GPS信号捕获
GPS软件接收机中微弱信号捕获算法研究
Ｃ ｕｒｅｎｔ ｗｉｈ ｔ ｉ ｅ ｓｎｇ ｗ ｉ ｅ ｐｒ ａ ｐｐｌｃ ｔｏｎ ｏｆｔ ＰＳ ｒ ｅｖｅ ，Ｈ ｏｗ Ｏ ｃ ｅ ｏｃ ｔｏｎ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔ ｈｅ ｎｃｒ ａ ｉ ｄ ｓ ｅ ｄ ａ ｉ ａｉ ｈｅ Ｇ ｅｃ ｉ ｒ ｔ ａ ｈｉｖｅ ｌ ａ ｉ ｉ ｗ ｅ ｋ ａ ｅ ｉｏｎｍ ｅ ｔ ｃ ｎｖ ｒ ｎ ｓｂｅ ｏｍ ｉ ｒ ｌｍ ． ｎｇ ａｐ ｏｂｅ Ｔｈｅｏｒ ｉ ａ ｙ ＧＰＳ ｒ ｃ ｉ ｒ ａ ｄ ｎ ｒ ｅ ｅｖｅ ｓｃ ｎ’ ｔｃ ｐｔ ｅａ ｒ ｃ ｔ ｖｉａｉ ｎ ａｅｌｔ ｉ ｎ ｌ， ａ ｕｒ ｎｄ ｔａ ｋ ｈｅｎａ ｇ ｔｏ ｓ ｔｌ ｅ ｓｇ ａｓ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｕ ｐ ｓ ｆｓ ｎ ｌｃ ｐ ｕ ｅ ｉ ｔ ｅｅ ｍｉ ｅ ｔ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｏ ａｉ ｎ ｖ ｓ ｌ ａ ｅ ｉ ｓｎ ｍｂ ｒ ｏ ｅ ｓ ｎ ｌ ｓｒ ｃ ： ｅ ｐ ｒ ｏ ｅ ｏ ｇ ａ ａ ｔ ｒ ｓ Ｏ ｄ ｔｒ ｎ ｈ ｕ ｒ ｎ ｃ ｔ ｉ ｂ ｅ ｓ ｔｌ ｔ ｕ ｉ ｌ ｏ ｉ ｌｅ ｅ ｓ ｆ ｈ ｉ ａ ｔ ｇ
２ ＥＬＥｃＴ ＲＯＮ／ Ｃ ＴＥｓＴ
Ｊａ ｏ＂ ｎ２ Ｎｏ． ，
ＧＰ 软 件接收机 中微 弱信号捕获算法研究 Ｓ
李建伟 ，严丽云
（ 南京 邮电大学通信与信息工程学院 ，江苏 南京 ，２ ００ ） １０ ３
摘 要： 信号 捕获的 目的是确定接 收机 当前所 在位置的可 见卫星号 ，进而计算 可见卫 星的载波频率 和伪随机 码相位信息 。 目前随着Ｇ Ｓ Ｐ 接收机应用 的 目益广泛 ，如何在弱信号环境下实现定 位的问题 日益突 出。普通 的
卫星信号捕获
信号捕获中需要解决的问题
1.搜索范围估计 2.门限值确定
搜索范围估计
门限值确定
信号搜索和捕获的算法
接收历但却掌握着误差 小于5分钟的当前时间，误差小于100km的当前位置 以及有效历书的情况下的启动。他可以大致确定三 维搜索范围。时间大概在45S左右。 热启动：如果接收机不但具备暖启动的条件，而且 还保存着有效星历，那么接收机可以进行热启动。 热启动的接收机可以准确计算出各颗卫星的可见性 及其相当小的搜索范围。时间大概为12s。
信号捕获的目的就是获取所有可见卫星的的载波频率 码相位的粗略估计值。
捕获和追踪的关系和转换
笼统的讲，当接收机搜索到某个卫星信号后，相应的 接收通道就从捕获阶段进入跟踪阶段。 下图描述了一种接收通道在捕获与跟踪阶段之间的状 态转换情况:
信号捕获原理的概况
为了估算某个卫星信号载波频率和码相位这两个参 数值,接收机的信号捕获过程一般是通过对该卫星信号 的载波频率和码相位这二维进行扫描式搜索来完成的, 一旦信号被搜索到并得到确认,捕获过成也就结束了。 可是在对一个卫星的载波频率和码相位二维搜索前, 接收机首先需要确定这个卫星有可能可见而且值得对其 信号进行搜索,而确定依据的信息大多是来自卫星星历 和历书,当然还有其他的一些信息。根据这些信息,接收 机会对32颗卫星进行优先次序排序,这样,卫星信号的捕 获实际上是关于伪码,频率和码相位的三维扫描。
信号捕获原理的概况
接收机启动方式
接收机在定位时，用户最为关心的一个接收机性能是 首次定位所需的时间，即接收机启动后直到给出第一个 GPS定位结果所需的时间。而这个性能和接收机的启动方 式有直接关系。 接收机启动方式通常有三种：冷启动，暖启动，热启 动。 冷启动：在冷启动时，接收机不知道当前的时间和所 处的位置，并且它的存储器上也没有保存任何有效的卫星 星历与历书。因此，接收机只能在整个GPS星座中逐个依 次搜索所有卫星，并对每个卫星进行最大范围的二维搜索。 在获得至少4颗卫星的信息和星历之后，才能完成定位。 冷启动的时间大概在60S。
基于短时相关和FFT的GPSL2C信号捕获算法
基于短时相关和FFT的GPSL2C信号捕获算法GPSL2C信号捕获是全球定位系统（GPS）接收器中的一个重要步骤，用于提取特定卫星发射的信号。
GPSL2C信号捕获算法基于短时相关和FFT （快速傅里叶变换），通过计算信号与预先定义的本地信号的相关性并利用频谱分析技术，确定信号的到达时间和频率偏移，从而实现对信号的捕获。
GPSL2C信号具有复杂的结构，包括导航数据、预定导航消息等，并且经过了调制和编码处理。
为了捕获这些复杂的信号，首先需要通过短时相关算法来计算信号与本地信号的相关性。
短时相关算法将输入信号与本地信号进行乘积累加，并产生一个相关性函数。
相关性函数中的峰值对应于信号的到达时间。
短时相关算法的效果受到信号的噪声和多径干扰的影响。
