GPS信号捕获性能的分析

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GPS信号捕获性能的分析

2N
NC
kp = %v / ( N NCT C )
在无信号搜索单元由虚警所带在无信号搜索单元由于虚警所消
来的时间损耗系数 ; %v 耗的时间 , NNCTC
-4
驻留时间 , 通常情况下 kp >> 1 。选择 kp
/∃ 1+ 2
ln1/ ( 4P
FA
)
2
( 7)
= 10 , P FA = 10 , PD = 0 95。图 3( a) 显示每一搜索单元平均捕获时间均值 T search/ N BINS 与载噪比 C/ N 、积分时间 TC 的关系 , 增加载噪比或增加积分时间都可以缩短平均捕获时间。 GPS 接收机可采用多相关器技术缩短搜索时间。由M 个并行相关器组成的处理器将平均搜索时间缩短 M 倍 T acq 1/ 2NBINSN NCT C / M ( 9) 当假定 M 个相关器相互独立、同时考虑虚警发生所带来的
2
数目 NNC 为[ 1] NNC ∃ 2 ln 1 + 4 P FA ln 1 4 PD ( 1 - P D) 1+ 2
T acq = 1 / 2N BINSNNCTC 式中 N BINS 搜索单元数目 , 捕获时间的均值为搜索单况和由此带来的时间损耗 , 捕获时间均值表达式为 T acq = 式中 2- PD [ kp P FA + 1] NBINSNNCT C 2 PD ( 8)
Analysis of the Signal Acquisition Performance of the GPS
ZHANG Wen ming, ZHOU Yi yu, JIANG Wen li
( Institute of Electronic Science and Engineering , N UDT, Changsha 410073 , China)

GPS信号捕获

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);。

GPS卫星信号的捕获

第5章 GPS卫星信号的捕获
5.3 GPS卫星信号捕获的考虑
5.3.1 捕获时的最大电文长度 C/A码长1 ms，那么至少要用1ms的电文来捕获，甚至只用
1 ms的电文来捕获时，都可能发生导航电文相位偏移。如果电文中有数据偏移，电文的下一个1ms将不会含有偏移。因此，为了保证捕获电文中不含有数据偏移，需要用两组连续的电文来捕获，这个电文最大长度是10 ms。如果使用两组连续的10 ms电文来捕获，就保证了在某一组电文中不含相位偏移。
(5-3)
第5章 GPS卫星信号的捕获图5-1 卫星运动引起的多普勒频移
第5章 GPS卫星信号的捕获这个值与高速航空卫星的速度相等。由地面设施引起的多普勒频移通常非常小，即使它直接相对卫星运动引起了最大多普勒效应。对由C/A码调制过的频率L1 (f =1575.42 MHz），最大的频移为：
第5章 GPS卫星信号的捕获
由以上的讨论可以得出如下结论：当捕获输入电文为1 ms 长时，步进频率是1kHz；当电文为10 ms时，步进频率是100 Hz。从这个简单的讨论可以明显看出，捕获中的操作执行次数与总的数据点并不是成线性比例关系，当电文长度从1 ms上升到10 ms时，电文长度上升10倍，频率点数目也上升了10倍，捕获所需的操作次数上升了不止10倍。因此，实际捕获时，如果强调捕获的速度的话，电文长度需保持在最小值。执行次数的增加，取决于实际捕获所用的方法，下面将讨论具体的捕获方法。
fd rfrc v d m 1 5 7 5 3 . 4 1 2 0 8 9 2 9 4 .9 k H z (5-4)
这里c是光速。因而，对于一固定观测器来说，最大的多普勒频移是±5 kHz。
第5章 GPS卫星信号的捕获

GPS软件接收机中信号捕获、跟踪算法的研究与实现中期报告

GPS软件接收机中信号捕获、跟踪算法的研究与实现中期报告一、研究背景随着GPS技术的不断发展，GPS接收机在各个领域得到广泛应用。

在GPS应用中，信号捕获、跟踪算法是GPS接收机的重要组成部分，它决定了接收机的性能和精度。

因此，对GPS信号捕获、跟踪算法的研究和实现具有重要意义。

二、研究现状目前，GPS信号捕获、跟踪算法主要分为两类：基于时域的算法和基于频域的算法。

其中，时域算法有单点搜索法、Hilbert-Huang 变换法等，频域算法则有二次互相关法、离散小波变换法等。

三、研究内容本研究将主要研究和实现以下内容：1.分析GPS信号的数学模型和特点，理解GPS信号的结构和原理；2.分析GPS信号的捕获、跟踪过程，研究GPS信号处理的基本方法；3.研究和实现不同的信号捕获、跟踪算法，包括多点搜索法、Costas 环路跟踪法、相位锁定环路跟踪法等；4.对比不同算法的性能和精度，分析各自的优点和适用范围；5.在基于FPGA的GPS软件接收机中实现上述算法，并进行性能测试和验证。

