GPS信号捕获与跟踪策略确定及实现
收稿日期: 1997211226第一作者 女 29岁 博士生 100083 北京
1)国家重点科技攻关(9621302205202)资助项目
GPS 信号捕获与跟踪策略确定及实现
1)
孙 礼 王银锋 何 川 张其善
(北京航空航天大学电子工程系)
摘 要 为了检测GPS(Global Positioning System)信号,设计了码环及载波环捕获与跟踪数字系统.序贯搜索与窄间隔超前2滞后型数字延迟锁相环的采用,保证了码相位的可靠捕获与精确跟踪,四相鉴频器、叉积自动频率跟踪算法及科思塔环载波相位跟踪算法的结合,既保证了载波频率(多普勒频移)的捕获速度,又使环路能有效地跟踪频率/相位变化,获得较好的动态性能与噪声性能.控制算法及参数确定的软化实现使系统具有较好的灵活性.基于扩频相关器与数字信号处理器的数字系统验证了上述方案的正确性及有效性.
关键词 接收机;捕获;跟踪;全球定位系统分类号 TN 12;TN 915
GPS 信号捕获与跟踪控制策略的确定与实现是GPS 接收机研制的核心.由于GPS 导航数据经过了直接序列扩频调制及载波调制,信号发射功率小,故必须首先对信号进行码相关解扩.由于接收机载体的动态性,多普勒频移不定,因此码捕获须在整个码相位及频域上以固定间隔进行二维搜索.信号解扩发生后,即采用/虚拟暂态0窄间隔超前2滞后型数字延迟锁相环对码相位进行精确跟踪.载波频率(多普勒频移)的粗略估计包含在GPS 码同步过程中,四相鉴频器进一步将多普勒频移牵引到载波跟踪的线性范围.载波跟踪主要采用科斯塔环相位跟踪与叉积自动频率相结合
的跟踪算法,二者随载体动态以软件方式进行切换,以保证载波跟踪环的噪声性能与动态性能.最后利用科斯塔环软件算法解调出导航电文.
1 GPS 信号捕获与跟踪数字系统
接收机中信号捕获与跟踪数字系统软硬件接口如图1所示.硬件主要包括解扩相关器,完成本地载波和C/A 码的产生与混频、信号处理等功能;软件由码环算法、载波环算法及数据解调算法等组成,完成捕获与跟踪闭合控制及数据解调等功能.
基于TM C/图1GPS 接收机中信号捕获与跟踪数字系统软硬件接口
载波辅助
S 320C31
的软件算法
解调数据
载波环算法
码环算法
GPS 扩频相关器
正交
同相
输入信号
A 码发生器
积分清除器
积分清除器
码数控振荡器
载波数控振荡器
积分清除器
积分清除器
1999年4月第25卷第2期北京航空航天大学学报
Jour nal of Beijing University of Aeronaut ics and Astronaut ics April 1999Vol.25 No 12
2码捕获与跟踪环路
C/A码捕获与跟踪环路的目的是使本地产生的复制C/A码与调制在卫星上的C/A码同步,以实现相关解扩与码相位精确跟踪.接收机产生的码相位和载波频率必须与接收到的卫星信号的码相位和载波频率相匹配,使得相关结果值(解扩)高于信号检测域值,完成码捕获,进而才能进行跟踪与解调.
