GPS接收机中伪随机码快速捕获技术的研究
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。
GPS快速捕获算法研究与仿真
号， 包括载波信号 、 测距码和导航电文。Ｇ Ｓ信号的 Ｐ 捕获是一个包括码相位和多普勒频率的二维搜索过 程， 主要有时域串行搜索和频域并行搜索两种方式。 时域 串行搜 索花 费 的 时 间通 常 比较长 ， 高 动 态 和 在 弱信号的情况下 常用频 域 Ｆ Ｔ方法可有效 的节约 Ｆ 捕 获 的时 间 。
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｒ ｄ ｔ ｎ ｌＧ Ｓ ｒ ｃ ｉｅ ｓｎ ｏ ｒ ｌｔ ｇ ｍｅｈ ｄ ｎ ｔ ． ｏ ｉ ｏ ｌ ａ ｅ ａ ｌｎ ｉ ｏ ｈ ｉ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｔ ｉ ｏ ａ Ｐ ｅ ｅｖ ｒ ｕ ｉ ｇ ｃ ｒｅａｉ ｔ ｏ ｓ ｉ ｉ ｄ ｍａ ｎ ｗ ｕ ｄ ｔ ｋ ｏ ｇ ｔ ａ ｉ ｎ ｍｅ ｍｅ ｂ ｔ ｎ ｃ ｌ ｔｒ ｐ ａ ｄ ｒ — ｃ ｕ ｓｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｈ ｒ ｆｒ ｓ ａ ｐ ｉａｉｎ ｉ ｅ ｋ ｓｇ ａ ｒｈ ｇ ｙ ａ ｃ ｅ ｖ ｒ ｎ ｎ ｓ ｎ ｔ ｏｄ ｓａ ｔ ｅ ａ ｑ ｉｉ ｏ ｒ ｃ ｓ ；ｔ ｅ ｅ ｏｅ ｉ ｐ ｌ ｔ ｎ ｗ ａ ｉｎ ｏ ｉｈ ｄ ｎ ｍｉ ｎ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｕ ｎ ｉ ｔ ｃ ｏ ｌ ｏ ｉ
ｍｅ ｈ ｄ ｗｈ ｃ ａ ａ ｏ ￣ ｑ ｅ ｃ ｅ ｒ ｈ ｎ ｃ ｐ ｎ ｄ ｐ ｖ ｒ ｇｎ ａ ｌ ｇ ｃ ｒｅａ ｉｎ ｉ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ； ｉ ｔ ｏ ｉｈ ｃ ｎ ｎ ｌ ｗ ｅ ｕ ｎ ｙ ｓ ａ ｃ ｉ ｇ ｓ ｏ ｅ ａ ｄ ａ ｏ ｔ ａ ｅ ａ ｉ ｇ ｓ ｍｐ ｉ ｏｒ ｌｔ ｓ ｎｒ ｕ ｅ Ｔ ｎ ｏ ｏ ｔ ｓ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ＧＰ ｙ ｒｓ Ｓ：ｓ ｆ ｒ ｅ ｄ ｆ ｅ ａ ｉ ｏｔ ｗａ ｅ ｎ ｄ ｒｄ ｏ；ａ ｅ ａ ｉ ｇ ｓ ｍｐ ｉ ｇ 丌 ｉ ｖ ｒ ｇ ｎ ａ 统 （ ｌ ａ ｐｓｉｎ ｓｓ ｍ， ｇ ｂｌ ｏｉｏ ｙｔ ｏ ｔ ｅ
高动态GPS接收机捕获技术研究
高动态GPS接收机捕获技术研究高动态GPS接收机捕获技术研究摘要：随着人们对高速移动中位置信息需求的不断增加，高动态GPS接收机的研究变得尤为重要。
在本文中，我们将对高动态GPS接收机捕获技术进行研究，并探讨其在高速移动场景下的应用。
1. 引言全球定位系统（GPS）是一种由美国提供的导航卫星系统，其可以提供全球范围内的准确位置信息。
然而，传统的GPS接收机在高速运动下往往难以实现准确的定位，而高动态GPS接收机则能够满足这一需求。
2. 高动态GPS接收机的基本原理高动态GPS接收机通过采用先进的捕获技术，对信号进行实时处理，从而实现高速移动场景下的准确定位。
其基本原理包括频率搜索、码搜索和时间搜索三个主要步骤。
2.1 频率搜索在高动态场景下，GPS信号的频率会发生变化。
因此，高动态GPS接收机通过对接收到的信号进行频率搜索，从而找到合适的频率范围。
其采用了快速频率搜索算法，能够在短时间内找到最佳频率。
2.2 码搜索码搜索是高动态GPS接收机中的关键步骤。
传统的GPS接收机往往难以在高速移动中对信号进行鉴别，而高动态GPS接收机通过快速实时的码搜索算法，能够准确地捕获到GPS信号。