四、研究计划本研究计划分为以下阶段：1.阅读有关GPS信号处理和算法的文献，理解GPS信号处理的基本原理（已完成）；2.选定不同的信号捕获、跟踪算法，进行分析和比较（正在进行）；3.在Matlab环境下实现各种算法，并进行性能测试；4.基于FPGA实现GPS软件接收机，并将各种算法移植到硬件平台上；5.对比硬件实现和软件实现的性能和精度，进行实验验证并撰写论文。

五、初步结论本研究通过对GPS信号捕获、跟踪算法的研究和实现，可以提高GPS软件接收机的性能和精度，对应用于军事、航空、航海、交通等领域具有重要意义。

同时，该研究还可以为其他卫星导航系统的信号处理提供借鉴和参考依据。

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

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。

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）。

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

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。

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）。

GPS中频信号快速捕获技术分析

第32卷第5期2007年9月测绘科学Science of Surveying and MappingVol132No15Sep1作者简介:徐卫明(19722),男,江苏泰州人,在读博士生,讲师,研究方向为海道测量信息处理,通信定位技术。

E2mail:xwm05@mails1tsinghua1edu1cn收稿日期:2006209214GPS中频信号快速捕获技术分析徐卫明①②,刘雁春①,朱穆华①(①海军大连舰艇学院海测工程系,辽宁大连　116018;②清华大学电子工程系,北京　100084)【摘　要】为解决GPS中频信号快速捕获问题,在介绍GPS码相位和载频信号捕获原理的基础上,重点阐述了基于FFT的并行GPS中频信号快速捕获方法,同时在非相干累加、接收信噪比、先验信息等方面分析了提高中频信号快速捕获的可能性,最后利用一组GPS实测数据对上述分析进行了的仿真计算。

仿真结果表明基于FFT技术的中频信号快速捕获方法具有抗干扰、捕获速度快和检测低信噪比信号的能力,可以满足GPS软件接收机定位的要求。

【关键词】GPS;中频信号;捕获;FF T【中图分类号】P228 【文献标识码】A 【文章编号】100922307(2007)05200982031　引言随着GPS、G LONASS、GAL IL EO和我国北斗系列导航定位系统的建设,卫星导航定位在航运中发挥的作用越来越大。

由于我国长江航运及部分沿海进港航道地形比较复杂,在有些地区会受到沿岸地形和港口建筑物的阻挡,使得船上的GPS接收机出现部分卫星信号的中断,造成航行定位的不连续。

为此,工程技术人员提出了在这些地区布设GPS伪卫星(Pseudolite)的想法,这一想法的关键就是如何能够对所产生的GPS信号进行快速捕获,这是如何解决伪卫星定位技术所必须面临的首要问题。

近年来,伴随电子制造业硬件和软件技术的发展。

GPS软件接收机正成为一个活跃的研究方向。

它的核心是用现有的DSP或者FP GA器件实现对GPS数字中频信号的捕获、跟踪和位置计算[1,2]。

第七章GPS信号的捕获与跟踪

通道
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

GPS信号捕获

GPS课程设计实验报告（2）学院姓名LSC班级学号指导教员一、试验名称：GPS信号捕获二、试验目的：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。

三、试验内容1. 编写GPS信号捕获子程序，算法自选。

f的多普勒频移，2. 将实验一最终生成的信号延迟时间，并加上大小为D使用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）。

四、试验原理4.1 概述为了跟踪和解码GPS信号, 首先要捕获到GPS信号。

将捕获到的GPS信号的必要参数立刻传递给跟踪过程，再通过跟踪过程便可得到卫星的导航电文。

GPS卫星处于高速运动中，因此，其频率会产生多普勒频移。

为覆盖高速卫星预期中的所有多普勒频率范围，捕获方法覆盖的频率范围必须在±10 kHz之内。

针对某个特定的卫星信号，捕获过程就是要找到C/A码的起始点，并利用找到的起始点展开C/A码频谱，一旦复现了C/A码的频谱，输出信号将变成连续波（Continuous Wave，CW），于是便得到其载波频率。