2.1码捕获环路闭合控制策略
若接收机产生的码相位和载频与接收到的卫星信号的码相位和载波频率能匹配在误差允许的范围内且相关器内部采样速度足够快,可假定在第k次相关间隔上S(码相位延迟)、f d(多普勒频移)为常量(尽管未知),则I(同相)、Q(正交)通道积分2清除器在相关间隔末输出为[1,2]
I(k)U0.5AD(k)R[E(k)]#
sin c{[$f d(k)]#P T}cos sin c{[$f d(k)]#P T}sin 根据PRN码自相关函数特性,在PRN码的一个完整周期内,仅当E(k) 2.2码跟踪环路闭合控制策略 码跟踪由可编程预检积分器、码环鉴相器与环路滤波器组成的超前2滞后型非相干数字延迟锁相环(DDLL)完成.码环鉴相器输入为载波同相、正交支路的码相位超前、滞后的相关信号,相关间隔为d码片(相位超前与滞后支路的相位间隔),假定d=2D,环路控制量B(k)可由(3)式获得: B(k)=S2e c(k)-S2l c(k)= I2e(k)+Q2e(k)-I2l(k)-Q2l(k)= 0.25A2#sin c2{[$f d(k)]T#P}# {R2[E(k)-D]-R2[E(k)+D]}+^n1(k) (3)若不考虑噪声项^n1(k),当B(k)=0时,S2e(k) =S2l(k),则根据伪随机码相关特性,可推断E (k)=0,码相位达到精确同步;当B(k)X0时,码相位估计误差E(k)X0,/暂态0点相位偏移,控制算法应调整本地信号发生器使相位偏移减小.常规DDLL中环路通常包含超前、暂态、滞后3个支路,相关器以二倍码率运行,相关间隔为1码片.而本系统环路设计中采用了/虚拟暂态0(由软件实现),硬件开销节省了一个支路,而相关间隔由常规的1码片降低为0.5码片,有效地提高了C/ A码的跟踪精度.由于PRN码是调制在载波上的,并具有相同的基频,因此当载波同步发生时,多普勒频移可精确地估计获得,利用它进行一定的比例运算,可反馈辅助码环跟踪以削弱多普勒频移对码率的影响,使得环路参数的选择能尽量满足噪声性能的要求. 3载波捕获与跟踪环路 由于接收机载体的动态性,载波跟踪环设计必须考虑多普勒频移对载波频率的影响.对于一般接收机而言,载波捕获与跟踪常采用科斯塔环重构载波相位相干解调BPSK(二相相移键控)数据实现[3].相干系统对高斯噪声具有较好的性能,但对通信链路干扰的容忍能力较差,特别是受载体动态引入的多普勒频移影响较大.对于强机动环境的GPS接收机,为适应平台的动态性,科斯塔环必须具有相对宽的带宽,这意味着信噪比阈值性能即跟踪能力降低,此时相干解调不再适合.可取的方案是采用非相干解调,即环路自动跟踪频率而不是相位.对于相同动态,二阶频率锁定 135 第2期孙礼等:GPS信号捕获与跟踪策略确定及实现 跟踪环(FLL)比三阶相位锁定环(PLL)具有几dB信噪比域值的动态性能优势[4],但其跟踪精度低,二者存在一定的矛盾.本系统的载波环设计中采用了适用载体动态的载波跟踪策略,即采用四相鉴频牵引进一步捕获多普勒频率、初始跟踪采用动态能力强的FLL消除动态、稳态跟踪采用热噪声误差小的PLL提高载波相位的基本方案,使得跟踪环能够同时满足动态性能与跟踪精度的要求,而环路参数的可编程设置以及动态变化时2种跟踪策略的软切换方式保证了跟踪的灵活性与稳健性. 3.1科斯塔环载波相位跟踪 科斯塔环是PLL的一种,由于它对载波调制数据不敏感而在GPS接收机中得到了普遍应用.常用的科斯塔环鉴相器算法为 H k=Q(k)I(k)=0.125A2R2[E(k)]# sin c2{$f d(k)#P T}sin2 3.2叉积自动频率跟踪 频率跟踪实质上是载波相位差分跟踪.大多数情况下,频率跟踪鉴相器测量载波相位在固定时间间隔内的变化量.FLL通过载波DCO产生适当的频率以解调信号载波,因此对同相、正交信号相位的180b反转不敏感.在信号初始捕获时,实现频率锁定比实现相位锁定容易.常用的FLL 鉴频器算法有(考虑单位时间间隔)叉积自动频率跟踪算法(CDAFC)[5]: $f k=I(k-1)Q(k)-I(k)Q(k-1)= A2D(k)D(k-1)R2[E(k)]# sin c2($f d#P T)# sin( D(k)D(k-1)=1 $f d=$f d(k)-$f d(k-1) 连续采样相位变化为 $f d(k-1)]T=$f d T 当|$f d#P T|n P/2时, sin c2($f d#P T)y1 sin( 输出与单位时间间隔内相位变化成正比,可以用此输出量控制载波DCO调整频率产生,达到频率跟踪的目的.