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1、基于软件无线电技术的GPS软件接收机的研究与实现..南京航空航天大学第卷第期学报年月.基于软件无线电技术的软件接收机的研究与实现苗剑峰陈武刘建业孙永荣胡丛伟。.南京航空航天大学自动化学院,南京,;.香港理工大学大地测量与资讯学系,香港,;.同济大学交通运输工程学院,上海,摘要:深入研究了软件接收机的相关算法,阐述了软件接收机设计过程中信号搜索、跟踪以及伪距定位等关键技术。针对搜索过程中利用信号相关法求解精频速度慢的缺点,提出了相位关系解算法;进一步分析二阶跟踪环路工作原理,对其带宽进行优化设计,使接收机具备较高的动态性能和较低噪声影响。基于环境,通过优化算法
2、结构,设计并实现了软件接收机算法应用程序。最后通过实际测试数据对算法进行了验证,该接收机可以处理通道卫星信号,并且各项指标分析结果均达到单点伪距定位要求。关键词:全球卫星定位系统;软件接收机;载波跟踪环;信号处理中图分类号:.文献标识码:文章编号:????,,,,。..,,,,;.,,,,;.,,,,:?,?.?,?.,?,.,,?.,.?.:;;;构,即射频前端和信号处理部分由专用定制的芯片引嗣来实现,被称为硬件接收机。硬件接收机由于信号全球定位系统,处理由芯片在内部定制实现,一旦芯片定型,用户在全球范围内,被广泛应用于大地测量、气象很难改变相应的参数或更
3、换新的算法。软件监测、车辆导航等领域。传统的接收机基于接收机以其较高的灵活性和可编程性,可为研究人结员提供丰富的评估和验证平台,近年来得到很大的基金项目:国家自然科学基金资助项目;香港理工大学研究基金?资助项目。收稿日期:??;修订日期:??作者简介:苗剑峰,男,博士研究生,年月生;刘建业联系人,男,教授,博士生导师,?:..。第期苗剑峰,等:基于软件无线电技术的软件接收机的研究与实现围内串行搜索。此方法将时域大量的相关运算变为发展。软件接收机的研究是以软件无线电技术为基础,结构如图,软件接收机由射频前频域的简单乘法,然后再通过离散傅里叶反变换端硬件设备和机
4、中的信号处理程序两部得到时域的相关运算结果。其原理如下:分组成。在时域范围内,对于离散数字信号,本文采用便携微型射频前端数据采样器的相关运算可以写成进行实际数据采集。数据采样器的采样一,,:频率为.,产生的中频数字信号频率对进行离散傅里叶变换转换到频为.。通过便携式磁吸天线采集域后,则有频段信号,由接口将采集数据以二进一Ⅳ一制文件的形式存入机硬盘,然后通过相应的算尼一∑∑。‘。一法程序对其进行信号的捕获、跟踪并给出导航信息。∑脚∑一软件接收机程序结构设计一石软件接收机由多个信号处理通道组成,式中足为是的共轭复数。从式可以看其结构设计如图所示。由射频前端采集的
5、数据文到,计算量较大的信号相关运算可以在频域内通过件以二进制的模式被程序读取,然后在各个通道中简单的乘法实现。通过将式的结果进行傅里叶分别进行卫星信号捕获、跟踪、卫星星历解算以及伪距与载波观测量的计算,最后将多个通道的反变换,可以高效率地搜索到接收信号与本地复现信号的相关峰值,从而得到码的初始相位以及输出结果汇总,求出最终的导航定位信息。多普勒频移的粗略估值。为了提高对算法实现的效率以及提高程序实图为年月日时,通道对现的界面化,软件接收机程序设计是在环号卫星的一次粗频捕获结果比较图。搜索采用境下用语言完成的。软件接收机程序首先的数字中频信号序列,中频数字信号
6、频对采样数据文件进行格式读取,同时初始化参数设率为.,采样频率.。图中置结构体。然后通过分析数据的频谱对采样的数据轴表示.±.的多普勒频移搜索进行粗验。数据有效后即进入信号的捕获、跟踪以及导航解算环节。范围,搜索步长为,轴表示个的采样点数,每个点对应码的码相位。当捕信号捕获算法获到有效信号后,相关峰值非常明显.×。,图中可以看出峰值所在处的多普勒频移以及由于码相位的搜索空间要远远大于频率的搜码相位为,点。索空间,所以本文采取码相位并行计算,在频率范天线’一.厂竺『一?.厂竺匿一导信航息/解测算量模拟信号数子信号射频前端机中的软件算法图软件接收机结构框图国、?
7、采三??样?三?数?三?据?/?/图软件接收机结构设计南京航空航天大学学报第卷输出到载波发生器。载波发生器根据误差大小实时调节产生载波的频率,使得本地复现载波与接收信号时刻保持同步。剥离了伪随机码之后,信号中仍然保留着进制调制的导航电文数据。导航电文的存在,使得和信号会产生。相位反转。和普通的锁相环以及锁频环相比,科斯塔环具备对存在。相移进行相位跟踪的特性。鉴相器选择在高、低信噪比下均具备最佳效果图捕获环路结果示意图的反正切鉴相器最大似然估计器。并行码搜索算法在频率范围内以为步其算法表示为/长进行搜索,而载波跟踪环路的频宽要求为几赫兹,?/所以必须要进
8、一步求出精频。由于的接收信号.码跟踪环路原理得到的频