也就是说，捕获过程就是要获得输入信号的C/A码的起始点和载波频率，然后传递给跟踪过程。

4.2 卫星信号捕获的考虑4.2.1 捕获时的最大电文长度C/A码长1 ms，那么至少要用1ms的电文来捕获，甚至只用1 ms的电文来捕获时，都可能发生导航电文相位偏移。

因此，为了保证捕获电文中不含有数据偏移，需要用两组连续的电文来捕获，这个电文最大长度是10 ms。

如果使用两组连续的10 ms电文来捕获，就保证了在某一组电文中不含相位偏移。

限制电文长度的第二个因素是C/A码的多普勒效应。

4.2.2 捕获中的频率步长捕获时的另一个考虑因素是捕获中剥离载波所需的频率。

步进频率的大小与捕获中的电文长度紧密相关。

GPS信号捕获

高动态GPS信号的捕获1.背景GPS是美国建立的高精度全球卫星定位导航系统，在陆地、海洋、航空和航天等领域都有着广泛的应用，由于应用的需求，我国欲将其应用于导弹卫星飞机等高动态接收机的场合，由于载体的高速运动，会使GPS信号产生较大的多普勒频移，给信号的捕获和跟踪带来一定困难，传统的方法已不能满足新的需求，我们需要研究新的技术。

但由于高动态 GPS 接收机涉及军工等敏感领域，故国外的相关技术或产品是对我国封锁或不可靠的，有关高动态的核心解决技术在各种文献中也无法得到，相关技术必须自主开发。

2.GPS系统的简单介绍GPS系统主要包括空间部分、监控设备部分和用户设备部分。

其中用户设备部分包括接收机和处理导航信号的处理器组成，其核心是GPS接收机。

GPS的空间部分和地面监控部分是该系统导航和定位的基础，GPS接收机通过对接收信号进行解扩、解调，恢复出导航电文信息，最终实现导航和定位的目的。

3.高动态的定义定义：一般定义的高动态接收机是指载体的运动速度大于1km/s，并伴随有较高的加速度和加加速度，一般加速度大于4g。

而实际情况下，物体的运动动态要远高于这个指标。

高动态接收机的性能指标：相对速度：0～10km/s;加速度： 0～10g；加加速度：0～4g/s。

影响：高动态导致多普勒频移剧烈变化（补充：fd=f*v/c，v越大，多普勒频移越大），使伪随机码产生动态时延，很容易造成载波跟踪环和码跟踪环失锁，难以保持载波和码跟踪同步.4.高动态信号的捕获GPS信号包括导航电文，测距码和载波，它是将导航电文用直接序列扩频的方法调制伪随机码，然后使用BPSK技术把组合码调制到载波上。

捕获的目的就是获得C/A码的起点和载波的多普勒频移，然后传给跟踪过程，解调出导航电文，为用户提供导航和定位信息。

常用的捕获方法有：时域串行捕获，FFT并行捕获，匹配滤波器方法等。

1）时域串行捕获图一时域串行捕获原理它的搜索策略是这样的：首先在一定的范围内任意选定一个载波频率，在这个载波频率下将本地码序列和输入的信号进行一个码周期(1ms)或者更长时间的相关运算，将相关结果和事先设定的门限比较，如果大于事先设定的门限则判断信号捕获成功，接收机转换到跟踪环路。

GPS信号捕获算法的研究

GPS信号捕获算法的研究吴勇【摘要】GPS信号的捕获是GPS接收机的核心模块,它是基于码相位和多普勒频移二维搜索的过程。

对于捕获模块,通常采用串行搜索算法和并行频域搜索算法。

探讨几种算法的原理并分析其相应缺陷,并指出对GPS弱信号捕获的性能优良算法。

%GPS signal acquisition is a hard core in a GPS receiver and is the two-dimension process of the search about the code delay and Doppler frequency.For acquisition,serial algorithms and parallel frequency of the search are usually adopted.The paper discusses the principle of algorithms and analyzes the defect of algorithms.According to the analysis of algorithms,the new algorithms about advanced performance is put fowarel and the new orientation of the GPS weak signal research is proposed.【期刊名称】《重庆科技学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(013)004【总页数】3页(P177-179)【关键词】GPS信号;扩频;捕获【作者】吴勇【作者单位】重庆大学,重庆400044【正文语种】中文【中图分类】TN964目前，全球定位系统(Global Positioning System，GPS)在军事和民用方面得到了越来越广泛的运用，其目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务。