该算法要求在同一数据位内计算,在信噪比较低的条件下仍能取得较好的性能. 由式(5)可知,叉积鉴频器CD AFC信号输出幅度与R2[E(k)]及sin c2[$f d(k)P T]成正比,由于载波捕获与跟踪是在码相关发生后,码相位误差已校准在可容许的范围内,可忽略不计.而信号捕获过程多普勒频率搜索单元宽度为500Hz,这时残留的估计频率偏差仍然很大,将对鉴相器的输出信号产生衰减;另一方面,当频率估计残留偏差过大时,鉴频器可能超出其线性工作范围,使得鉴频器无法正常工作.因此,载波FLL必须采用2个过程,即首先采用四相鉴频器将频率从几百Hz牵引到几十或几H z,然后再利用CDAFC 作进一步的频率捕获与跟踪. 3.3四相鉴频器 四相鉴频器的主要目的是将频率进一步牵引到CDAFC的跟踪频带的线性范围内,其较正量通过比较2个连续时序同相、正交信号分量获得,计算同一时刻同相、正交分量绝对值之差为|I(k)|-|Q(k)|=A#R[E(k)]# |sin c($f d(k)P T)|#{|cos (6)由于载波跟踪时码相估计误差对准在1个码片范围内,R[E(k)]>0,|I(k)|-|Q(k)|的符号与G=|cos B=sgn[I(k)]#$Q |I(k)|\|Q(k)|(7) B=-sgn[Q(k)]#$I |I(k)|<|Q(k)|(8)其中 $I=I(k)-I(k-1) 136北京航空航天大学学报1999年 $Q =Q (k)-Q (k -1) 3.4 载波环监控与数据解调 载波跟踪环路锁定监控利用连续的相关器输出采样值点积进行判决,即 E (k)=I (k)I (k -1)+ Q(k)Q(k -1) (9) 当相关未发生、环路未锁定时,该项噪声趋于 零,一旦环路锁定,则E (k)突然增加,叉积 Q(k)I (k -1)-I (k)Q(k -1)y 0此时点积可用来估算信号功率.为避免数据位边沿跳变,通常采用多次采样数据平滑,以使边沿单次跳变对锁定监控的信号功率估算不产生影响. 对于PLL 相干解调,科斯塔环可直接解调卫星数据信息,而对于非相干FLL 解调,数据解调则由软件实现的载波相位误差校正获得,即对载波相位误差H k 旋转得 I c =I (k)#cos H k +Q (k)#sin H k Q c =Q (k)#cos H k -I (k)#sin H k (10)I c 即给出当前数据位表达. 4 结束语 本文对GPS 接收机中信号捕获与跟踪策略 进行了分析,设计了信号捕获与跟踪码环及载波环.基于GPS 射频前端、扩频相关器与TMS320C31处理器的GPS 接收机数字系统验证了上述方案的正确性.控制量的提取及算法的实现由软硬件共同完成,具有较好的灵活性与抗干扰能力. 参 考 文 献 1 朱近康.扩展频谱通信及其应用.合肥:中国科学技术大学出版社,1993.182~204 2 Zhuang W.Modeling and analysi s for the GPS pseudo 2range ob 2servable.IEEE Tran on AES,1995,31(2):739~751 3 Zhuang W,Tranquilla J.Performance analysis of GPS carrier phase observable.IEEE Tran on AES,1996,32(2):754~767 4 Jaffe C R.Software i mplem entation of a PN spread spectrum re 2ceiver to accommodate dynamics.IEEE Tran on Com,1977,25(8):832~839 5 Francis D N.AFC tracking algorithms.IEEE Tran on Com,1984,32(8):935~947 Control Strate gy a nd Implementation for Acquiring and Tracking GPS Signal Sun Li Wang Yinfeng H e Chuan Zhang Qishan (Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Dept.of Electronic