GPS接收机捕获算法的研究

【摘要】信号捕获是全球定位系统（global positioning syetem，GPS）接收机的关键技术，本文对GPS中的串行、匹配滤波和并行伪码相位三种捕获算法进行了理论分析，同时针对捕获算法的捕获时间、捕获运算量、占用资源以及捕获结果进行了对比分析和仿真验证。仿真分析表明：三种捕获算法均能有效捕获GPS信号，它们各有优缺点但并行伪码相位捕获方案更适合大规模推广，使用价值高。

【关键词】全球定位系统（GPS）；捕获算法；串行捕获；匹配滤波；并行伪码相位

1.前言

GPS接收机内的信号捕获可认为是一个二维（即伪随机码PRN载波频率和伪随机码相位）的搜索，为了估算某个卫星信号的载波频率和码相位这2个参数值。信号捕获主要方法是对伪随机码进行相关操作，这种相关操作有两种实现方式，第一种是串行搜索，即通过数字相关器对码相位和多普勒频移在时域内实现；第二种是并行搜索，即通过FFT数字信号处理技术在频域内间接来实最快加到几月现。常用的捕获方案有串行捕获方案、匹配滤波器方案、C/A码循环相关方案。本文对以上三种捕获方案分别进行理论分析，同时对比了3种方案的捕获性能，得到了一些具有一定参考价值的结论。

2.捕获的基本原理

捕获的首要目的是确定对接收机当前位置的可见卫星，进而计算可见卫星的频率和C/A码相位信息。捕获的实质是进行二维搜索，码相位通常以1/2码片的增量进行搜索，每个码相位搜索增量对应一个码的分格；同理多普勒频移通常以500Hz的增量进行搜索，每个多普勒频移的增量对应一个多普勒频率分格。捕获系统通常以一定的搜索策略沿着一个方向对整个搜索空间进行搜索，当输入信号和本地复制信号同步时，捕获系统就能得到一个相关峰，如果相关峰超过信号捕获门限值，那么就能判断卫星信号存在，即可求得所捕获卫星的多普勒频移和码相位的初步估值。

3.捕获方案

3.1 串行捕获方案

串行捕获算法是最为通用的一种捕获算法。捕获算法基于本地生成的C/A 码及载波频率信号同卫星信号相乘，不同的C/A码相对应不同的卫星编号，本地码序列有确定的码相位，对应码片1到1023码片，采样数据码相位同本地码序列相乘；本地载波发生器产生正交l/Q两路载波信号，两路载波信号同以上信号再次进行乘积运算，再进行累计运算，然后对两路累计值进行平方和运算，最

室内定位常用算法概述

室内定位常用算法概述一.室内定位目的和意义随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，比较完善的定位技术目前还无法很好地利用。因此，专家学者提出了许多室内定位技术解决方案，如A-GPS定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、无线局域网络、光跟踪定位技术，以及图像分析、信标定位、计算机视觉定位技术等等。这些室内定位技术从总体上可归纳为几类，即GNSS 技术(如伪卫星等)，无线定位技术(无线通信信号、射频无线标签、超声波、光跟踪、无线传感器定位技术等)，其它定位技术(计算机视觉、航位推算等)，以及GNSS和无线定位组合的定位技术(A-GPS或A-GNSS)。由于在室内环境下对于不同的建筑物而言，室内布置，材料结构，建筑物尺度的不同导致了信号的路径损耗很大，与此同时，建筑物的内在结构会引起信号的反射，绕射，折射和散射，形成多径现象，使得接收信号的幅度，相位和到达时间发生变化，造成信号的损失，定位的难度大。虽然室内定位是定位技术的一种，和室外的无线定位技术相比有一定的共性，但是室内环境的复杂性和对定位精度和安全性的特殊要求，使得室内无线定位技术有着不同于普通定位系统的鲜明特点，而且这些特点是户外定位技术所不具备的。因此，两者区域的标识和划分标准是不同的。基于室内定位的诸多特点，室内定位技术和定位算法已成为各国科技工作者研究的热点。如何提高定位精度仍将是今后研究的重点。二. 室内定位技术的国内外发展趋势室内GPS定位技术 GPS是目前应用最为广泛的定位技术。当GPS接收机在室内工作时，由于信号受建筑物的影响而大大衰减，定位精度也很低，要想达到室外一样直接从卫星广播中提取导航数据和时

