多通道实时GPS软件接收机的研究与实现

论文摘要

近年来,随着导航技术的发展,GPS(全球卫星定位系统)应用的领域也越来越广,需求越来越多,随之而来的产品更新、换代的速度也越来越快。软件接收机借助软件无线电的思想,以其低研发成本、高灵活性的优势成为了GPS导航产品中的一个重要分支。本文主要介绍了一种利用多通道并行处理的思想实现软件接收机的方法。文中以一个单独通道为例,首先详细介绍了信号捕获的基本原理,通过不同的相干积分和非相干积分的组合,对比分析了捕获算法的性能;其次,阐述了信号跟踪基本流程,并通过增加相干积分时间,提高了在弱信号环境下跟踪环路的性能。在此之后,本文介绍了GPS接收机定位的理论基础,通过公式推导介绍了用户位置解算的基本方法;最后,根据之前分析的通道模型,讨论了各个通道间同步并行处理数据的方法,具体涉及了通道间线程切换以及通道内捕获、跟踪状态的变化、更新等内容。各通道在通过一系列基带处理步骤后,最终输出时钟、星历等参数给解算模块,实现了接收机用户定位功能。本文的仿真及实现工作主要分为三个部分,首先,针对一个通道,利用C语言实现了捕获和跟踪等基带数字信号处理算法,并通过GPS信号源产生的特定信噪比的数字中频信号,对捕获和跟踪的算法性能进行了仿真验证;其次,利用C语言编写定位解算模块,并通过已知用户位置的模拟数据对该模块进行测试,对输出的定位误差进行分析;最后,用C语言建立起多通道并行处理模型,并利用采集的真实GPS信号数据对接收机模块进行仿真,通过将定位结果输出至谷歌地图,分析了定位误差的原因。实验结果表明各部分均能实现所需完成的功能,最终的定位精度能够满足一般的定位需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 GPS 概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容以及组织结构
• 第二章 GPS 软件接收机概述
• 2.1 传统硬件GPS 接收机
• 2.2 GPS 软件接收机
• 2.3 传统硬件接收机和软件接收机的比较
• 2.4 小结
• 第三章 捕获、跟踪的原理及实现
• 3.1 GPS 信号的捕获
• 3.1.1 捕获原理
• 3.1.2 时域循环相关捕获
• 3.1.3 相干/非相干积分相结合
• 3.1.4 捕获模块流程图
• 3.1.5 仿真结果与性能分析
• 3.2 GPS 信号的跟踪
• 3.2.1 GPS 跟踪环路概述
• 3.2.2 弱信号下的跟踪方法
• 3.2.3 跟踪环路流程图
• 3.2.4 仿真结果与性能分析
• 3.3 小结
• 第四章 定位解算的原理及实现
• 4.1 导航电文格式
• 4.1.1 电文结构
• 4.1.2 奇偶校验
• 4.2 导航电文解调
• 4.2.1 位同步
• 4.2.2 帧同步
• 4.2.3 导航电文信息提取
• 4.3 用户位置和速度解算
• 4.3.1 卫星位置计算
• 4.3.2 相对伪距估计
• 4.3.3 用户位置解算
• 4.3.4 用户速度解算
• 4.3.5 定位流程图
• 4.4 定位性能评价
• 4.5 小结
• 第五章 接收机总体的软件实现及分析
• 5.1 多通道实时工作方式
• 5.1.1 现有软件处理方法
• 5.1.2 一种基于多通道的软件实现方法
• 5.2 多通道模型的建立
• 5.2.1 NCO 模块
• 5.2.2 打包模块
• 5.2.3 捕获模块
• 5.2.4 跟踪模块
• 5.2.5 解算模块
• 5.3 用户定位实现
• 5.4 仿真结果与性能分析
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历、攻硕期间取得的研究成果