Engineering) A bstract A control strategy of acquisition and tracking for code loop and carrier loop is designed to detect GPS signal.Sequential searching scheme and narrow space non 2coherent digital delay locked loop as 2sure reliable acquisition and precise tracking for code phase.Integrated algorithms of 42quadrant frequency,cross 2product automatic frequency control and Costa phase locked loop are adopted to speed up frequency ac 2quisition and effectively track carrier frequency/phase changing,and therefore obtain better dynamic and noise performance.The control algorithms and loop parameters determination are implemented by software with inflexibility.Digital system based on spread spectrum correlator and digital signal processor proved above scheme be correct and efficient. Key words receivers;acquisition;tracking;global positioning system 137 第2期 孙 礼等:GPS 信号捕获与跟踪策略确定及实现 收稿日期: 1997211226第一作者 女 29岁 博士生 100083 北京 1)国家重点科技攻关(9621302205202)资助项目 GPS 信号捕获与跟踪策略确定及实现 1) 孙 礼 王银锋 何 川 张其善 (北京航空航天大学电子工程系) 摘 要 为了检测GPS(Global Positioning System)信号,设计了码环及载波环捕获与跟踪数字系统.序贯搜索与窄间隔超前2滞后型数字延迟锁相环的采用,保证了码相位的可靠捕获与精确跟踪,四相鉴频器、叉积自动频率跟踪算法及科思塔环载波相位跟踪算法的结合,既保证了载波频率(多普勒频移)的捕获速度,又使环路能有效地跟踪频率/相位变化,获得较好的动态性能与噪声性能.控制算法及参数确定的软化实现使系统具有较好的灵活性.基于扩频相关器与数字信号处理器的数字系统验证了上述方案的正确性及有效性. 关键词 接收机;捕获;跟踪;全球定位系统分类号 TN 12;TN 915 GPS 信号捕获与跟踪控制策略的确定与实现是GPS 接收机研制的核心.由于GPS 导航数据经过了直接序列扩频调制及载波调制,信号发射功率小,故必须首先对信号进行码相关解扩.由于接收机载体的动态性,多普勒频移不定,因此码捕获须在整个码相位及频域上以固定间隔进行二维搜索.信号解扩发生后,即采用/虚拟暂态0窄间隔超前2滞后型数字延迟锁相环对码相位进行精确跟踪.载波频率(多普勒频移)的粗略估计包含在GPS 码同步过程中,四相鉴频器进一步将多普勒频移牵引到载波跟踪的线性范围.载波跟踪主要采用科斯塔环相位跟踪与叉积自动频率相结合 的跟踪算法,二者随载体动态以软件方式进行切换,以保证载波跟踪环的噪声性能与动态性能.最后利用科斯塔环软件算法解调出导航电文. 1 GPS 信号捕获与跟踪数字系统 接收机中信号捕获与跟踪数字系统软硬件接口如图1所示.硬件主要包括解扩相关器,完成本地载波和C/A 码的产生与混频、信号处理等功能;软件由码环算法、载波环算法及数据解调算法等组成,完成捕获与跟踪闭合控制及数据解调等功能. 