无线传感网大空间定位测量算法及精度评估

第37卷?第4期?2015-04(上)? 【71】无线传感网大空间定位测量算法及精度评估 Positioning measurement algorithm and accuracy evaluation for wireless sensor networks in large field working space 刘文文，王俊岭，杨瑛 LIU Wen-wen, WANG Jun-ling, YANG Ying （合肥工业大学，合肥 230009）摘要：无线传感网结构参数对移动节点定位精度有重要影响。面对基于无线传感网大空间定位测量过程中的共性问题：测量距离约束和信号覆盖范围约束，提出了一种选择性大空间定位算法。面对移动节点特定的定位空间要求以及定位精度要求，采用蒙特卡罗方法研究了测距误差、信标网络参数配置对移动节点定位精度以及可定位空间的作用关系，提出的仿真算法模式对于设计评估满足一定精度要求的无线传感网络可定位空间探索具有一定的指导意义。关键词：无线传感网络；大空间定位算法；精度评估中图分类号：TP702 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2015)04(上)-0071-04Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2015.04(上).22 收稿日期：2014-07-10 基金项目：国家自然科学基金资助：基于无线传感网络引导的高精度超大空间坐标测量网络构建关键技术（51275149）作者简介：刘文文（1961 -），女，副教授，博士，主要从事仪器设计、光学检测系统设计、现代控制理论和测控软件开发领域的研发工作。 0 引言无线传感网络的很多应用都涉及距离位置信息，基于无线传感网络的大空间定位技术也因此成为这一研究热点的关键基础技术。无线传感网络定位技术有基于非测距定位技术和基于测距定位技术，基于测距的定位技术分为基于信号接收强度指示值测量（RSSI ）方法、基于到达时间测量（TOA ）方法以及基于时间差测量（TDOA ）等方法等。本文对基于时间差的测量方法（TDOA ）进行分析研究和仿真，面对距离测量精度和范围的限制，寻找高精度的定位算法，面向无线传感网络结构参数通过仿真评估大空间定位精度。研究对设计满足一定定位精度的无线传感网络具有指导意义。 1 原理分析及算法基于距离测量的大空间定位方法通过测量移动节点到信标节点的距离实现移动节点的空间定位，高精度定位的关键点在于高精度的距离测量方法及高精度的定位算法。假设在移动节点P(x,y,z)周围有n 个位置已知的信标节点G 1(x 1,y 1,z 1),G 2(x 2,y 2,z 2),…, G n (x n ,y n ,z n )参与测量，如图1所示，它们与移动节点的距离的测量值为D 1,D 2,…,D n ，而理论距离为： 1,2,,j d j n == (1) 以测量距离与其理论值的残余误差平方和最小为原则定位移动节点P(x,y,z)，则测量模型为： ∑=?n j j j d D Min 12 )( (2) 这是一个无约束非线性优化问题，理论上可以用非线性无约束优化方法求解[1]。在此，笔者提出一种线性迭代算法求解该非线性优化问题。 G2 G4 D2 ????3 ????* D1 D1 G1 D4 D3 G3 图1 移动节点与信标节点

ArcInfo下卫星遥感火点空间定位算法研究_殷剑敏

第27卷第5期南京气象学院学报V o l.27N o.5 2004年10月Jou rnal of N an jing In stitu te of M eteo ro logy O ct.2004 文章编号:100022022(2004)0520688207 Arc I nfo下卫星遥感火点空间定位算法研究殷剑敏 (江西省气象科学研究所,江西南昌　330046) 摘　要:应用A rc Info地理信息系统和M apO b jects组件空间分析技术、数据库技术, 对森林火点卫星遥感信息的地理定位技术进行了研究,结合1:250000地理信息数据,研制了快速获取火点周围地理信息的技术流程及计算方法,开发了业务化系统, 实现了自动化操作。尤其在多火点的情况下更能显示出其优越性,相同情况下,比手工地理定位提高了定位精度,工作效率提高了10倍以上。投入业务运行以来,在森林防火工作中发挥了重要作用,为火点监测赢得了时间,取得了明显的社会效益。关键词:A rc Info;空间定位;算法;卫星遥感;森林火点中图分类号:S429 文献标识码:A 森林是地球生态系统的重要组成部分,近年来,由于气候变暖等原因,森林火灾发生频率趋于增加。森林火灾不仅造成巨大的经济损失,而且还会导致生态和灾害链后果,因此,对林火行为的研究,具有重要的理论意义及生产实用价值。国内外早期对火险天气等级的气象预报做了大量的研究,取得了许多可投入业务使用的研究成果[127]。近年来,许多学者开始应用地理信息系统(Geograp h ic Info r m ati on System,简称G IS)等高新技术,对森林火场的蔓延、火场周边气象条件的变化及灾后损失评估作了大量数值模拟研究[8]。利用遥感技术监测森林火灾,国外始于20世纪60年代初期的航空红外探测,而在国内,从80年代末开始广泛运用时间、空间分辨率相对较高的极轨气象卫星对森林火灾进行了实时动态监测。卫星遥感具有范围大、视野广、迅速、准确等特点,并能提供火点的经纬度、火灾面积、火点性质(燃烧区、过火区、亚像元等)等火场信息,目前气象部门已广泛应用极轨气象卫星监测森林火点,并开发出相应的森林火点卫星遥感处理软件[9210]。但仅依靠卫星遥感技术监测森林火点,长期以来一直存在火点的地面定位问题,因为它只能自动判读森林火点的经纬度,还要人工在地图上查找具体位置后才能对外提供服务。这种方式存在以下缺点:人工查找地图速度慢,尤其是查找大比例尺的高精度地图则更不方便;人工查图误差大,容易出错;信息量少,满足不了当前防火服务需求;信息没有数字化,不能迅速利用现代通信手段对外发布。地理信息系统具有强大的空间信息管理和分析计算功能,有关部门已经将它应用于110 收稿日期:2003209202;改回日期:2003212230 基金项目:江西省科技厅“江西省森林火险监测预警系统研究”项目;江西省气象局“森林火点卫星遥感地理定位研究” 项目作者简介:殷剑敏(19622),男,江苏常州人,高级工程师,博士生,研究方向:地理信息系统在气象上的应用研究.

