GPS接收机信号捕获及常用算法.pdf

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1、l学术探讨算莹研究⋯～一～——⋯一一一一一⋯一⋯一⋯--——～～一⋯⋯⋯——一⋯一一～—1_-磊———一GPS接收机信号捕获及常用算法赵金鹏杨海龙(成都理工大学信息科学与技术学院，四川成都610059)[摘要]信号捕获是GPS接收机内信号处理的第一步，只有完成了信号捕获，才有可能开始信号跟踪、观测量提取和定位导航等后续的处理过程。GPS接收机花在信号捕获上的时间是所有TTFF耗时中最冗长的一部分，所以提高信号捕获的速度对于缩短TTFF意义重大。[关键词]捕获；GPS；FFT1．引言全球定位系统是基于卫星的全球导航系统，GPS接收辅

2、^机利用卫星信号到达时间来确定用户的位置、速度和时间信息。其原理是测量信号从卫星发射到用户接收所经历的时间，在进行位置测量之前，接收机必须完成至少4颗卫星信号的捕获和跟踪，捕获是其中重要的环节。近年来随着导航技术的深入发展和广泛应用，用户对其要求也越来越高。无论在高楼林立的城市峡谷，还是树木遮挡的森林公路，甚至室内等接收信号十分微弱的环境图1硬件相关器的基本结构下，实现迅速定位成为商用接收机的一个显著性能指标。本文列出了常用的信号捕获算法及原理，以帮助减少捕获下面用数学公式来说明信号捕获的处理过程：所用时间，以改变GPS接收机的性

3、能。输入信号为RF输出的中频采样，数学表达式为：2．信号捕获原理St)=~／2PgC(t-"r)D(t-"r)cos[oJ~t+cb(t)]+n(t)式中，Ps是信号功率；C(t)是C／A码，其值为±1汀表2．1基于硬件相关器的信号捕获示在传输过程中带来的时间延迟；D(D是导航电文比特，如硬件相关器包括本地载波发生器、本地伪码发生器、I前所述其比特率为50bps；‘I)是中频载波频率，其值有IF路和Q路乘法器、积分器以及相应的控制电路(如图1所电路和多普勒频移决定；巾(t)是初始载波相位；n(t)是白噪示)。进来的信号是RF射频前

4、端输出的经ADC采样的中声，其功率谱密度被认为是常量，用N42来表示。频数字信号，首先和本地载波的sin()和cos()分量相乘，得混合器输出的信号分量为：到I和Q分量，然后再分别和本地伪码在某个伪码相位处^A作相关运算，最后由积分器给出积分结果，积分器的时间I(t)=V一P一。C(t-T)cos[(t)一△03t一4)o]为1ms的整数倍，也就是整数倍的C／A码周期。控制电路——A^Q(t)=、／PC(t--r)D(t-．r)sin[+(t)-△【0t一0]控制本地载波的频率，在某一个固定载波频率处，滑动本噪声分量单独列出如下：

5、地伪码的相位，相位滑动的范围为1-1023个码片。对于每A．——一个载波频率和伪码相位，I和Q相关器给出相关结果。如nt(t)=n(t)×V2cos[~(t)】A果在当前载波频率值，完成所有1023个码片的相关运算还nQ(t)=n(t)xV．—2—sin[+(t)】没有得到超出闽值的尖峰，就改变当前载波频率，然后再从硬件相关器的结构可以看出，对于一个载波频率和重复所有1023个伪码相位的搜索。这里描述的步骤就是针伪码相位的结合，完成一次积分的时间是固定的，具体是由对某一个PRN码的而为搜索。当完成当前所有可能的载波积分时间决定，一

6、般为C／A码周期即1ms的整数倍。所以频率和伪码相位依然没有满足要求的相关尖峰出现时，则完成全部的频率和相位组合搜索的时间也是固定的，这就说明当前接收的信号不包含该PRN伪码，于是控制逻辑就限制了速度，唯一能提高搜索速度的方案就是增加相关器要考虑改变当前的PRN码。的数目。2．2基于FFT算法的信号捕获由信号和系统的理论可知，时域的卷积对应于频域的相乘，频域的卷积对应于时域的相乘，所以计算x(t)和y(t)作者简介：赵金鹏，男，内蒙古巴彦淖尔人，硕士研究生。研究方向：计算机软件与理论。一36—l篡藩研究学术探讨j1一=．：一=：．

7、：：：=：：：：：=：：：=：：：．：：：：==：=一：：：：￡：：2012率第6朗}的卷积可以先计算x(t)和y(t)的傅里叶变换x(0和Y(D，然相关器的信号捕获相比的优势在哪里。对常规的相关运算后在对其频域内的乘积x(DY(D进行傅里叶逆变换，从而来说，假设一个Ts时间内有N个采样点，本地伪码的采样得到时域的卷积，这样做的目的是可以利用快速傅里叶算信号每滑动一个采样周期就要计算一次相关结果，需要进法减少运算量。为了计算本地信号和输入信号的相关，可以行N次相乘和N．1此相加，一般将一个相乘和一个相加称先计算它们的傅里叶变换，然

8、后对输入信号的傅里叶变换作一个FLOPS，考虑到每一个伪码相位就需要计算一次相取共轭，结果和本地信号的傅里叶变换相乘，最后将乘积进关值，于是要计算所有的N个伪码相位，总共需要N2个行傅里叶逆变换，就得到了相关结果。据此我们可以得出基FLOPS；而对