GPS L2C信号捕获跟踪技术研究

摘要

在全球卫星导航系统发展中，导频信号受到越来越多的重视，由于不存在导航电文，导频信号可以进行长时间的累加，且在跟踪阶段可以采用纯锁相环的结构，降低跟踪门限。GPS（Global Positioning System）的L2C（L2 Civil：L2频点民用信号）通过时分复用的方式包含了CM（Civil Moderate：民用中码）和CL（Civil Long：民用长码），CM码码长为10230个码片且调制了电文，CL为767250个码片，为导频信号。较长的码周期使得信号间的互相关明显降低，提高了多径和弱信号条件下的捕获性能，同时也对捕获造成了一些困难，本文基于此对L2C信号进行研究，主要内容包括以下三个方面：
　　（1）针对现阶段的研究并没有针对时分信号特点进行精确模型分析的问题，本文推导了时分信号捕获时载波多普勒对相关性能影响的表达式，并与传统连续信号下的影响进行了对比；通过理论和仿真的方式，分析了伪码多普勒对时分信号捕获的影响，给出了理论表达式，仿真结果表明，该理论分析的结果与实际情况吻合。
　　（2）超码（Hyper Code）算法通过折叠本地码的方式，使得一次相关运算得到多个码相位，提高了捕获速度，但是并没有文章通过量化的分析给出最优的重叠段数。本文以平均捕获时间最短的为准则对该问题进行了分析，并给出了一个重叠段数与载噪比的对应表，仿真表明，相比于不重叠的算法，在本文约定的信号处理结构下，以本文得出的重叠段数进行捕获，在保证平均捕获时间不增加的基础上，实现最高降低80％。
　　（3）针对L2C信号存在导频和数据双通道的情况，本文对利用双通道进行联合跟踪的算法进行了研究，提出了基于猜测比特位的纯锁相环联合跟踪算法，并将本文提出的算法与单独跟踪导频通道的算法和基于鉴相器输出线性加权的联合跟踪算法进行了对比。仿真结果表明，本文提出的联合算法相比于单独跟踪导频通道的算法载波环路相位跟踪误差方差降低30%，相比于基于鉴相器结果线性加权的联合算法，则在载噪比为20dB-Hz时，积分时间为2ms，降低量为约24%，积分时间为20ms，降低量为约8%，载噪比较高时，相差不大。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2 L2C捕获跟踪技术的研究现状

1.3本文的主要研究内容及结构

第二章 L2C信号捕获精确模型及算法设计

2.1捕获基本原理

2.2 L2C捕获算法设计及分析

2.3多普勒条件下时分信号精确捕获模型

2.4总结

第三章 Hyper Code CL长码直捕算法分析及优化

3.1 Hyper Code算法模型

3.2自相关旁瓣及噪声影响分析

3.3平均捕获时间分析及优化

3.4总结

第四章 L2C导频/数据通道联合跟踪算法研究

4.1载波跟踪基本结构及性能评估

4.2锁相环性能分析

4.3基于鉴相器输出线性加权的联合跟踪算法

4.4基于猜测比特位的纯锁相环联合跟踪算法

4.5总结

第五章 结束语

5.1本文工作总结

5.2后续工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果