基于TM C/图1GPS 接收机中信号捕获与跟踪数字系统软硬件接口 载波辅助 S 320C31 的软件算法 解调数据 载波环算法 码环算法 GPS 扩频相关器 正交 同相 输入信号 A 码发生器 积分清除器 积分清除器 码数控振荡器 载波数控振荡器 积分清除器 积分清除器 1999年4月第25卷第2期北京航空航天大学学报 Jour nal of Beijing University of Aeronaut ics and Astronaut ics April 1999Vol.25 No 12 北斗卫星导航信号串行捕获算法MATLAB仿真报告 一、原理 卫星导航信号的串行捕获算法如图1所示。 图1 卫星导航信号的串行捕获算法 接收机始终在本地不停地产生对应某特定卫星的本地伪码，并且接收机知道产生的伪码的相位，这个伪码按一定速率抽样后与接收的GPS中频信号相乘，然后再与同样知晓频率的本地产生的载波相乘。GPS中频信号由接收机的射频前端将接收到的高频信号下边频得到。实际产生对应相位相互正交的两个本地载波，分别称为同相载波和正交载波，信号与本地载波相乘后的信号分别成为，产生同相I支路信号和正交的Q 支路信号。 两支路信号分别经过一个码周期时间的积分后，平方相加。分成两路是因为C/A码调制和P码支路正交的支路上，假设是I支路。当然由于信号传输过程中引入了相位差，解调时的I支路不一定是调制时的I支路，Q支路也一样，二者不一定一一对应，因此为了确定是否检测到接收信号，需要同时对两支路信号进行研究。相关后的积分是为了获取所有相关数据长度的值的相加结果，平方则是为了获得信号的功率。最后将两个支路的功率相加，只有当本地伪码和本地载波的频率相位都与中频信号相同时，最后得到的功率才很大，否则结果近似为零。 根据这个结论考虑到噪声的干扰，在实际设计时应该设定一个判定门限，当两路信号功率和大于设定的门限时则判定为捕获成功，转入跟踪过程，否则继续扫描其它的频率或相位。 二、MATLAB仿真过程及结果 仿真条件设置：抽样频率16MHz，中频5MHz，采样时间1ms， 频率搜索步进1khz，相位搜索步进1chip，信号功率-200dBW，载 噪比55dB （1）中频信号产生 卫星导航信号采用数字nco的方式产生，如图2所示。 载波nco控制字为：carrier_nco_word=round(f_carrier*2^N/fs); 伪码nco控制字为：code_nco_word=round(f_code*2^N/fs); 图 2 其中载波rom存储的是正弦信号的2^12个采样点，伪码rom存储长度为2046的卫星伪码。这样伪码采用2psk的方式调制到射频，加性噪声很小是理想接收中频信号如图3所示。 北斗卫星导航信号串行捕获算法MATLAB仿真报告(附MATLAB 程序) 北斗卫星导航信号串行捕获算法MATLAB仿真报告 一、原理 卫星导航信号的串行捕获算法如图1所示。 × × ∑∫( )2 本地PRN发生器 ∫( )2 本地载波发 生器 GPS中频信号 × 判决检 波 器 ≥VT？ Yes 转跟 踪 NO 继续搜索 图1 卫星导航信号的串行捕获算法 接收机始终在本地不停地产生对应某特定卫星的本地伪码，并且接收机知道产生的伪码的相位，这个伪码按一定速率抽样后与接收的GPS中频信号相乘，然后再与同样知晓频率的本地产生的载波相乘。GPS中频信号由接收机的射频前端将接收到的高频信号下边频得到。实际产生对应相位相互正交的两个本地载波，分别称为同相载波和正交载波，信号与本地载波相乘后的信号分别成为，产生同相I支路信号和正交的Q 支路信号。 两支路信号分别经过一个码周期时间的积分后，平方相加。分成两路是因为C/A码调制和P码支路正交的支路上，假设是I支路。当然由于信号传输过程中引入了相位差，解调时的I支路不一定是调制时的I支路，Q支路也一样，二者不一定一一对应，因此为了确定是否检测到接收信号，需要同时对两支路信号进行研究。相关后的积分是为了获取所有相关数据长度的值的相加结果，平方则是为了获得信号的功率。最后将两个支路的功率相加，只有当本地伪码和本地载波的频率相位都与中频信号相同时，最后得到的功率才很大，否则结果近似为零。根据这个结论考虑到噪声的干扰，在实际设计时应该设定一个判定门限，当两路信号功率和大于设定的门限时则判定为捕获成功，转入跟踪过程， 否则继续扫描其它的频率或相位。 二、 MATLAB 仿真过程及结果 仿真条件设置：抽样频率16MHz ，中频5MHz ，采样时间1ms ，频率搜索步进1khz ，相位搜索步进1chip ，信号功率-200dBW ，载噪比55dB （1） 中频信号产生 卫星导航信号采用数字nco 的方式产生，如图2所示。 