第七章GPS信号的捕获与跟踪
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噪声带宽 自然频率与噪声带宽的关系
36
阻尼系数
37
噪声带宽
38
School of Electronic Engineering
Frequency offsets is 20 Hz
39
School of Electronic Engineering
40
School of Electronic Engineering
41
码跟踪环-延迟锁定环
Code Tracking: Three local codes are generated and
correlated with the incoming signal
42
码跟踪环-延迟锁定环
43
延迟锁定环基本结构
44
码跟踪环结构
45
School of Electronic Engineering
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Leabharlann Baidu
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
快速算法的改进
23
GPS信号的跟踪
GPS卫星信号是动态变化的，变化包括： 多普勒效应引起载波频率发生动态偏移； 伪随机码的起始时间回随着卫星与接收机
间距离的变化而变化。 两个跟踪环：载波跟踪环和码跟踪环
24
载波跟踪环
接收到的GPS信号
25
载波跟踪环
解扩频后的信号 I、Q支路的输出
26
11
频率搜索步长与数据长度的关系
12
搜索捕获原理
起始位置估计
Incoming code
Generated code
Correlation 01 23 45 67
13
捕获原理
载频估计
Correlation 12 34 56 78
14
串行搜索捕获方法
15
串行搜索捕获方法
16
串行搜索捕获方法
FFT频域捕获方法
10
捕获使用数据的长度
使用的数据越长，捕获效果就越好，但使用较长的 数据必然会使运算量增加； 限制捕获使用的数据长度的因素有两个：导航电文 的跳变和C/A码的多普勒效应； C/A码的周期是1ms，所以至少需要1ms的数据才 能完成捕获操作。 导航电文每个数据位的长度是20ms或者说是20个 C/A码的长度 选用10ms的数据进行捕获时，可以不用考虑C/A码 多普勒频移的影响。
School of Electronic Engineering
GPS信号捕获与跟踪
GPS信号的组成 GPS信号捕获的两个参数 捕获原理及步骤 GPS信号的跟踪 载频跟踪 码跟踪
1
捕获和跟踪在接收机中的位置
射频 前端
A/D 转换器
捕获
接收机 接通接通接通收道接通收R道接c通收道机e通h收道接机收c道a机道e机n收机inv机eelr
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
3874m / s
卫星轨道半径26560km
4
GPS中的多普勒频移
5
卫星造成的多普勒频移
在卫星可能引起多普勒效应的方向上的最大速度：
vd max 929 m s
C/A信号的载频：fCA 1575.42MHz 卫星运动造成的最大多普勒频：
fdr
fCAvd max c
1575.5 929 3108
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
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
载波跟踪环
噪声信号的表示 积分、去高频的后的I、Q支路的输出
27
鉴相器
28
鉴相器
29
载波跟踪环的输出
30
锁相环
31
滤波器前的鉴相器输出
32
滤波器后的鉴相器输出
33
二阶锁相环的特性
环路滤波器和VCO的传递函数
环路传递函数
34
二阶锁相环的特性
自然频率 阻尼系数
35
二阶锁相环的特性
46
School of Electronic Engineering
47
School of Electronic Engineering
48
School of Electronic Engineering
49
School of Electronic Engineering
50
School of Electronic Engineering
36
阻尼系数
37
噪声带宽
38
School of Electronic Engineering
Frequency offsets is 20 Hz
39
School of Electronic Engineering
40
School of Electronic Engineering
41
码跟踪环-延迟锁定环
Code Tracking: Three local codes are generated and
correlated with the incoming signal
42
码跟踪环-延迟锁定环
43
延迟锁定环基本结构
44
码跟踪环结构
45
School of Electronic Engineering
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Leabharlann Baidu
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
快速算法的改进
23
GPS信号的跟踪
GPS卫星信号是动态变化的，变化包括： 多普勒效应引起载波频率发生动态偏移； 伪随机码的起始时间回随着卫星与接收机
间距离的变化而变化。 两个跟踪环：载波跟踪环和码跟踪环
24
载波跟踪环
接收到的GPS信号
25
载波跟踪环
解扩频后的信号 I、Q支路的输出
26
11
频率搜索步长与数据长度的关系
12
搜索捕获原理
起始位置估计
Incoming code
Generated code
Correlation 01 23 45 67
13
捕获原理
载频估计
Correlation 12 34 56 78
14
串行搜索捕获方法
15
串行搜索捕获方法
16
串行搜索捕获方法
FFT频域捕获方法
10
捕获使用数据的长度
使用的数据越长，捕获效果就越好，但使用较长的 数据必然会使运算量增加； 限制捕获使用的数据长度的因素有两个：导航电文 的跳变和C/A码的多普勒效应； C/A码的周期是1ms，所以至少需要1ms的数据才 能完成捕获操作。 导航电文每个数据位的长度是20ms或者说是20个 C/A码的长度 选用10ms的数据进行捕获时，可以不用考虑C/A码 多普勒频移的影响。
School of Electronic Engineering
GPS信号捕获与跟踪
GPS信号的组成 GPS信号捕获的两个参数 捕获原理及步骤 GPS信号的跟踪 载频跟踪 码跟踪
1
捕获和跟踪在接收机中的位置
射频 前端
A/D 转换器
捕获
接收机 接通接通接通收道接通收R道接c通收道机e通h收道接机收c道a机道e机n收机inv机eelr
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
3874m / s
卫星轨道半径26560km
4
GPS中的多普勒频移
5
卫星造成的多普勒频移
在卫星可能引起多普勒效应的方向上的最大速度：
vd max 929 m s
C/A信号的载频：fCA 1575.42MHz 卫星运动造成的最大多普勒频：
fdr
fCAvd max c
1575.5 929 3108
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
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
载波跟踪环
噪声信号的表示 积分、去高频的后的I、Q支路的输出
27
鉴相器
28
鉴相器
29
载波跟踪环的输出
30
锁相环
31
滤波器前的鉴相器输出
32
滤波器后的鉴相器输出
33
二阶锁相环的特性
环路滤波器和VCO的传递函数
环路传递函数
34
二阶锁相环的特性
自然频率 阻尼系数
35
二阶锁相环的特性
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School of Electronic Engineering
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School of Electronic Engineering
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School of Electronic Engineering
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School of Electronic Engineering
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