星導航領域的核心競爭力具有重要意義。本文以GPS軟件接收機所包含的關鍵模塊為線索，對基于L1和L2C信號的GPS軟件接收機中若干關鍵算法以及GPS軟件接收機的實現(xiàn)方法進行了研究。論文的主要工作歸納如下：
　　 (1)提出一種基于塊處理和差分相干積分(BPDC)的Ll C/A碼高靈敏度捕獲算法。目前隨著GPS接收機應用的日益廣泛，如何在弱信號環(huán)境下實現(xiàn)定位的問題日益突出。本文對現(xiàn)有弱信號捕獲算法中的限制

3、因素進行綜合考慮，提出一種基于塊處理和差分相干積分(BPDC)的L1 C/A碼高靈敏度捕獲算法。計算和仿真實驗結果表明相對于傳統(tǒng)的相干結合非相干方法，BPDC能減小計算量并提高捕獲的靈敏度。
　　 (2)提出一種適合于軟件接收機實現(xiàn)的Ll輔助L2C快速精確捕獲算法。由于GPS現(xiàn)代化的L2C信號中的偽碼長度很長，如果利用傳統(tǒng)的FFT算法來實現(xiàn)捕獲，完成捕獲過程的時間和空間復雜度太高。因此，提出一種適合于軟件接收機實現(xiàn)的L1輔助L2

4、C快速精確捕獲算法。計算和仿真實驗的結果表明，L1輔助L2C信號捕獲減少了L2C信號捕獲的時間復雜度。同時，在L2C捕獲的過程中，利用分段FFT技術減少了空間復雜度，提高了捕獲運算的實時性。
　　 (3)提出一種適合于寬載噪比范圍的載波頻率精確捕獲策略。為了在不同信噪比的情況下，實現(xiàn)載波頻率的快速精確估計，本文提出在信噪比高于35.5dB-Hz的時候，利用基于相位測量的載波頻率精確估計算法。在信噪比低于35.5dB-Hz的時候，

5、采用基于長相干處理的載波頻率精確估計算法。仿真實驗結果表明，相對于FFT直接載波頻率精確估計算法，相位測量法在減少計算時間復雜度方面有較大的優(yōu)勢。在計算量允許的范圍內，基于長相干處理的載波頻率精確估計算法在輸入信號的載噪比低于35.5dB-Hz的時候，可以較好地完成頻率精確捕獲的要求。
　　 (4)研究了一種基于極大似然估計的高靈敏度比特同步算法。為了實現(xiàn)弱信號情況下的信號跟蹤，本文研究了一種基于極大似然估計的高靈敏度比特同步算

6、法。仿真實驗結果表明，在弱信號的情況下，可以通過相應地增加用于同步的時間來提高正確同步的概率。在比特變化率為0.5，同步時間不超過2s的情況下，可以對信噪比低至21dB-Hz的信號進行較好地同步。
　　 (5)提出一種基于UKF的GPS Ll信號高靈敏度跟蹤算法。常用的碼跟蹤DLL和載波跟蹤PLL會在低信噪比情況下失鎖。為此，提出了一種基于UKF的GPS L1信號高靈敏度跟蹤算法。仿真實驗結果表明，采用UKF降低了計算的復雜度，

7、且具有較高的跟蹤靈敏度和精度，是一種適合于軟件接收機實現(xiàn)的算法。
　　 (6)研究了L2c信號中CM碼和CL碼的聯(lián)合跟蹤問題。GPS接收機碼和載波的跟蹤誤差會直接影響到接收機的定位精度。隨著民用GPS對定位性能要求的不斷提高，需要在更弱的信號條件下，獲得更高的定位精度。為此，研究了一種基于數(shù)據(jù)和導頻通道結合的GPS L2C高靈敏度跟蹤算法。仿真實驗結果表明，通過將L2C信號數(shù)據(jù)和導頻通道的相干積分結合可以將載波和碼相位跟蹤門限降

8、低3dB左右。
　　 (7)自主設計了一種基于PC平臺的GPS軟件接收機和一套基于DSP的嵌入式硬件平臺?；赑C的GPS軟件接收機主要包括：中頻信號采樣器和接收機的信號處理軟件兩個方面。因此，本文首先提出了一種基于GP2015芯片和USB2.0接口的中頻信號采樣器設計方法。然后，研究了一種基于比特處理的高速并行軟件相關器。接著，對接收機信號處理軟件的具體流程進行了分析。實驗測試的結果表明，本文設計的中頻信號采樣器可以在丟失和誤