为了提高算法的鲁棒性，可以使用平均相关函数来减小噪声和多径干扰的影响。
平均相关函数通过将多次计算的相关性函数进行平均来获得更准确的峰值位置。
在获得信号的到达时间后，可以使用FFT算法进行频率分析。
FFT将时域信号转换为频域信号，可以计算信号的频率特性和频率偏移。
通过对经过相关性计算后的信号进行FFT变换，可以确定信号的频率偏移，并将信号与预定的频率进行匹配，从而实现对信号的捕获。
在实际应用中，为了提高算法的性能，可以采用并行化计算和优化算法来加速信号捕获过程。
并行化计算可以将相关性计算和FFT计算等步骤并行处理，提高计算效率。
优化算法可以根据具体的硬件和实时需求进行优化，例如使用快速相关算法和GPU等加速技术。
总结来说，基于短时相关和FFT的GPSL2C信号捕获算法通过计算信号与本地信号的相关性和频率特性，实现对复杂信号的捕获。
这种算法能够提高信号捕获的准确性和鲁棒性，并可以通过并行化计算和优化算法来提高计算效率。
GPS信号捕获原理
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 ϖϖ+--=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(6Hz)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。
GPS信号捕获原理
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 ϖϖ+--=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(6Hz)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。
GPS信号的捕获与跟踪
电子工程学院141GPS信号的捕获与跟踪第七章 GPS信号的捕获与跟踪前几章讲述了GPS系统结构和GPS定位原理，本章介绍GPS软件接收机和GPS信号处理方法，主要探讨对GPS信号进行捕获和跟踪的过程。
捕获的目的是搜索到可视卫星，并粗略地确定卫星信号的载波频率和伪码相位，跟踪的目的则是精确地跟踪信号的载波频率和伪码相位的变化，完成GPS信号解扩和解调，从而提取出导航电文、伪距观测量等。
7.1 GPS软件接收机目前广泛使用的GPS接收机一般均基于ASIC（Application Specific Integrated Circuit）结构，又称为硬件接收机，结构如图7-1所示。
硬件接收机的数字接收机通道（包括捕获、跟踪的相关运算）一般用一个或几个专用GPS信号通道处理芯片（ASIC）来实现，接收机微处理器从ASIC输出的相关输出结果译出导航数据，从而可以得到卫星星历及伪距，星历可用来得到卫星位置，并最终可由卫星位置及伪距解算出用户位置等信息。
这类ASIC芯片具有运行速度快、成本低的特点。
但由于ASIC限制了接收机的灵活性，用户不能轻易改变硬件接收机各类参数以适应随着GPS发展的升级需要；同时近年来出现了许多减少导航定位误差和提高抗干扰能力的算法，如抗多径跟踪环路设计、高动态的跟踪环路设计等，对于硬件接收机测试和使用新的算法，不便之处显而易见。
随着软件无线电思想的发展，GPS软件接收机的设计与实现逐渐成为研究热点。
图7-1 GPS传统硬件接收机框图软件无线电（Software Radio）的概念是由美国科学家J.Mitola于1992年5月在美国电信系统会议上首次明确提出的。
随着通信技术的迅速发展，新的通信体制与标准不断提出，通信产品的生存周期缩短，开发费用上升，导致以硬件为基础的传统通信体制无法适应这种新局面。
同时不同体制间互通的要求日趋强烈，而且随着通信业务的不断增长，无线频谱变得越来越拥挤，这对现有通信系统的频带利用率及抗干扰能力提出了更高的要求，但是沿着现有通信体制的发展，很难对频带重新规划。
GPS信号捕获原理
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 ϖϖ+--=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(6Hz)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。
gps追踪器原理
gps追踪器原理
GPS追踪器的原理主要是基于GPS定位技术。
GPS定位技术是通过接收GPS卫星信号来确定地面目标的位置。
GPS追踪器内部装有GPS接收机，可以接收到GPS卫星信号，并通过计算得出目标的位置坐标。
GPS追踪器的定位原理包括三个主要步骤：
1. 捕获卫星信号：GPS追踪器通过接收来自GPS卫星的信号，并通过对这些信号进行分析和处理，得到卫星的位置信息。
2. 计算位置坐标：根据接收到的卫星信号和已知的卫星位置信息，GPS追踪器可以计算出自身的位置坐标，包括经度、纬度、高度等信息。