GPS卫星信号的捕获算法

相位差值，对所得相位差求平均值，以此来提高频率准确性和可靠性。
上缩短捕获时间。相比较来看，两种算法都能
【关键词】ＧＰＳ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ＧＰＳ信号结构入手，从不同方面探讨ＧＰＳ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：ＧＰＳ卫星捕获算法
数补零至２ｎ，进行ＦＦＴ运算。
（２）对本地信号补零处理后进行ＦＦＴ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ＧＰＳ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。

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

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。

这类ASIC芯片具有运行速度快、成本低的特点。

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。

一种改进的GPS信号捕获策略的性能分析

文献［］出了一种改进的捕获策略，别用两次２提分连续的预检测积分结果生成检测统计量，二者中取
在全球定位系统（ｌｂｌＰｓｉｉｇＳｓｍ，Ｇｏａｏｉｏｎｙｔｔｎｅ
较大的一个参与门限判决。该策略可以避免因数据
ＧＳＰ）中，航信号采用直接序列扩频（ｉｃ导Ｄｒｔｅ
ＳｑｅｃｐｅｄＳｅｔｍ，ＳＳ技术来实现多址和ｅｕｎｅＳｒａ－ｐｃｒＤＳ）ｕ
符号翻转所造成的信号能量衰减对捕获性能的影
响。然而在接收机设计中，改进捕获策略下的判决
测距 ¨ 。导航信号捕获是ＧＳ接收机的一项关键Ｐ技术。在捕获阶段，航信号上调制的电文比特翻导
转位置是未知的，在捕获过程中导航电文的翻转故可能会降低接收机预检测积分结果的信噪比，而从对捕获性能产生严重的影响。针对该问题，
获性能造成的影响进行了理论分析，给出了采用并改进策略后的单次检测虚警概率、测概率以及判检决门限的表达式。在此基础上通过数值仿真对扩频码调制有数据、未调制有数据、用改进策略、采未采
用改进策略等情况下的捕获性能进行了比较。结果表明，实际使用改进策略时，在采用传统公式进行判
决门限会导致预期性能低于真实性能，而使用本文给出的评估公式可以获得与真实性能相同的结果。１ＧＳ信号捕获过程的问题描述Ｐ

GPS信号捕获算法的研究

GPS信号捕获算法的研究全球导航卫星系统（GNSS）作为一种重要的定位技术，广泛应用于各个领域，如汽车导航、无人机导航、船舶导航等。

但是，由于 GPS 信号在空间传输过程中会受到多种干扰和衰减，因此接收机需要具备强大的信号捕获算法。

本文将介绍 GPS 信号捕获算法的研究。

一、 GPS 信号的捕获GPS 信号捕获是指接收机在接收到 GPS 信号前，需要搜索是否存在某个卫星的信号，并在搜索到信号后，对其进行跟踪。

GPS 信号捕获过程包括三个主要的步骤：初步搜索、细搜索和码捕获。

1. 初步搜索初步搜索是指在搜索到信号的卫星之前，接收机需要搜索整个码相位空间，以确定是否存在一个信号。

在初步搜索中，接收机需要依次搜索所有可能的卫星并计算与之相关的码延时。

由于 GPS 信号的码相位空间非常大，因此初步搜索时间较长。

2. 细搜索细搜索是指一旦确定存在一个卫星的信号，接收机需要在该卫星的码相位空间上进行细致的搜索，以确定其码偏移。

与初步搜索不同的是，细搜索中接收机只需对码相位空间中的一小部分进行搜索，以加快搜索速度。

3. 码捕获码捕获是指接收机在确定卫星信号的码偏移后，对码进行捕获，并进入跟踪模式。

在码捕获中，接收机对接收到的信号进行解调，以分离出来自于卫星的码信号，并与接收机本地生成的码进行匹配以进行跟踪。

二、 GPS 信号捕获算法的研究为了提高 GPS 信号的捕获速度和准确性，许多学者进行了广泛的研究。

这些研究主要围绕以下三个方面展开。

1. 初步搜索算法初步搜索算法是 GPS 信号捕获中最耗时的环节。

为了加快初步搜索速度，常用的方法包括并行搜索、局部搜索和二进制搜索。

并行搜索是指将搜索任务分拆成多个子任务并在多个通道上同时执行，以缩短搜索时间。

局部搜索是指在初步搜索过程中，在预先确定的窗口范围内进行搜索，以加快搜索速度。

二进制搜索是指将搜索空间等分为两个部分并依次执行，以减小搜索时间。

2. 细搜索算法细搜索算法的目标是尽可能缩短搜索时间并降低搜索误差。