GPS软件接收机捕获与跟踪算法研究及实现

论文摘要

捕获与跟踪技术是实现全球定位系统（GPS）软件接收机的关键技术，其目的是使接收机产生的本地载波频率与扩频码的码相位和卫星信号一致，从而可以解调出导航电文，进而为伪距和接收机位置解算提供关键参数。GPS扩频码的捕获过程就是对GPS扩频码在时间和频率上大范围的二维搜索过程。由于P码的速率高，序列周期长，所以对P码的直接捕获十分困难；对P码直接捕获技术的研究是现阶段GPS系统研究的难点。由于各种条件限制，本文只针对C/A码的捕获与跟踪做研究。此外，在GPS系统中需要对捕获之后的扩频码进行跟踪，GPS扩频码的跟踪是通过科斯塔斯环与码同步环实现的。科斯塔斯环与码环能较快实现对信号的跟踪，本文对上述两方面问题做了以下工作：首先分析了GPS信号的特性，给出了软件接收机的结构，并分析了捕获与跟踪技术的原理；在分析时域相关捕获法、基于FFT算法的信号捕获方法的基础上，通过对GPS信号的频谱观察，提出改进的基于FFT算法的信号捕获算法，对实际捕获的8颗GPS信号进行模拟捕获，结果表明缩短了捕获时间；在分析码和载波跟踪方法的基础上，设计了GPS接收机完整跟踪通道，并采用Matlab实现了对实际GPS信号的跟踪性能仿真，结果表明所设计的跟踪通道达到设计要求；最后，对全文进行总结，并展望了下一步可能的工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 GPS技术的发展
• 1.2 GPS的组成及特点
• 1.2.1 GPS的组成
• 1.2.2 GPS的特点
• 1.3 GPS扩频码同步技术研究动态
• 1.4 软件接收机与硬件接收机的比较
• 1.5 本课题的意义
• 1.6 本论文主要工作和内容安排
• 第二章 扩频通信及其在GPS中的应用
• 2.1 扩频技术和相关接收
• 2.1.1 扩频通信
• 2.1.2 相关接收
• 2.2 伪随机序列
• 2.2.1 m序列
• 2.2.2 Gold序列
• 2.3 GPS信号的特性
• 2.3.1 GPS信号结构
• 2.3.2 C/A码
• 2.3.3 P码
• 2.3.4 GPS导航电文
• 2.4 捕获若干问题的分析
• 2.4.1 多普勒频移
• 2.4.2 捕获的最大导航电文长度
• 2.4.3 捕获的载波频率步长
• 2.5 本章小结
• 第三章 GPS信号的捕获及仿真
• 3.1 信号捕获的基本概念
• 3.2 时域相关捕获法
• 3.3 基于FFT算法的信号捕获
• 3.4 算法改进及仿真验证
• 3.4.1 基于FFT算法的改进
• 3.4.2 仿真验证改进后的算法
• 3.5 本章小结
• 第四章 GPS信号的跟踪及仿真
• 4.1 二阶PLL
• 4.2 载波跟踪环
• 4.3 伪码跟踪环
• 4.4 GPS软件接收机中跟踪环的设计
• 4.5 码跟踪与载波跟踪的仿真实现
• 4.5.1 跟踪程序流程图
• 4.5.2 跟踪结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文研究总结
• 5.2 未来研究展望
• 致谢
• 参考文献