其算法主要包括早、晚和精确匹配阶段，通过逐步逼近的方式完成对码信号的搜索。
2.3 时间搜索时间搜索是在捕获到GPS信号的情况下，进一步确定接收机与卫星之间的距离差的步骤。
高动态GPS接收机通过准确计算时间信息，从而实现高速移动下的准确定位。
3. 高动态GPS接收机的应用高动态GPS接收机在军事、民航、交通管理等领域有着广泛的应用前景。
3.1 军事领域高动态GPS接收机可以用于军事导航、目标定位和武器制导等方面。
在高速移动的战场环境下，准确的定位信息对于军事操作至关重要。
3.2 民航领域民航领域也对高动态GPS接收机有着明显的需求。
在高速飞行的飞机上，传统的GPS接收机往往无法提供准确的定位信息。
而高动态GPS接收机则可以解决这一问题，提供可靠的导航信息。
基于北斗系统的伪码捕获技术的研究
（ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ５ ０ ０ ０１ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｓ ｓ ｉ ｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ３ Ｄ ｓ ａ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｉ ｎ ｄ ｅ ｐ ｅ ｎ ｄ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ
关 键 词 ：北 斗 导 航 系统 ；伪 码 捕 获 ；相 位 补 偿 ；同 步 累加
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｎ ９ ６ ７ ． １
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１ ６ ７ ４ — ６ ２ ３ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ２ ４ — ０ ０ ３ ３ — ０ ４
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ ｃ ｏ ｄｅ ｃ ａ ｐｔ ｕ ｒ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｓ ｓ
ｔ ｈ ｅ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｓ ｓ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ａ ｌ — ｔ ｉ ｍｅ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｉ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｃ ｏ ｄ ｅ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ
GPS伪随机码仿真技术研究
# 28#
沈阳理工 大学学报
2008 年
1 GPS卫星信号结构
目前 GPS系统主要利用直接序列扩频调制技
术 [ 3, 4] , 采用 11023MH z( C /A 码 ) 和 10123MH z( P
( Y) 码 ) 速率的伪随机码在 L 1和 L 2频率上调 制
发射 50H z的 导航 定位 信息, L1 和 L2 分 别为 1
2 0 0 8年 4月 第 2 7卷 第 2期
沈阳理工大学学报
TRANSACT IONS OF SH ENYANG L IGONG UN IVERSITY
文章编号: 1003 - 1251( 2008) 02 - 0027- 04