载波nco 控制字为：carrier_nco_word=round(f_carrier*2^N/fs); 伪码nco 控制字为：code_nco_word=round(f_code*2^N/fs); 32位Adder 12位载波rom 模2046计数器 伪码rom 32位Adder Divide by 2^20 溢出时输出 脉冲 carrier_nco_word code_nco_word fsample × × ＋ 幅度 加性噪声 图 2 其中载波rom 存储的是正弦信号的2^12个采样点，伪码rom 存储长度为2046的卫星伪码。这样伪码采用2psk 的方式调制到射频，加性噪声很小是理想接收中频信号如图3所示。 二、GPS 信号的捕获 2.1 GPS 信号模型 GPS 的射频信号L1频段是1575.42MHz, 对其进行下变频到中频后，以s f 为采样率得到的采样信号可以表示如下： ()()()()(){} ()2,0,01,,,,cos 2sat N k sat sat k sat dsat sat k sat dsat nk sat IF dsat k sat k k sat r t A d t f C t f f f t t n t ττθθππα== +++++∑ 其粗略的中频信号模型可以如下表示： ()()()[] t T t C T t D P S dopp IF d d r ??+--=cos 2 2.2 GPS 信号的捕获 2.2.1信号捕获原理 信号捕获的目的是使本地产生的复制C/A 码与接收到的调制在载波上的C/A 码同步，以实现相关解扩与码相位精确跟踪。GPS 天线所接收到的 GPS 信号淹没在热噪声中，不易于捕获和跟踪。GPS 信号的捕获利用 C/A 码的强自相关特性，在对应不同码相位偏移、不同多普勒偏移的相关值中找出相关峰值，从而确定卫星信号的存在及其码相位偏移和载波频率(包括载波多普勒频移)的信息。当接收机产生的码相位和载波频率必须与接收到的码相位和载波频率相匹配，使得相关值高于信号检测阈值，完成伪码捕获和载波频率捕获，进而对信号进行跟踪。 根据导航卫星信号的特点，其信号的捕获常采用二维的搜索方 式。在二维搜索法中，信号的捕获基于时域(伪码相位)和频域(多普勒频移)的二维空间进行（见图1）。 图1 GPS信号捕获中的二维搜索 2.2.2信号搜索方法 2.2.2.1步进相关法 本地码生成器以C/A码标称频率(6 Hz)产生C/A码与接收 1.02310 到的采样信号相关累加，一个积分周期（通常1个码周期）后，相关峰与检测门限比较，如果相关峰大于门限，则认为捕获成功，得到对应的码相位估计；如果相关峰小于门限，码发生器自动将本地码码相位向前或向后跳动1/2或1/4个码片，然后继续相关累加检测，最多在2L或4L个伪码周期后找到与本地伪码同步的输入伪码的相位状态（L即为一个码周期内码片的数目），以实现伪码的捕获。下面对步进相关法进行简单介绍，其原理图见图2。 阵列信号处理中的DOA（窄带） 空域滤波 波束形成：主要研究信号发射/接收过程中的信号增强。 空间谱估计 空域参数估计：从而对目标进行定位/给空域滤波提供空域参数。 测向波达方向估计(DOA) 空间谱：输出功率P关于波达角θ的函数，P(θ). 延迟——相加法/经典波束形成器注，延迟相加法和CBF法本质相同，仅仅是CBF法的最优权向量是归一化了的。 1、传统法常规波束形成CBF/Bartlett波束形成器 常规波束形成（CBF：Conventional Beam Former） Capon最小方差法/Capon 波束形成器/MVDR波束形成器 最小方差无畸变响应（MVDR：minimum variance distortionless response）Root-MUSIC算法 多重信号分类法解相干的MUSIC算法（MUSIC） 基于波束空间的MUSIC算法 2、[object Object] TAM 旋转不变子空间法 LS-ESPRIT （ESPRIT） TLS-ESPRIT 确定性最大似然法（DML：deterministic ML） 3、最大似然法 随机性最大似然法（SML：stochastic ML） 4、综合法：特性恢复与子空间法相结合的综合法，首先利用特征恢复方案区分多个信号，估计空间特征，进而采用子空间法确定波达方向 最大似然估计法是最优的方法，即便是在信噪比很低的环境下仍然具有良好的性能，但是通常计算量很大。同子空间方法不同的是，最大似然法在原信号为相关信号的情况下也能保持良好的性能。 