GPS软件接收机捕获关键技术研究

GPS软件接收机捕获关键技术研究

论文摘要

GPS软件接收机技术是近年来卫星导航领域出现的一项新兴技术,捕获是研究软件接收机的关键技术之一。国外已经研制出了基于L1C/A码的单频GPS软件接收机,目前正在朝着高灵敏度、多信号融合等方向开发实用的高性能卫星导航软件接收机。国内在GPS软件接收机技术方面的研究起步较晚,GPS软件接收机捕获面临着速度慢,灵敏度低等缺陷。因此,突破核心技术,对于增强我国在卫星导航领域的竞争力具有重要意义。论文主要针对GPS软件接收机基带信号处理中的微弱信号捕获方法、快速捕获和跟踪方法展开研究,研究内容与成果如下:(1)针对软件接收机捕获微弱信号,融合多数据点和差分捕获算法的优点,研究了改进型的相干非相干捕获算法,弥补了相干非相干捕获无法解决的数据位跳变、噪声叠加问题。仿真结果表明,改进后的算法能够捕获到低至20dB信噪比的信号,提高了软件接收机捕获灵敏度。(2)由于码产生在软件接收机跟踪中耗时最多,研究了码存储跟踪算法,码存储算法消除了码产生的时间。实验证明,码存储方法节省了一半的跟踪时间,提高了软件接收机跟踪速度。(3)针对软件接收机捕获速度的提高,研究了FPGA快速捕获,FPGA快速捕获是以FPGA实现捕获的方式,在个人计算机中捕获的相关处理是采用流水线作业,而FPGA中相关器并行作业,并行处理速度要高于流水线速度。该实现方法主要采用下采样方法,将5714点下采样到1024点进行FFT变换,利用FPGA内核IP进行FFT和反FFT变换。基于Qurtus软件对捕获中的每个模块进行了研究分析,得到了捕获结果码相位和载波频率,并将捕获结果运用到跟踪实验中进行验证,实验证明了捕获的结果正确性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究的背景与意义
  • 1.2 国内外研究现状及发展趋势
  • 1.3 论文研究内容及章节结构
  • 第二章 GPS 系统概述及接收机结构分析
  • 2.1 GPS 系统的组成
  • 2.2 GPS 接收机结构
  • 2.3 基带信号处理
  • 2.3.1 扩频技术概述
  • 2.3.2 信号结构和信号相关性
  • 2.3.3 捕获
  • 2.3.4 跟踪
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 GPS 软件接收机微弱信号捕获算法研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 传统微弱信号捕获算法
  • 3.2.1 相干—非相干积分捕获
  • 3.3 改进的弱信号捕获算法
  • 3.3.1 差分相干积分原理
  • 3.3.2 改进弱信号捕获算法
  • 3.4 算法仿真与结果分析
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 GPS 软件接收机快速捕获与跟踪算法研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 传统快速捕获方法
  • 4.2.1 时域串行捕获算法
  • 4.2.2 码相位串行捕获算法
  • 4.2.3 码相位并行捕获算法
  • 4.3 下采样并行捕获算法
  • 4.4 基于码存储的信号跟踪实时性提高方法
  • 4.4.1 传统码跟踪
  • 4.4.2 预存码方法
  • 4.4.3 算法仿真与结果分析
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 GPS 软件接收机快速捕获FPGA 仿真
  • 5.1 引言
  • 5.2 各模块实现
  • 5.2.1 本地码产生模块
  • 5.2.2 数控振荡器模块
  • 5.2.3 载波剥离模块
  • 5.2.4 积分累加模块
  • 5.2.5 下采样部分
  • 5.2.6 FFT/IFFT 部分
  • 5.2.7 峰值检测模块
  • 5.3 捕获结果验证
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1 工作总结
  • 6.2 研究展望
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的论文和专利
  • 致谢
  • 相关论文文献

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