V ol. 2 7 N o . 2 A p r. 2 0 0 8
GPS 伪随机码仿真技术研究
第 2期
刘 芳等: GPS 伪随机码仿真技术研究
# 29#
示为 P ( t) = X 1 ( t ) Ý X 2 ( t + ni S0 ), 其中 ni 为子码
X 2 的延迟参数, 规定为 0[ ni [ 36 的正整数. 两个
子码 X 1 与 X 2 均是由 12级移位寄存器产生的 截 短码. X 1 ( t)的周期为 115s, 码长为 15 345 000 码
( 1. Shenyang L igong U n ivers ity, Shenyang 110168, Ch ina; 2. N an jing U n iversity of Science and T echnology)
A bstract: A pplicat ion o f the current GPS system is increasing ly w ide, and the research o f GPS signa l is the basis o f re lated areas. Therefore, the un ique characteristics of GPS using the pseudo- random code C /A code, P code and the new M code are ana lyzed on the basis o f its basic princ ip les and structure o f the sate llite signa.l M eanw hile, the m ethod for generating the codes is also stud ied. And based on M a tlab /S im ulink sim ulation p latform, the GPS pseudo - random signals are sim ulated, the results acco rd w ith the real signal characterist ics. K ey words: GPS; C /A Code; P Code; M Code; M atlab
GPS信号快速捕获技术研究及仿真
ｐ ｅ ｅ ｔｄ，ａ ｄ ａ ｓ ｃ ｎ ａ ｙ ｔ ａｍｅ ｔ ｓｔｋ ｎ ｂ ｓ ｄ ｏ ｅｅ ｉｔｎ ｔｏ ． ｒｑ ｅ ｃ ｐ ｃ ｓｍａ ｅ ｓ ｌ ｒｔ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｒｓｎｅ ｎ ｅ ｏ ｄ ｒ ｒ ｔ ｎ ａ ｅ ａ ｅ ｎ ｔ ｘ ｓｅ ｔ ｅ ｉ ｈ ｍｅｈ ｄ Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ ｓ ａ ｅ ｉ ｄ ｍａ ｌ ｒ ｄ ｃ ｈ ｅ ｏ ａｔ ｎ ａ ｉｎ ｏ ｏ ｒ ｌｔ ｎ ｐ ａ ，ａ ｄ ｍｏ ｅ ａ ａｌｂ ｅ ｔ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ａ ｐ ｉ ａｉｎ Ｕｓｎ ｈ ｓ ｍｅ ｈ ｄ，ｔ ｅ ｃ ｒｅａ ｉｎ ｖ ｌ ｅ ｏ ｔ ｕ ｔ ｆｃ ｒｅ ａｉ ｅ ｋ ｎ ｒ ｖ ｉ ｌ ｏ ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｐ ｌ ｔ ． ｉ ｇ ｔ ｉ ｅ ｏ ｏ ａ ｎ ｃ ｏ ｔｏ ｈ ｏ ｒ ｌｔ ａ ｕ ｆ ｏ ｉ ｐ ｔｓｇ ａ ｎ ｏ ａ ｉ ｎ ｌ ｉ ｃ ｃ ｌｔ ｄ ｉ ｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｉ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｒｉｒ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ａ ｄ ｃ ｄ ｈ ｓ ｒ ｖ ｉ ｂ ｅ ｎ ｕ ｉｎ ａ ｄ ｌ ｃ ｓｇ ａ ｓ ａ ｕ ａｅ ｎ ｆ ｕ ｎ ｙ ｄ ｍａ ｎ ｎ ｈ ａ ｒｅ ｒ ｑ ｅ ｃ ｎ ｏ ｅ ｐ ａ ｅ ａ ｅ ａ ａｌ ｌ ｌ ｌ ｌ ｅ ａ