3. 数据传输：GPS追踪器将位置信息通过无线通信网络传输到指定的服务器或客户端，用户可以通过互联网或手机APP等途径查询到追踪器的位置信息。
此外，GPS追踪器还具有一些其他功能，如移动检测、报警提示等，可以根据不同的应用场景进行定制和扩展。
需要注意的是，GPS追踪器的定位精度和可靠性受到多种因素的影响，如天气、遮挡物、电磁干扰等。
因此，在使用GPS追踪器时需要考虑到这些因素，并适当采取措施来提高定位精度和可靠性。
第七章GPS信号的捕获与跟踪
用户位置 计算
码 跟踪
载频 跟踪
数据位 同步
解码 导航数据
读取 卫星位置
计算 伪距
2
GPS卫星信号
3
GPS中的多普勒频移
2 / (11 3600 58 60)
1.4585104 rad / s
卫星周期11小时58分
r 265601.4585104
18
School of Electronic Engineering
PRN code demodulation
Incoming signal Local PRN code Result of multiplication
19
FFT频域捕获方法
基于循环相关的快速捕获方法
基于循环相关的快速捕获方法
51
码相位鉴别器
52
鉴别器输出与码元差的关系曲线
53
GPS接收机的跟踪环
54
9
卫星搜索的数量
卫星搜索的数量范围：0~32颗 ； 卫星搜索数量对捕获精度没有影响; 必须能成功捕获到4颗或更多颗卫星; 两种搜索方式：
利用星历搜索方式：利用用户位置估计值、 GPS时间估计值和最近几天内的历书，计算出 卫星的位置，然后确定哪颗卫星为可见卫星 ； 满天搜索方式：搜索所有可能的卫星PRN码 。
4.9kHz
6
捕获的三维搜索
7
捕获的三维搜索
信号中存在哪些卫星的信号，即存在哪些 PRN码调制的信号； 对每一个存在的PRN码信号，提取其多普 勒频移； 对每一个存在的PRN码信号，提取其伪码 相位。
8
GPS信号捕获的关键参数
卫星搜索的数量 捕获使用数据的长度 载波频率搜索范围和频率搜索步长 码相位搜索空间，码相位搜索步长
卫星导航系统222-测试试卷-GPS接收机技术-2
试卷（第七讲）1、GPS信号捕获是码相位空间和多普勒频移空间的二维搜索，它利用了C/A码良好的________和________。
2、名词解释：信噪比。
3、接收机的主要任务是什么？请简要进行描述。
4、GPS信号捕获需要解决的三个问题？5、射频前端的主要功能。
6、GPS信号的捕获过程，请简要进行描述。
7、接收机天线的作用。
试卷答案（第七讲）1、自相关性、互相关性2、信噪比：信号的质量通常用信噪比（SNR）来衡量：R PSNR=，R P信号功N 率，N噪声功率。
3、接收机的主要任务是什么？请简要进行描述。
答：当GPS卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到按一定卫星截止高度角所选择的待测卫星，并能够跟踪这些卫星的信号；对接受到的GPS 信号进行变换、放大和处理，测量出信号从卫星到接收天线的传播时间，解释出卫星所发送的导航电文，实时地计算出接收机的三维位置、三维速度和时间。
4、GPS信号捕获需要解决的三个问题？答：检测接收信号中是否有可用的GPS卫星；估计可用GPS卫星信号的C/A码相位；估计可用GPS卫星信号的载波多普勒频移。
5、射频前端的功能：将GPS射频信号变换为信号处理器工作范围内的中频数字信号。
在这个过程中射频前端尽可能对其他干扰进行有效地抑制，同时将接收信号电平提高到信号处理器可工作的电平，并提供一定的信号变化动态范围。
6、GPS信号的捕获过程，请简要进行描述。
答：由于接收机中包含了所有可视卫星的信号，接收机首先产生某颗卫星特定C/A码，通过对本地码相位和载波相位的不断调整，使其与接收信号的码相位和载波频率的误差保持在一定的范围内。
如果接收信号中包含这颗卫星的信号，由于C/A码的强自相关性，将出现相关峰，通过对相关峰值的检测来提取对应的码相位和载波频率，完成信号的捕获。
7、接收机天线的作用。
接收机天线是GPS接收机处理卫星信号的首个器件，它将接收到的GPS 卫星所发射的电磁波信号转变成电压或电流信号。
GPS软件接收机的信号捕获和跟踪
Ａｃ ｕｓｔ ｎ ａ ｄ Ｔｒ ｃ ｉｇ ｆ ＰＳ Ｓｏ ｔ ｒ ｃ ｉｅ ｑ ｉｉｏ ｎ ａ ｋｎ ｏｒＧ ｆ ｉ ｗａ ｅ Ｒｅ ｅｖ ｒ
处理 速度快 ， 但是 成 本 较 高 ， 一旦 设 计 成 型后 ， 且 无 法改 变 ， 配置 不够 灵 活 。
软件 接收 机 ， 名 思 义 ， 指 采 用 通 用 处 理 芯 顾 是 片 ， 实时 采集 的 Ｇ Ｓ卫 星 信 号 利用 一 定 的软 件算 对 Ｐ 法进 行处理 ， 而实 现定 位 的设 备 ， 有灵 活性 和可 从 具
１ Ｇ Ｓ软 件 接 收 机 简 介 Ｐ