被动定位算法研究

* 陈守稳顾尔顺 (航天工业总公司二院二部北京100854) 摘要对几种被动定位方法的定位精度进行了计算比较,选择了可行的定位方法,分析了影响定位精度的有关因素,并对其加以说明。主题词被动定位,测向交会,纯时差,测向)测时差,定位精度 1引言被动定位即无源定位,其特点是不能获得辐射源的距离信息,因此,必须采用多站测量对目标进行定位。被动定位通常是利用单站的测角信息或多站测时差来完成,文中就测向交叉、测时差、测向)时差混合定位三种方法进行了定位误差的计算,对结果进行了分析并得到结论。 2被动定位算法模型 211测向交叉定位法是指通过测量辐射源的到达角京国防工版社数运算确定目标位置。以下推导中京均假设有N部雷达京在直版坐标系(x轴正东京y轴正北京z轴天顶)中站址分别为(x i京y i京z i)京i= 1京2京,京N京各雷达对辐射源测得的方位版和俯仰版是(B i京E i)。假设已知1号站测得目标的角度(B1京E1)京i号站测得目标版度(B i京E i)京可利用下面几种方法求取R1。方法1: R1=(x1-x i)sin B i-(y1-y i)cos B i cos E1sin(B1-B i) (1) 方法2: R1=(x1-x i)sin E i-(z1-z i)cos E i cos B i sin E1cos E i cos B i-cos E1cos B1sin E1 (2) *收稿日期:1998-05-28 第26卷第5期现代防御技术1998年9月

方法3: R 1= (y 1-y i )sin E i -(z 1-z i )cos E i sin B i sin E 1cos E i sin B i -cos E 1sin B 1sin E i (3) 方法4: 可以利用前述的3种方法中的任一种京将式(1)、式(2)或式(3)中的全部下标1改成下标j 京即可计算出目标到j 号站的斜距R j 京然后利用下列公式即可求出R 1: x t =x j +R j cos E j cos B j y t =y j +R j cos E j sin B j z t =x j +R j sin E j R 1=[(x t -x 1)2 +(y t -t 1)2 +(z t -z 1)2] 1/2 (4) 采用1号(-2813京-2813京0)京2号(2813京2813京0)的布站方式京比较方法1京2京3 对空中各点的定位误差京取最小值京记录其对应的定位方法号码京各定位方法在xOy 平面的分布见图1京图例1京2京3分别对应定位方法1京2京3。方法1中京目标高度10km 京测向精度015b 条件下京R R 1的等误差线在 xOy 平面的分布见图2(单位:km ) 。图1 最小误差对应的方法在xOy 平面的分布图图2 xOy 平面R R 的等误差曲线由图 1可以看出京采用同样的布站方式京绝大部分空间中方法1的定位精度高京只有很少一部分空间方法2和3的精度高京这一部分空间主要集中在两雷达站连线所在的垂直平面附近。由图2可以看出京方法1中京由两站组成的单基线定位系统京其定位精度仅在一扇形区域内很高京基线所在垂直平面内及附近京定位精度迅速下降。而且由式(1)知京B 1=B i 时京R 1无解。为了在整个空域内能够对辐射源定位京可以采用3部雷达组成三角形布局。根据以上分析可得到结论。在测向交会法中京可以只选用方法1。 212 纯时差定位法对于三维空间的目标京至少需要4个测量站对目标定位。以下假设主站坐标为(x 1京y 1京z 1)=(0京0京z 1)京其它3个副站的坐标分别为(x i 京y i 京z i )京(i =2京3京4)京目标位置坐标是(x i 京y i 京z i )京目标到各站的距离分别是R i (i =1京2京3京4)。此系统可以测出目标到主站与其它3个附站的时间差$t 京对应的距离差如下: 18 现代防御技术第26卷