微弱gps信号捕获算法研究

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1、第一章引言信号捕获算法研究还很不成熟的背景下，还有需要大量的工作实现算法的优化，使得高灵敏度GPS软件接收机技术有长足的进步，以满足室内等弱信号环境，满足一定精度的条件下，实现定位和导航要求。1．2项目研究方向普通的导航接收机实现定位功能主要都是在室外环境下完成的。室外环境下，一般认为有卫星信号能直接到达接收机，因而信号功率强度认为是．160dBw，在这样的信号强度下，接收机能较容易完成对导航信号的捕获，跟踪定位计算等任务。而在一些信号很难直接到达的困难环境下，要实现用户接收机的定位则较为复杂，这些环境包括，城市街

2、道，室内，森林地面等。从卫星来的信号会受到墙体，树叶，以及其他一些人文建筑和自然建筑的阻挡。在这类环境下，由于幅度衰减，以及由反射，折射，散射造成的多径效应使得，到达导航接收的信号强度进一步的降低。卫图1-1GPS信号的主波瓣13．90号的主波瓣电子科技大学硕士学位论文GPS卫星发射的Ll载波，以2l。320上的主瓣波束囱地面照射信号吼如圈1．1所示。Ll载波上信号从卫星宜接到达用户接收机时，信号正常功率仅为．160dBw左右。焉现有的一般商业GPS接收机，例如，IS。GPS-200豹GPSCA码Ll信号到达爝户机

3、的麓量不低手，158。5dBW，为了李}偿1．5dB的功率鬻，一般接收机通过相关运算以增加信号的信噪比。而室内信号还会随着阻碍物质地的不同产生不同程度的进一步的衰减【l】12]：例如，夹板墙对信号造成2．3dB的衰减，恧水泥滢凝土结构的墙会使衰减增加10倍以上。戳本屋为例，遥常是对痿号造成lO国。的衰减，褥往宅的砖结构墙体，灵lj会带来20~25dB的衰减。焉在森林里，对信号的衰减可能随着季节的变化对信号造成不同程度的衰减。所以，根据以上所提到的情况，在室内等弱信号环境下，要求GPS用户接收机能够捕获并跟踪到麓量在

4、麸．160dBW到．190dBW的信号。本文的主要工作就是研究戳软件接收枫的为平台，通过算法提高接收机的灵敏度，以实现对微弱GPS信号的捕获，具体章节安排如下：1．3本文结构安排第二章分绍了GPS信号的结构，信号的生成原理：并且考虑到GPS软件接收机处理的是扶天线前端输出的，经采样以后的GPS信号，所以还讨论了对信号采样时间和采样频率的考虑；最后针对以上的考虑，对GPS信号进褥了仿真。第三章主要介绍了软件接收机的基本结构和优势，并且介绍了相应的几种搜索策略。第四章主要研究了在GPS软件接收枫平台上，进行信号捕获需要

5、考虑的重要因素，戮及在几种常用的焉又翡鬻耋要和基硝GPS信号捕获算法。第五章分辑了接收机带宽对接收GPS信号信噪魄的影响，对提赢GPS接收机灵敏度的限制因素，相关和非相关的累积的增益，以及在假设噪声为离斯白噪声的情况下，对GPS信号检测是，如何确定褶应的检测门限。第六章研究了对徽弱GPS信号透过两种块算法进行捕获，并比较分辑了两种算法的捕获性麓。第七章研究了如何将频谱相关检测方法应用于对GPS信号的检测。最后，在第八章中对本论文所俸的研究进行了总结并对徽弱GPS信号捕获进行展望。4第二章GPS信号仿真由于本次课题的

6、信号处理平台处理的主要对象是GPS卫星信号，所以有必要对GPS卫星信号徽～系统食绍，以便于大家了解接收信号的特点。2．1GPS信号结构2．1．1GPS信号的载波GPS卫星发射的两个载波频率[31，分别被称作Ll和L2。之所以要选择两个频段，嚣为不同频段的电磁信号通过电离层的时延不同，通过臻溅两个不同频段的信号可以有效修证电离层的延迟误差，得到更精确的伪距测量值。目前BlockII卫星上的振荡器提供的基准频率．氕为10．23MHz。L1频段和L2频段上的载波频率均为二豹整数倍。魇五；代表Ll的载波频率，五：代表L2的

7、载波频率，Ll频段载频，L2频段载频，与振荡器基准频率。磊之间的关系，如下表示：籍152眠0fo篓1227三6—0MHzr(2．-)五：==．、72．1．2GPS信号的PRN码上述的L1，L2频带的载波是用于调制测距码(外加导航电文)的。丽测距码是用于测量接收机到用户的距离。因为测距码具有随机噪声的特性，德它又是周期性的，可预测的和可重复产生的，故称它为PRN(Pseudo．RandomNoise，伪随机噪声)码。豢篱的GPS信号采用两种不褥的PRN码：～种称为C／A(coarse／acquisition，粗，捕获

8、)码，另～种称为P(precision，精密)码【8l。当美国国防部，启用选择性可用政策，对P码进行加密，构成所谓的Y码。而Y码与P码有相同的码片速率，因此常将精密码记为P／Y码。C／A码信号主要用于民鹰领域，而P／Y码信号主要用于军用领域。5电子科技大学硕士学位论文C／A码码片速率为fo／10然1．023Mcps，一个黉期包含1023个码片(chip)，敌