随着 Ｇ Ｓ全 球定 位 系统 的 民用 化 ， 在 普通 消 Ｐ 其 费者 中 的应 用 越 来 越 广 泛 。传 统 的 Ｇ Ｓ接 收机 主 Ｐ
计算 出位 置信 息 。
天 线
要 由接收 天 线 和 专 门硬 件 （ ＳＣ） 成 。其 优 点 是 ＡＩ 组
（ 海交 通 大学微 纳科 学技 术研 究院微 系统 与集 成技术 研 究所 ， 海 ２ ０ ３ ） 上 上 ０００ 摘 要 ： 由于 Ｇ Ｓ软件 接 收机 的高度 灵 活性 ， 应用 也 越 来越 广 泛 。这 里 我们 使 用 Ｚ ｒｎ Ｐ 其 ａｌ ｋ的 ｉ
Ｇ２ １ Ｐ０ ５和 Ｇ ４ ２ 件 电路 接 收卫 星信 号 ， 其 降至 中频 Ｉ 将模 拟 信 号采 样 转为 数 字信 号。 之 Ｐ０ ０硬 将 Ｆ，
后将 数 字信 号传 送 给 Ｐ ｃ机 ， Ｐ 在 ｃ机上 用 Ｍａ ａ ｔ ｂ对接 收到 的信 号 进 行 捕获 和跟 踪 ， 后 将得 到 的 ｌ 之 Ｇ Ｓ导航 信 号传 给后 面 的处理 模块 ， 终得 到位 置坐标 。 Ｐ 最
通信系统中的信号捕获与跟踪技术
通信系统中的信号捕获与跟踪技术在现代社会中，通信系统已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。
无论是手机通话、互联网传输还是卫星导航，都需要信号的捕获与跟踪技术来确保通信的顺利进行。
本文将重点探讨通信系统中的信号捕获与跟踪技术，以及其在各种通信场景中的应用。
一、信号捕获技术信号捕获技术是通信系统中的重要环节，其主要功能是从环境中接收和解码信号。
常见的信号捕获技术包括天线设计、射频前端设计和数字信号处理。
天线设计是信号捕获的第一步，通过合适的天线可以有效接收传输信号。
射频前端设计则负责信号的放大和滤波，以确保信号质量。
数字信号处理是信号捕获的最后一步，通过各种算法对信号进行处理和解码。
在通信系统中，不同的信号类型需要采用不同的信号捕获技术。
比如，对于无线通信系统来说，需要采用合适的天线设计和射频前端设计来捕获无线信号；而对于卫星导航系统来说，需要采用特殊的接收器来捕获卫星信号。
二、信号跟踪技术信号跟踪技术是在信号捕获的基础上，对信号进行跟踪和调整的过程。
主要包括信号分析、信号跟踪和反馈控制。
信号分析是对捕获的信号进行数据处理和解析，以提取有用信息。
信号跟踪是对信号源的位置和状态进行跟踪，以保持通信连接的稳定。
反馈控制则是根据信号的跟踪情况对系统进行调整，以优化通信性能。
在通信系统中，信号跟踪技术可以应用于各种场景。
比如，在移动通信系统中，信号跟踪技术可以实现用户间的切换和漫游，以保持通话质量；在卫星导航系统中，信号跟踪技术可以实现卫星信号的持续跟踪，以提供精准的导航服务。
三、应用案例分析以手机通信系统为例，信号捕获与跟踪技术的应用十分广泛。
当手机用户进行通话时，手机会通过天线捕获基站发射的信号，射频前端对信号进行处理，数字信号处理对信号进行解码；同时，系统会通过信号跟踪技术实现用户话音的传输和保持通话连接的稳定。
另外，以卫星导航系统为例，GPS接收器通过信号捕获技术接收卫星信号，通过信号跟踪技术实现卫星信号的持续跟踪，并通过反馈控制实现定位服务。
GPS卫星信号的捕获算法
上缩短捕获时 间。相 比较 来看 ，两种 算法都能
【 关键词 】Ｇ Ｐ Ｓ卫星信号 捕获算法
够增加新 的运算模块 ，主要是在执行中需要重 复多次利用 原有模 块，且搜索范围较小 ，捕获
辕１ ￣ ；
高效捕 获是 准确 定位 的前提 和基 础 ，捕 获算 法 决定 捕 获效 果，对 于接 收机 性 能具有 重要 影 响。 算 法 不 同，捕 获质 量 也有 所 差别 。 文章从 Ｇ Ｐ Ｓ信 号 结构 入 手 ，从 不 同方 面探 讨 Ｇ Ｐ Ｓ卫星 信 号捕 获 算 法 ，并借 助仿 真 结 果验证 捕 获 方
案 准 确性 。
方处理后得出结论 。如果本地与接收信号 的伪
码能够完全吻合 ，那么获得 的输 出值较 大。串
行搜索捕获算法实现起来更为简单 ，但 是搜 索 范围过大 ，且需要更 多的时间，无法实现对高
动 态 目标 的定 位 ，仅 适 用 于低 速 、 定 位 时 间 要 求 不 高 的 接 收 机 。而 并 行 频 率 空 间搜 索 算 法 ， 只 需要对 Ｃ ／ Ａ 码 移 位 即 可 ， 能 够 在 很 大 程 度 图１ ：Ｇ Ｐ Ｓ卫 星捕 获 算 法
数补零至 ２ ｎ ，进行 Ｆ Ｆ Ｔ运 算 。
（ ２ ）对本地信 号补零处理后 进行 Ｆ Ｆ Ｔ运 算，得出完整的结果。 （ ３ ）将前两个数值进行相乘 。 （ ４ ）确 定峰值位置 ，计 算出两帧跳 时
数。
参数进行估计 ，能够对模块对应 的参数予 以细 化处理，解调 出具体 的导航数据 ，为实际工作 提供 科学 依据 。文章 从 ＧＰ Ｓ信 号构 成入 手， 对不同的捕获算法进行介绍和 分析 ，发现 不同 的算法产生 的效 果也有 所差别。因此在 日后实 践应用 中，要根据具体 需求 ，合理选择算法 ， 不 断提高捕获有 效性 。