了信 号 捕 获 时 间。
关键词 ： Ｐ Ｇ Ｓ卫 星 ； 速 捕 获 ：载 波频 率 ；码相 位 快
中 图 分 类 号 ： Ｎ ２ Ｔ ９７
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１７ — ２ ６ ２ １ ）８ ０ ５ — ３ ６ ４ ６ ３ （０ ２ ０ — １０ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ ｓｍ ｕ ａ ｉｎ ｏ ａ ｔａ ｑ ｉｉ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｓ ａ ｃ ｎ ｉ ｌ ｔ ｎ ｆｓ ｃ ｕｓｔ ｎ ｔｃ ｎ ｌｇ ｆＧＰＳ ｓｇ ａ ｏ ｉ ｉ ｎ ｌ
GPS系统中码捕获方法研究的开题报告
GPS系统中码捕获方法研究的开题报告一、选题背景全球定位系统（GPS）是一种基于卫星发射的无线信号的导航系统，已被广泛应用于军事、民用、航空航天等领域中。
在GPS系统中，码捕获（Code Acquisition）是GPS 接收机接收到卫星信号后，对其进行初步处理的一个重要步骤。
而在码捕获中，自相关函数的计算方法对精度和效率都有着很大的影响。
因此，研究GPS系统中码捕获方法的优化，对于提高GPS系统的性能和精准度具有很大的意义。
二、研究内容本文主要研究GPS系统中码捕获方法的优化。
具体研究内容包括以下几个方面：1. 码捕获中相关函数的计算方法。
传统的码捕获方法中，相关函数的计算采用的是离散傅里叶变换（DFT）或快速傅里叶变换（FFT）。
但是，这些方法在计算速度和精度上都有一定的限制。
因此，通过对相关函数的性质进行分析，本文将研究更优秀的计算方法，如时域积分法、小波变换、群论方法等。
2. 码捕获中相关性质的研究。
相关函数的性质对于码捕获的效率和准确度都有很大的影响。
因此，本文将研究相关函数的自相关性、相位性、峰值特性等，以进一步优化码捕获方法。
3. 码捕获中短码判决的研究。
在GPS系统中，短码是一种长度为1ms（毫秒）的码片。
由于短码的长度较短，它对码捕获的影响较大。
因此，本文将研究短码对于码捕获的影响，并寻找更好的短码判决方法。
三、研究方法本文将采用实验研究和理论分析相结合的方法，对GPS系统中码捕获方法的优化进行研究。
具体来说，本文将从码捕获中的相关函数、相关性质和短码判决等方面入手，探索更优秀的码捕获方法，并进行仿真实验验证。
四、预期成果本文预期可以获得以下成果：1. 提出更优秀的码捕获方法，提高GPS系统的精度和效率。
2. 探索码捕获中相关函数、相关性质和短码判决等方面的研究，丰富GPS系统中码捕获的研究内容。
3. 给出相关算法的仿真实验结果，并对比传统方法进行性能评估。
五、研究意义本文的研究成果将对GPS系统的精度和效率提高有很大的影响。
GPS软件接收机捕获算法的研究
描 1 023 个不同的码相位 。总计扫描的次数为 : 10 000 ( 3) 1 023 ×( 2 + 1 ) = 1 023 × 41 = 41 943 500 序列搜索捕获方法的主要缺点是组合扫描次数 巨大 ,比较耗时 。
2. 2 并行频率空间搜索捕获方法
序列搜索捕获方法通过频率和码相位这两个参 数的所有组合序列化 , 因而非常耗时 。如果这两个 参数中任何一个能从搜索过程中被剔除或者并行实 现 ,整个过程的性能会显著改善 。 并行频率空间搜索捕获方法是通过傅立叶变换 使得处理过程由时域变为频域 。图 2 是并行频率空 间搜索捕获方法的流程图 。
