第七章 GPS信号的捕获与跟踪

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。

信号调整、捕捉和跟踪

19
信号跟踪
延迟锁定鉴别器的输出为式中
D ( ) R c [(
2
e ( t , ) y 2 ( t ) y1 ( t )
2
1 2
k A D ( )
2 2
1 2
) T c ] R c [(
1 2
)T c ]
在 0 附近，有这里
R c ( )
2 c o s ( 2 ( f IF fˆD ) t ˆ ) 2 s in ( 2 ( f IF fˆD ) t ˆ )
它们分别称为同相和正交参考信号。
8
信号捕捉
s (t ) C D ( t ) x ( t ) co s( 2 ( f IF f D ) t )

D ( ) 2

Tc

是相对跟踪误差
是扩频码的自相关函数
20
信号跟踪

载波跟踪环的基本工作过程是：首先对剔除了扩频码的输入信号进行正交混频，得到I 通道和 Q 通道的信号，然后对它们分别进行通滤波，输出结果送到载波跟踪环鉴别器确定输入信号与参考信号的频率或相位误差，再利用频率或相位误差控制载波数控振荡器（NCO）对本地参考信号进行相位或频率的调整，以实现参考信号与输入信号载波频率和相位的精确同步，达到载波跟踪的目的。
2
式中， A co s 表示接受到的信号， B c o s 表示接收机产生的参考信号。 A co s B co s 2 c X ( t ) D ( t ) co s( 2 ( f L f D ) t ) 2 co s( 2 ( f L f IF ) t IF )

第七章 GPS卫星信号接收机

第六讲GPS接收机学习指导主要介绍GPS接收机及其系统，内容包括：GPS接收机的组成及基本原理、GPS 卫星信号接收机的分类、常见GPS测量接收机、GPS卫星接收机的选用与检验。

教学目的是使学生掌握GPS接收机的组成及基本原理，了解GPS接收机的分类、各类GPS 测量接收机的特征，学习GPS卫星接收机的选用与检验。

为GPS接收机选购、GPS测量的外业实施和数据处理打下理论基础。

本讲内容的特点是设备硬件概念多、技术指标多，不涉及技能训练。

学习时重点掌握各类GPS接收机的组成、各种常见GPS测量接收机。

对于GPS卫星接收机的检验过程不要求掌握，但对检验的项目应当理解并熟练掌握运用。

应能结合GPS卫星接收机的选用，从中看出影响定位精度的各种因素，并能通过以后章节学习，掌握相应的GPS测量接收机分类，选择合适的GPS接收机以保证测量精度的措施。

本单元教学重点和难点4、GPS接收机的结构。

教学目标1、熟悉GPS接收机的结构；2、了解GPS接收机的分类；3、了解GPS接收机的天线装置。

GPS卫星信号接收机，是GPS导航卫星的用户关键设备，是实现GPS卫星导航定位的终端仪器。

它是一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS卫星导航定位信号的无线电接收设备，既具有常用无线电接收设备的共性，又具有捕获、跟踪和处理卫星微弱信号的特性。

本章针对GPS信号接收机的特性，论述了GPS信号接收机的基本结构原理和GPS卫星接收机的选用与基本性能检验。

同时、简要介绍了依据当前国际上GPS接收机的发展现状和我国拥有GPS接收机的实际情况， GPS卫星信号接收机类型的测量型与GPS接收机选择。

一、GPS接收机的结构原理1 GPS接收机的基本结构144145信号通道变频器电源频率综合基准频率前置放大器频率变换器信号解扩解调D(t)伪码测量载波相位测量显示器C/A 码发生器P 码发生器控制信号GPS 天线存储器CPU 数据输出GPS 接收机主要由GPS 接收机天线单元、GPS 接收机主机单元和电源三部组成。

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。

卫星导航系统-第7讲GPS接收机技术-1

卫星导航系统-第7讲GPS接收机技术-1GPS接收机的概念⼀种能够接收、跟踪、变换和测量GPS卫星导航定位信号的⽆线点接收设备，即具有⽆线电接收设备的共性，⼜具有捕获、跟踪和处理微弱的GPS卫星信号的特性。

GPS接收机本质是⼀种传感器，它主要⽤于感应、测量GPS卫星相对于接收机本⾝的距离以及卫星信号的多普勒频移，并从卫星信号中解调出导航电⽂，实现定位和测速等。

⽬前是多通道接收机为主！按接收机⼯作原理分类码相关型接收机：C/A码的码相关获取接收机的位置平⽅型接收机：利⽤载波相位来获得位置混合型接收机:同时利⽤了上⾯两者来实现的⼲涉型接收机⽬前绝⼤部分是采⽤混合型接收机；接收机的体系结构GPS接收机基本结构天线模块、射频前端模块、基带处理模块、应⽤处理模块；接收机天线天线作⽤接收天线是接收机的⾸个元器件，它接收卫星发射的电磁波信号并转变成电流信号，以供接收机射频前端摄取和处理。

天线要求天线与低噪声放⼤器⼀体；能够接收来⾃任何⽅向的卫星信号，不产⽣死⾓；有防护与屏蔽多路径的措施；天线相位中⼼保持⾼度稳定，并与⼏何中⼼⼀致；说明接收机的测量中⼼是在相位测量中⼼；⼏个常见的概念⾃由空间传播公式说明了接收GPS的强度⼤约是多少；P R表⽰接收天线接收信号的强度，指功率；P T表⽰卫星上发射天线的功率；G T表⽰发射天线的增益；G R表⽰接收天线的增益；第四项表⽰的是路径电磁波的衰减；最后⼀项指⼤⽓损耗通过上⾯公式就能够⼤概估算出地⾯的接收机接收到信号的强度⼤概是多少。