怎样使用gps测量坐标信号的方法
怎样使用GPS测量坐标信号的方法引言全球定位系统（GPS）是一种用来测量地球上物体位置的技术。
通过接收来自卫星的信号，GPS能够提供精确的定位信息。
本文将介绍一些使用GPS测量坐标信号的方法，帮助您快速上手。
第一步：准备GPS接收器要开始测量坐标信号，您需要一台可靠的GPS接收器。
这些接收器通常具有小巧的设计，带有内置的天线和屏幕。
选择一台在信号接收方面性能稳定的GPS接收器可以确保准确性和可靠性。
第二步：设置GPS接收器在开始测量之前，您需要对GPS接收器进行适当的设置。
这通常包括选择适合您使用场景的定位模式（例如，单点定位、差分定位或测量）和坐标系统（例如，经纬度、UTM坐标系）。
第三步：搜索卫星信号一旦您完成了GPS接收器的设置，您需要让接收器搜索卫星信号。
找到一个合适的户外位置，并确保接收器的天线完全展开。
在开放的空间中，信号接收更加稳定。
一般来说，接收器需要捕获至少4颗卫星的信号才能进行定位。
第四步：等待接收器定位一旦接收器捕获到足够数量的卫星信号，它将开始计算您的位置。
在接收器屏幕上，您将看到一些指示，例如信号强度和接收机状态等。
请耐心等待接收器完成定位。
第五步：记录坐标信息当接收器成功定位并计算出您的位置后，您可以记录下相关的坐标信息。
坐标信息通常以经度和纬度的形式呈现，例如：经度为XX，纬度为XX。
这些信息可以通过接收器屏幕的菜单选项或特定的按钮来获取。
第六步：计算和分析数据在记录了足够数量的坐标信息后，您可以利用这些数据进行计算和分析。
例如，您可以计算两个位置之间的距离，并绘制实际路径或轨迹。
您还可以使用这些坐标信息来确定区域的面积和边界。
第七步：确保准确性要确保测量结果的准确性，您可以通过以下方法进行验证：•对同一位置进行多次测量，比较结果的一致性。
•与其他信号源（如地图或地理信息系统）的数据进行对比。
•使用差分定位技术，通过与参考接收器进行相对定位来提高精度。
结论通过使用GPS测量坐标信号的方法，您可以快速准确地确定位置并获得有价值的地理信息。
全球导航卫星系统中的信号捕获与跟踪技术研究
全球导航卫星系统中的信号捕获与跟踪技术研究全球导航卫星系统（GNSS）是一种基于卫星的定位和导航系统，可以提供全球性的定位、导航和时间同步服务。
全球最主要的GNSS系统包括美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS）、欧洲的伽利略系统（Galileo）以及中国的北斗导航系统（BeiDou）。
这些系统的核心技术是信号捕获与跟踪技术，它们确保接收设备能够有效捕获和跟踪卫星发射的信号，从而实现定位和导航功能。
信号捕获是指在卫星信号到达接收设备之前，通过接收天线将信号采集到接收机中。
GNSS卫星发射的信号是微弱的，同时还存在多路传播等环境干扰因素，因此信号捕获技术需要具备高灵敏度和抗干扰的能力。
常用的信号捕获技术有频率捕获和码捕获。
频率捕获通过多个频率，找到卫星信号的频率，并将接收设备的本地振荡器频率锁定到卫星信号的频率上。
这种方法在频率稳定性要求高的情况下非常有效，但需要较长时间来完整的频率范围。
码捕获是通过卫星信号的码片序列，找到与之匹配的码片序列，并确定在码片序列中的位置。
这种方法速度相对较快，但对接收设备的频率稳定性和初值的要求相对较高。
信号捕获之后，接收设备需要进行信号跟踪，以保持对卫星信号的稳定跟踪，实现定位和导航功能。
信号跟踪的关键是解调卫星信号，并提取出导航信息，如伪距和航空数据。
信号跟踪技术中常用的方法是延迟锁定环（DLL）和相位跟踪环（PLL）。
DLL用于解调伪距信息，它通过比较接收到的卫星信号与自身产生的码片序列的差异，并不断调整对码片序列的延迟，从而实现伪距测量。
PLL用于解调航空数据信息，它通过比较接收到的卫星信号与自身产生的航空数据序列的相位差异，并不断调整对相位的锁定，从而实现航空数据解调。
除了常规的信号捕获与跟踪技术，还有一些改进和创新的研究方向。
例如，自适应波束形成技术可以通过调整接收天线的辐射模式来提高信号捕获和跟踪的性能；盲解调技术可以在没有先验信息的情况下对卫星信号进行解调，从而简化信号捕获和跟踪过程；多普勒补偿技术可以有效抑制多普勒频移带来的性能降低；最优滤波技术可以通过优化滤波器参数来提高信号跟踪的性能。
GPS信号的捕获与跟踪
电子工程学院141GPS信号的捕获与跟踪第七章 GPS信号的捕获与跟踪前几章讲述了GPS系统结构和GPS定位原理，本章介绍GPS软件接收机和GPS信号处理方法，主要探讨对GPS信号进行捕获和跟踪的过程。
捕获的目的是搜索到可视卫星，并粗略地确定卫星信号的载波频率和伪码相位，跟踪的目的则是精确地跟踪信号的载波频率和伪码相位的变化，完成GPS信号解扩和解调，从而提取出导航电文、伪距观测量等。