1 引言
GPS在大地测量中的作用日益明显
势 。 GPS系 , 对于扩频系统来说 ,
[1]
[ 4 ～6 ]
。影响接收机很重要的一个方面就是信号处
理的性能 ,接收机处理信号主要包括捕获和跟踪两 个部分 。本文主要对接收机的捕获算法进行研究 。
[ 2, 3 ]
统采用的是扩频通信体制
捕获就是指使本地参考码和接收码的相位差小于一 个码元宽度 , 且收发码时钟频率基本一致 , 同时使 载波相互对准 , 实现输入信号与本地信号的同步 。 目前市场上所使用的 GPS 接收机大多是采用全硬 件实现 ,随着计算机处理能力的不断提高 ,软件接收 机具有很多纯硬件实现的接收机所不具备的许多优
对 10 000 长度的 DFT,起始 N /2 的输出表示的 频率是从 0 Hz 到 fs /2。因此 , 输出频率的分辨率 为: Δf =
fs / 2 N /2 fs N
=
( 4)
假设 fs = 10 MHz, 频率分辨率的结果为 : Δf = 10 MHz = 1 kHz 10 000
GPS伪随机码捕获算法研究
ｇ ｄ ｏ ｅ ｔ ｎ ｔｅ ｐ ｎ ｏ ｍ ｃ ｍ ． ｏ ｏｅｃｍ ｅ ｓｏｔ ｅ ｏ ａ ｉ ｎ ｌ ｌ ｒｈ ｓ ｔｅｏ ｊ ｔ ｅ ｏ ｔ ｔ ｙｉ ｔ ｓｏ ｅ ｅ ｌ ｅｃｒ ｌ ｏ ， ｙ ｓｅ ｄ ｔ ｕ ｈ ｔ ｅ Ｔ ｖｒ ｅ ｔ ｈ ｒ ｇ ｆ ｒｄ ｏ ａ ａ ｏ ｔ ， ｂｅｉ ｆ ｈ ｓ ｄ ｓ ｏ ｈ ｒ ｎ ｔ ｉ ｒａ ｉ ｈ ｏ ｉ ｏ ｈ ａ ｔ ｔ ｇｉ ｍ ｈ ｉ ｃ ｖ ｅ ｕ ｔ ｈ
关 键 词 粗 码 ； 动 相 关 ； 频 ； 获 滑 扩 捕
中 图分 类 号 Ｔ ９７ ２ Ｎ２ ． 文 献标 识 码 Ａ
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｑ ｉｉ ｏ ｇ ｒｔ ｍ ｆＧＰＳ Ｓ ｇ ａ ｔ ｄ ｎ Ａｃ ｕ ｓｔ ｎ Ａｌ ｏ ｉｈ ｏ ｉ ｉｎ ｌ
ＷＵ Ｊａ — ｎ ． ｏ ｇ ｈ ｉ ｉｎ ｆ ｇ ｅ ＨＵ Ｙ ｎ － ｕ
统 导航 定位 的精 度 ， 且 使 系统 具 有 很 高 的抗 电子 并 干扰能 力和 极 强 的保 密 能 力 ， 所 用 的 关 键 技术 是 而
伪 随机 码 的扩 频 技术 。因此 在 Ｇ Ｓ用 户端 ， 现伪 Ｐ 实
Ｇ Ｓ的 Ｃ Ａ码 信 号 ， 期 为 １Ｉ ， 果 中频 抽 样 信 Ｐ ／ 周 ｌ 如 ｌ ｓ 号 的频率 是 ５ ７ ４ＭＨ ， 么 １ ｌ ．１ ｚ 那 ｌ Ｉ ｓ内将 产生 ５ １ ４个 ７ 采 样数 据点 ， 而这 ５７ ４个 点肯定 包含 了 １个完 整的 １
０ பைடு நூலகம்言
Ｇ Ｓ是利 用导 航 卫星进 行 测时 、 距 ， 以在全 Ｐ 测 可 球 范 围内为 用 户提 供 高 精 度 的位 置 、 度 和 时 间信 速
码长 为 １０ ３ ， 周期 为 １Ｉ ， ２ 位 码 ｌ 一般 民用 接 收机 都 ｌ ｓ 使用 Ｃ Ａ码 。常用 的 ３种 捕 获方 法 是 ： 动 相关 捕 ／ 滑
GPS接收机伪码跟踪技术研究及仿真
理。其中，除去硬件因素外，解扩解调中的码跟踪、载波跟 踪等算法是影响ＧＰＳ接收机动态性能的关键技术。
三级滤
射频部分
波电路
天线Ｌ（亘匦廿咂亟酬 采样控 数字部分 罴擀铲喹枢 函卤
中图分类号：ＴＮ９２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００４．７３１Ｘ（２００６）１１－３２０９—０３
ＧＰＳ Ｃｏｄｅ．ｔｒａｃｋ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ＤＯＮＧ Ｙｕａｎ—ｗｅｎ，ＧＵＡＮ Ