微弱GPS BOC信号的快速捕获算法研究

摘要

在21世纪,卫星导航技术的应用己成为人们日常生活不可或缺的一部分。随着GPS技术应用领域的不断拓展,人们对GPS接收机的要求也越来越高。接收机分为两种:硬件接收机和软件接收机。软件接收机通过微处理器对基带信号进行处理,当系统需要升级时,软件接收机仅需修改程序或者参数,因此具有操作上的灵活性和导航系统的兼容性。
　　 即将运行和在建的卫星导航系统大都采用了新的信号调制方式,即二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)调制技术,因此适用于软件接收机的BOC调制信号捕获算法急待设计。在信号受到严重衰减的情况下,接收信噪比产生一定程度的削弱,所以接收机定位精度大大下降,总体性能严重恶化,难以捕获和跟踪导航卫星信号。GPS软件接收机需要用处理增益获得合适的信噪比,但是GPS软件接收机的运算能力与硬件接收机相比不是很高,软件接收机不能为额外的信号算法提供足够的运算能力,从而使得GPS软件接收机很难实时地捕获到微弱信号。因此开展软件接收机的BOC调制信号捕获算法研究具有重要的现实意义和工程应用价值。
　　 为了在低信噪比条件下对卫星导航信号实施捕获,本文围绕BOC调制信号的捕获算法与快速提高信噪比增益的算法展开研究。首先针对BOC调制技术展开研究,分析了BOC调制信号的自相关特性、频谱特性和模糊特性;然后在现有GPS C/A码信号结构的基础上,建立了现代化GPS L1C民用信号的数学模型,并对其进行仿真和检验;在介绍了软件接收机基本捕获算法原理的基础上,对多种BOC调制信号捕获算法进行了研究分析,通过性能比较选取改进的互相关算法作为消除BOC调制信号多峰值特性的算法基础。
　　 累积算法是提高信噪比增益的关键技术,本文以传统的信噪比累积算法为基础展开研究,综合分析了各种累积算法的优越性及局限性;在相干累积结合差分相干累积算法的基础上,对相关运算、相干累积算法和检测变量进行改进,提出了快速信噪比累积算法,并通过仿真实验证明了该方法能够实时检测到低信噪比信号。针对微弱BOC调制信号的特性,将改进的互相关算法与快速累积算法相结合,形成一种微弱的BOC调制信号快速捕获算法。仿真结果表明,对于低信噪比的BOC调制信号,该算法显示出优越的实时性能和检测性能。
　　 文章最后对全文进行了总结,指出了本文研究内容的进一步研究方向以及新一代卫星导航软件接收机的研究方向。