高动态及微弱GPS信号的捕获算法研究

摘要

近年来，GPS导航在交通、地图测绘、资源探测方面发挥着越来越重要的作用，GPS导航相关技术的研究方兴未艾。GPS硬件接收机因专用集成电路的快速发展而得到应用，但其具有非编程性，缺乏灵活性等缺点。软件接收机不同于硬件接收机,信号的捕获和跟踪都是由软件完成。通过测试不同算法对接收机性能的影响，软件接收机可以快速有效地分析与验证这些算法的性能。本文基于GPS软件接收机提出几种GPS信号捕获算法，用于微弱信号环境及高动态环境下的信号捕获，并对一些传统算法进行优化，最后用仿真结果验证了算法的可行性。本文主要的研究工作具体如下：
　　1.首先按照GPS接收机的结构简单介绍了GPS软件接收机的主要模块：射频前端、信号处理、定位解算。其中在信号处理模块介绍了GPS软件接收机的跟踪算法，定位解算模块介绍了最小二乘法定位算法。
　　2.介绍了GPS信号结构，详细介绍了扩频码C/A码的相关特性。简单介绍了传统的GPS信号捕获算法：串行搜索捕获和FFT搜索捕获。提出了一种新的GPS信号捕获算法——最佳数据组合捕获，用相干积分过程代替传统的算法中的非相干积分过程，能有效提高接收机捕获灵敏度。基于C/A码的互相关特性，提出了一种快速捕获算法，并对该算法进行改进，解决了算法估计结果的模糊性的问题。
　　3.介绍了一种基于FFT搜索的批处理捕获算法，并将该算法和最佳数据组合捕获法同时用于捕获的低动态微弱信号，将两种算法的捕获结果进行对比分析。
　　4.介绍了GPS/INS超紧组合导航系统结构和频率补偿的原理，提出了一种基于GPS/INS超级组合导航系统结构对高动态GPS信号进行预处理的方法。对由模拟器产生的高动态信号进行预处理后，再用最佳数据组合法对处理后的信号进行捕获，最后对实验结果进行总结分析。
　　本文通过对传统 GPS信号捕获算法的研究，对提出的最佳数据组合捕获算法原理进行深入分析，并将该算法用于两种不同的环境下验证，对实验结果进行了一定的探讨。这些工作为以后进一步研究现代GPS软件接收机算法打下了基础。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2 研究背景及意义

1.3 论文主要内容及工作

第二章 GPS软件接收机

2.1 GPS接收机射频前端

2.2 GPS软件接收机基带信号处理

2.3 利用伪随机噪声码确定用户位置

2.4 本章小结

第三章 GPS信号捕获

3.1 GPS信号结构

3.2 传统信号搜索捕获算法

3.3最佳数据组合捕获方法

3.4基于C/A码互相关特性的快速捕获

3.5本章小结

第四章 微弱GPS信号捕获

4.1 微弱GPS信号

4.2 基于批处理的微弱信号捕获

4.3最佳数据组合法用于微弱GPS信号捕获

4.4相位估计法用于GPS信号精捕获

4.5本章小结

第五章 基于GPS/INS组合导航系统的高动态GPS信号捕获

5.1最佳数据组合法用于高动态GPS信号捕获

5.2 GPS/INS超紧组合导航系统

5.3 基于GPS/INS频率补偿的高动态信号捕获

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文回顾与结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文