7.1 GPS软件接收机目前广泛使用的GPS接收机一般均基于ASIC（Application Specific Integrated Circuit）结构，又称为硬件接收机，结构如图7-1所示。
硬件接收机的数字接收机通道（包括捕获、跟踪的相关运算）一般用一个或几个专用GPS信号通道处理芯片（ASIC）来实现，接收机微处理器从ASIC输出的相关输出结果译出导航数据，从而可以得到卫星星历及伪距，星历可用来得到卫星位置，并最终可由卫星位置及伪距解算出用户位置等信息。
这类ASIC芯片具有运行速度快、成本低的特点。
但由于ASIC限制了接收机的灵活性，用户不能轻易改变硬件接收机各类参数以适应随着GPS发展的升级需要；同时近年来出现了许多减少导航定位误差和提高抗干扰能力的算法，如抗多径跟踪环路设计、高动态的跟踪环路设计等，对于硬件接收机测试和使用新的算法，不便之处显而易见。
随着软件无线电思想的发展，GPS软件接收机的设计与实现逐渐成为研究热点。
图7-1 GPS传统硬件接收机框图软件无线电（Software Radio）的概念是由美国科学家J.Mitola于1992年5月在美国电信系统会议上首次明确提出的。
随着通信技术的迅速发展，新的通信体制与标准不断提出，通信产品的生存周期缩短，开发费用上升，导致以硬件为基础的传统通信体制无法适应这种新局面。
同时不同体制间互通的要求日趋强烈，而且随着通信业务的不断增长，无线频谱变得越来越拥挤，这对现有通信系统的频带利用率及抗干扰能力提出了更高的要求，但是沿着现有通信体制的发展，很难对频带重新规划。
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实验二GPS信号捕获一、实验目的1. 熟悉GPS信号捕获基本概念；2. 掌握串行搜索算法、并行频率搜索算法和并行码相位搜索捕获算法的基本思想、特点及算法流程；3. 训练在实际当中分析问题、解决问题的能力。
二、实验内容1. 编写GPS信号捕获子程序，算法自选。
2. 将实验一最终生成的信号延迟 时间，并加上大小为f的多普勒频移，使用D以上编写的信号捕获子程序对该信号进行捕获。
3. 画出三维捕获结果图（要求至少画出两幅，一幅对应信号成功捕获，一幅对应未捕获到信号）。
三、实验结果成功捕获未成功捕获四、总结与反思在实验一的基础之上进行本次试验，感觉有了新的理解和领悟。
但是在实验过程中还是遇到了很多的问题，通过上网搜索、询问教员、和同学探讨等方式最终做了出来。
虽然程序代码多是网上搜索得来的，但在读程序的过程中还是收获一些知识。
五、程序代码clear all;clc;%发射端%设置是否有信号TxCodeOnOff = 1;%1 - On, 0 - Off%设置仿真时间TxTotalTime = 1e-3;%1ms%设置伪码频率TxCodeFrequency = 1.023e6;%1.023MHz%设置载波频率TxCarrierFrequency = 2 * 1.023e6;%2.046MHz%设置采样频率TxSampleFrequency = 16 * 1.023e6;%MHz%发射端产生伪码并计算码长TxGoldSequence0 = dyc_gold_gen_v3();TxGoldSequence0Len = length(TxGoldSequence0);%用载波调制TxTemp1 = TxSampleFrequency / TxCodeFrequency;%将伪码序列扩展TxGoldSequence1 = repmat(TxGoldSequence0, TxTemp1, 1);TxGoldSequence1 = reshape(TxGoldSequence1, 1, TxTemp1 * TxGoldSequence0Len);TxGoldSequence2 = TxCodeOnOff * TxGoldSequence1;TxTiming = 0 : (1 / TxSampleFrequency) : (TxTotalTime - 1 / TxSampleFrequency);TxSignalSequence = sin(2 * pi * TxCarrierFrequency * TxTiming + TxGoldSequence2 * pi);%信道%设置多普勒频移ChDiffFrequency = -15000;%Hz%设置信噪比ChSN = -20;%dB%设置码相移ChDelayValue = 800;%码片相移量ChDelay = ChDelayValue * TxTemp1;%此值为采样结果的码相移，是伪码相移的 TxTemp1 倍%将序列进行移位（需要先移位在加多普勒频移，否则的话移位操作会影响多普勒频移）ChGoldSequence = circshift(TxGoldSequence2, [0, ChDelay]);%生成带有多普勒频移的序列ChTiming = TxTiming;ChSignalSequence1 = sin(2 * pi * (TxCarrierFrequency + ChDiffFrequency) * ChTiming + ChGoldSequence * pi);%加入噪声ChSingalSequence3 = awgn(ChSignalSequence1, ChSN,'measured');%(此函数还可添加更多参数)%接收端%设置频率搜索步长RxCarrierFrequencyDelta = 500;%Hz%设置频率搜索范围RxDiffFrequencyMax = 20 * RxCarrierFrequencyDelta;%Hz%设置码相位搜索步长RxDelayDelta = 10;%设采样率和码速率之比与发送端一致RxDelayRatio = TxTemp1;%设接收端采样率与发送端一致RxTiming = TxTiming;%计算接收端频率搜索次数RxFrequencySearchTimes = fix(2 * RxDiffFrequencyMax / RxCarrierFrequencyDelta) + 1;%(可能有误)%计算码相位搜索次数RxGoldLen = TxGoldSequence0Len;RxGoldSearchTimes = ceil(RxGoldLen / RxDelayDelta);RxSignalAmplitude = zeros(RxGoldSearchTimes, RxFrequencySearchTimes);for RxTemp11 = 1 : RxGoldSearchTimesdisplay(['Processing... ' num2str(RxTemp11 / RxGoldSearchTimes * 100, '%.2f') '%']);RxTemp12 = RxTemp11 - 1;%产生接收伪码RxGoldSequence1 = TxGoldSequence1;RxGoldSequence2 = circshift(RxGoldSequence1, [0, RxTemp12 * RxDelayDelta * RxDelayRatio]);%移动码相位RxGoldSequence3 = RxGoldSequence2 .* 2 - 1;%%计算码相关RxSignalSequence1 = ChSingalSequence3 .* RxGoldSequence3;RxCarrierFrequency1 = TxCarrierFrequency - RxDiffFrequencyMax;for RxTemp21 = 1 : RxFrequencySearchTimesRxTemp22 = RxTemp21 - 1;%产生接收载波RxCarrierFrequency = RxCarrierFrequency1 + RxTemp22 * RxCarrierFrequencyDelta;RxCarrierSequenceI = cos(2 * pi * RxCarrierFrequency * RxTiming);RxCarrierSequenceQ = sin(2 * pi * RxCarrierFrequency * RxTiming);%I/Q两路分别与接收载波做相关RxSignalXcorr2I = RxSignalSequence1 *RxCarrierSequenceI';RxSignalXcorr2Q = RxSignalSequence1 *RxCarrierSequenceQ';%幅度检波(平方相加再开根号)RxSignalAmplitude(RxTemp11, RxTemp21) =sqrt(RxSignalXcorr2I ^ 2 + RxSignalXcorr2Q ^ 2);endend%生成坐标轴%纵坐标（行）RxLabelCode = ((1 : RxGoldSearchTimes) - 1) * RxDelayDelta; %横坐标（列）RxLabelFrequency = ((1 : RxFrequencySearchTimes) - 1) * RxCarrierFrequencyDelta - RxDiffFrequencyMax;%生成三维捕捉结果figure(31);mesh(RxLabelFrequency, RxLabelCode, RxSignalAmplitude);RxSignalAmplitude1 = RxSignalAmplitude(:);%(将结果转化为一维向量便于后续计算)%计算捕捉到的最大幅度RxSignalResMax = max(RxSignalAmplitude1);%计算捕捉结果的平均幅度RxSignalResAverage = mean(RxSignalAmplitude1);%RxSignalResDeviation = std(RxSignalAmplitude1);%判断是否捕获%设置门限RxCatchThreshold = RxSignalResAverage + 5 * RxSignalResDeviation;%if RxSignalResMax > RxCatchThreshold%捕获成功display('Success!!!');%查找最大值对应的坐标[RxResRow RxResColumn] = find(RxSignalAmplitude == RxSignalResMax);%(此方法仅限二位数组)display(['Doppler Frequency: 'num2str(RxLabelFrequency(RxResColumn), '%.0f') 'Hz']);display(['Code Phase: ' num2str(RxLabelCode(RxResRow), '%.0f')]);else%捕获失败display('Fail!!!');End附录Bfunction [GoldSeq] = dyc_gold_gen_v3()M_base = 8;M1 = [2 0 1 1];M2 = [2 4 1 5];Mfb_len = 11;Mfinal_len = 1023;M1origin_len = length(M1);M2origin_len = length(M2);Mfb_ratio = log2(M_base);M1fb_raw_len = M1origin_len * Mfb_ratio;M1fb_raw = zeros(1, M1fb_raw_len);for M1fb_reg_i = 1 : M1origin_lenfor M1fb_bit_i = 1 : Mfb_ratioM1fb_raw((M1fb_reg_i - 1) * Mfb_ratio + M1fb_bit_i) = mod(fix(M1(M1fb_reg_i) / (2 ^ (Mfb_ratio - M1fb_bit_i))), 2);endendM1fb = M1fb_raw((M1fb_raw_len - Mfb_len + 1) : M1fb_raw_len);M2fb_raw_len = M2origin_len * Mfb_ratio;M2fb_raw = zeros(1, M2fb_raw_len);for M2fb_reg_i = 1 : M2origin_lenfor M2fb_bit_i = 1 : Mfb_ratioM2fb_raw((M2fb_reg_i - 1) * Mfb_ratio + M2fb_bit_i) = mod(fix(M2(M2fb_reg_i) / (2 ^ (Mfb_ratio - M2fb_bit_i))), 2);endendM2fb = M2fb_raw((M2fb_raw_len - Mfb_len + 1) : M2fb_raw_len);M1regs_len = length(M1fb);M2regs_len = length(M2fb);M1len_period = Mfinal_len;M2len_period = Mfinal_len;M1regs_s = zeros(1, M1regs_len);M1regs_s(M1regs_len) = 1;M2regs_s = zeros(1, M2regs_len);M2regs_s(M2regs_len) = 1;M1regs_m1 = M1regs_s;M1regs_m2 = zeros(1, M1regs_len);M2regs_m1 = M2regs_s;M2regs_m2 = zeros(1, M2regs_len);M1regs_e = zeros(1, M1len_period);M2regs_e = zeros(1, M2len_period);M1regs_e(1) = M1regs_s(M1regs_len);for M1_ri = 2 : M1len_periodM1regs_m2(1) = mod(sum(M1fb .* M1regs_m1), 2);M1regs_m2(2 : M1regs_len) = M1regs_m1(1 : (M1regs_len - 1)); M1regs_m1 = M1regs_m2;M1regs_e(M1_ri) = M1regs_m1(M1regs_len);endM2regs_e(1) = M2regs_s(M2regs_len);for M2_ri = 2 : M2len_periodM2regs_m2(1) = mod(sum(M2fb .* M2regs_m1), 2);M2regs_m2(2 : M2regs_len) = M2regs_m1(1 : (M2regs_len - 1)); M2regs_m1 = M2regs_m2;M2regs_e(M2_ri) = M2regs_m1(M2regs_len);endGoldSeq = mod((M1regs_e + M2regs_e), 2);。