微弱gps信号捕获算法的分析

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1、技术对未来我国的1．2国内外研究现状目前，国内外的研究机构和公司都在积极的开展弱信号环境下导航定位技术研究，弱信号接收技术主要有辅助GPS(AGPS)技术和高灵敏度捕获技术(High-SensitivityAcquisition)两个方向【4】。AGPS技术主要利用无线通信网络或无线定位技术来辅助GPS定位，其优点在于加快信号捕获速度，同时提高捕获和跟踪的灵敏度，但它由于依赖网络会使用户费用较高，且在单纯的接收机应用实现上存在难度。HSGPS技术则是不依赖任何外界的辅助信息，通过改进自身的捕获算法提高处理增益，

2、达到捕获微弱信号的目的，该技术的优点就在于可在单台接收机上独立实现。HSGPS技术中提高灵敏度可以从以下两方面着手：改良信号传输体制和优化接收机性能【121。改良信号传输体制就是对卫星信号的码字与传输波形进行变换，继而使信号自身具备更容易被捕获到的特性。而优化接收机性能主要是致力于捕获跟踪算法的改善，从而提高接收机处理弱信号的能力。针对微弱信号的捕获，通常是采用增加相关累积时间的方法来提高信号增益。2000年DavidM．LiIl等提出了二倍分组块补零法(DoubleBlockZeroPadding，DBZP)

3、116】。该方法中先将接收到的信号数据分块，通过对本地复现C／A码分块补零，将二者相对应的块循环相关，降低捕获运算量，缩短捕获时间。2004年NesreenI．Ziedan在DBZP法的基础上提出了改进的二倍分组块补零法(ModifiedDoubleBlockZeroPadding，MDBZP)t17】【lsl避免原有算法的缺陷，提高捕获灵敏度，但这种算法要在每个预检测积分时间内对导航数据位进行估计，使算法变得复杂且计算量大大增加。·2001年MarkL．Psiakil20】提出了半比特算法(Half-Bits

4、Method)和全比特算法(Full．BitsMethod)来捕获微弱信号，该算法主要是通过分组累加来延长积分时间，同时相应的去掉数据位跃变效应。2004年HaraldElders．Boll等12l】将CDMA系统中成功应用的差分相干技术引入到GPS信号捕获中，“差分”处理使得算法对导航电文的比特翻转不敏感，同时将相邻采样点的噪声共轭相乘再相加，对2l绪论噪声的放大相对较小【6J。但当微弱GPS信号强度低于一142dBmW时，即便接收机能正确完成对信号的捕获跟踪，但由于信噪比低，导航电文的接收误码率仍然较高直接

5、影响到导航定位解算【151，所以HSGPS技术还有待进一步深入的研究。国内在GPS微弱信号捕获灵敏度的研究起步比较晚，目前还处在初始阶段，一些厂商和研究机构正在致力于弱信号GPS接收机的研究，对微弱信号捕获算法的分析也有一些进展，取得了一些实验成果，如基于差分相干的自适应门限捕获算法，以及以导航数据跳变沿检测为前提的最佳路径搜索捕获算法等。1．3本文的研究内容及结构安排本论文的研究内容主要有以下几个方面：首先，简要介绍GPS系统和GPS的信号结构，通过分析GPS信号结构构建数字中频信号的仿真模型，并仿真生成GP

6、S中频信号。其次，分析GPS信号捕获的原理以及影响捕获的主要因素，同时，分析三种不同的接收机捕获策略，对比选择适当的捕获策略来进行基于软件方法的捕获微弱信号的研究；重点分析微弱信号捕获的性能指标，以及捕获微弱GPS信号的三种捕获算法t相干累积、非相干累积和差分相干累积，通过分析和仿真对比捕获算法的优缺点。最后，简单分析小波降噪的理论及步骤，重点将小波降噪应用到微弱信号的捕获算法当中，从理论上分析了差分相干累积后结果进行小波降噪而提高捕获信噪比的可行性，通过仿真实验证实该算法能够有效的提高捕获信噪比，从而降低误码

7、率。本文的结构安排如下：第一章，介绍了本课题开展的研究意义及国内外研究现状，并对本文的研究内容做出安排。·第二章，简要介绍了GPS的系统构成，重点分析了GPS信号的结构及扩频C／A码的相关性；研究了GPS信号的调制方式以及GPS中频信号的数学模型，构建中频信号的仿真模型并产生中频信号的仿真数据。第三章，介绍了GPS信号捕获的基本原理，信号捕获的目的在于找到GPS接收信号中所存在的卫星信号、C／A码的初始码相位以及载波多普勒频移，分析31绪论了捕获中最大电文长度和频率搜索步长对捕获所产生的影响；对比了串行搜索捕获

8、、并行频域捕获及基于循环相关的并行码相位捕获三种捕获策略；对软件接收机中常用的并行码相位捕获策略的基本原理进行分析并给出了具体的实现步骤。第四章，分析了微弱信号捕获中判定和影响捕获性能的因素：表征接收机捕获灵敏度的信噪比、影响捕获结果的判决门限值的设定、衡量捕获算法性能的检测概率和虚警概率。重点分析和对比三种微弱信号捕获算法：相干累积、非相干累积和简易差分相干累积。通过实验证实，延长累