阵列流形矩阵（导向矢量矩阵）只要确定了阵列各阵元之间的延迟τ，就可以很容易地得出一个特定阵列天线的阵列流形矩阵A。 传统的波达方向估计方法是基于波束形成和零波导引概念的，并没有利用接收信号向量的模型（或信号和噪声的统计特性）。知道阵列流形 A 以后，可以对阵列进行电子导引，利用电子导引可以把波束调整到任意方向上，从而寻找输出功率的峰值。 ①常规波束形成(CBF)法 CBF法，也称延迟—相加法/经典波束形成器法/傅里叶法/Bartlett波束形成法,是最简单的DOA 估计方法之一。这种算法是使波束形成器的输出功率相对于某个信号为最大。 （参考自：阵列信号处理中DOA估计及DBF技术研究_赵娜）注意：理解信号模型 https://www.360docs.net/doc/089415906.html, GNSS软件接收机的结构和信号捕获跟踪算法 汪伟1，郭际明1 (武汉大学测绘学院，武汉市珞瑜路129号，430079) Email: wangwei_sgg@https://www.360docs.net/doc/089415906.html, , jmguo@https://www.360docs.net/doc/089415906.html, 摘要：GNSS软件接收机具有模块化、可编程性、灵活性和强适应性的特点，是兼容将来多导航系统的发展需要。通过对GNSS软件接收机的研究，可以找到改正和消除多路径的数学模型和抗干扰的 方法，提高接收机的环境适应能力。本文对GNSS软件接收机结构和捕获、跟踪环路算法等做了较详 细的说明和讨论。 关键词：GNSS；软件接收机；信号跟踪；信号捕获； 0 引言 自从1992年5月，在美国电信系统会议上，来自Mitre公司的Joe Mitola首先提出了“Software Radios” 概念[1]以来，软件接收机就被受到广泛的关注。1995年5月，IEEE Communication Magazine 专题讨论了 Software Radios 的详细架构和关键技术[2]。由于软件接收机的开放性、全面可编程性、和灵活性的特点，在不需要更改硬件的前提下，通过对软件模块的调整和升级就可以满足不同用户的需要，因此，在整合的GNSS各种导航数据接收中，有很深远的意义。本文讨论说明了GNSS软件接收机的系统结构和信号的捕获、跟踪算法。 1 GNSS软件接收机发展背景和特点及系统构成 在过去的10年中，有很多国外学者研究了GNSS软件接收机，并取得了长足的进步。1997年8月，Ohio大学的Dennis M. Akos在他的博士论文中讨论了GNSS软件接收机前端模拟信号的接收和模数转化（Front-End）的两种设计方案[3]，并且事后处理并验正了卫星信号捕获的FFT算法的可行性和跟踪环路的稳定性。而后，James.B.Y.T写了一本书，介绍了GPS 软件接收机的系统结构和信号捕获以及跟踪的算法细节[4]，并且提出了一种新的信号跟踪方法——BASS(Block Adjustment of Synchronizing Signal)[5]。美国Cornell大学的很多学者也都相继发表了有关实时多通道GPS软件接收机的相关文章，并实现了软件接收机的功能[6][7][8]。 GNSS软件接收机的特点表现在：随着GPS系统、GLONASS系统和Galileo系统的不断发展和完善，如果不对硬件进行升级，现有的GPS接收机很难做到多种信号的兼容接收。跟这点相比，GNSS软件接收机有很大的优势，只要其RF前端能接收到多种波段的卫星信号，只对软件相应模块做修改，就可以实现多种测距信号的捕获和跟踪，从而节约成本；另外，用软件算法代替硬件实现，从而避免了由于电子器件发热等因素引起的信号捕获、跟踪环节中的噪声污染，同时，还可以分析原始信号数据，为有效抑制多路径的影响和电子干扰找到有效的解决方法[9]。 传统的GNSS接收机（以GPS接收机为例），其主要的捕获和跟踪运算由专门ASIC （Application Specific Integrated Circuit）实现，一旦设计定型，就很难更改。其由接收卫星GPS信号捕获与跟踪策略确定及实现
北斗卫星导航信号串行捕获算法MATLAB仿真报告材料(附MATLAB程序)
北斗卫星导航信号串行捕获算法MATLAB仿真报告(附MATLAB程序)
GPS信号捕获原理
阵列信号处理中DOA算法分类总结(大全)
GNSS软件接收机的结构和信号捕获跟踪算法