从上⾯可以计算出在对应的仰⾓情况下，这个信号到达地⾯的强度是多少信号强度是不同的，因为距离不同；但我们希望在不同点接收到的信号强度是相同的；如果功率相差⽐较⼤会带来什么问题呢，如果不同的话，会给别的信号的互相关产⽣⼲扰；怎样保证在地球不同位置接收到同⼀卫星的强度相差不⼤呢，在GPS系统的发射天线在不同的⾓度上它的增益是不同的，来调整在地球表⾯不同位置的信号强度相差不⼤；在地球上⾓度为40度的时候，接收到的信号强度是最强的；信号强度并不能完整地描述信号的清晰程度以及它的质量好坏；信噪⽐和载噪⽐；信号接收功率强弱并不能完整的⽤来描述信号的清晰程度或者质量好坏，还需要知道信号相对于噪声的强弱。

GPS软件接收机的信号捕获和跟踪

中图分类号：Ｎ６．Ｔ９７１文献标识码：Ａ文章编号：０２—２７（０８０一１１０１０２９２０）ｌ０２ — ３
ＡｃｕｓｔｎａｄＴｒｃｉｇｆＰＳＳｏｔｒｃｉｅｑｉｉｏｎａｋｎｏｒＧｆｉｗａｅＲｅｅｖｒ
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ＧＳ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
１ＧＳ软件接收机简介Ｐ
随着ＧＳ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ＧＳ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２０３）上上０００摘要：由于ＧＳ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ＺｒｎＰ其ａｌｋ的ｉ
Ｇ２１Ｐ０５和Ｇ４２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Ｐ００硬将Ｆ，
后将数字信号传送给Ｐｃ机，Ｐ在ｃ机上用Ｍａａｔｂ对接收到的信号进行捕获和跟踪，后将得到的ｌ之ＧＳ导航信号传给后面的处理模块，终得到位置坐标。Ｐ最

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。

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

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。

第7章GPS接收机及其电路

可以计算三种不同的测量值：伪距、Δ距离（有时称做Δ伪距）
和积分多普勒频移。所希望的测量值和解调后的导航消息数据
送至基带处理器。基带处理器对接收机信号的截获、跟踪和数
据采集进行控制，并处理接收机的测量值形成PVT解。在一些应
用中，也可用专门的微处理器同时完成PVT的计算和相关联的
导航功能。
第7章 GPS接收机及其电路 7.1.3 数字GPS
μA
电池备用模式
峰到峰的纹波
100
mV
运行模式
信号捕获性能
水平方向精确性

9.7
m
2DRMX
速度精确性
0.06
m/s
1Sigma
差分 GPS 精确性
＜1
m
2DRMS
数据更新速率分辨率
1
s
时间标记
1
s
1s±100ns（1Sigma）
串行数据输出协议
二进制，NMEA-0183
置放大器组成。天线为右圆极化（RHCP）形式，典型的覆盖角是160°，其增益变化在天顶约为2.5 dBic，在仰角为10°时接近于1（RHCP天线的单位增益也可以用全向圆极天线表示为0 dBic=0 dB），在10°以下增益一般变为负的。由于卫星信号是 RHCP形式，适合于用圆锥螺旋天线或其变形（如定向天线、偶极子天线、微带天线、螺旋天线等）进行接收。同时在L1和 L2波段上跟踪P（Y）码的GPS接收机需要同时在两个频率上具有20.46 MHz的带宽。如果GPS接收机只跟踪L1波段上的C/A码，天线（和接收机）在飞机上倾向于使用薄剖面、低空气阻力的片状天线，而陆上运载体（如汽车）可使用较大外形的天线。
7.2.2第R7F章80G0P9的S接主收要机性及能其指电标路

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。

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。

GPS软件接收机的信号捕获和跟踪

GPS软件接收机的信号捕获和跟踪
鲍雍荣;李振波;陈佳品
【期刊名称】《微处理机》
【年(卷),期】2008(029)001
【摘要】由于GPS软件接收机的高度灵活性,其应用也越来越广泛.这里我们使用Zarlink的GP2015和GP4020硬件电路接收卫星信号,将其降至中频IF,将模拟信号采样转为数字信号.之后将数字信号传送给PC机,在PC机上用Matlab对接收到的信号进行捕获和跟踪,之后将得到的GPS导航信号传给后面的处理模块,最终得到位置坐标.
【总页数】3页(P121-123)
【作者】鲍雍荣;李振波;陈佳品
【作者单位】上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,上海,200030;上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,上
海,200030;上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,上
海,200030
【正文语种】中文
【中图分类】TN967.1
【相关文献】
1.GPS软件接收机中微弱信号捕获算法研究 [J], 李建伟;严丽云
2.基于GPS软件接收机平台的弱信号捕获算法研究 [J], 苗剑峰;周贵荣;赵媛媛
3.适用于GPS软件接收机的弱信号捕获方法 [J], 黎山;易清明;陈庆;石敏
4.基于半比特交替和FFT组合的GPS软件接收机弱信号捕获算法 [J], 李寅寅;徐晓苏;刘锡祥
5.GPS软件接收机中一种新的弱信号捕获算法 [J], 李源明;张波;李署坚;张彦仲因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。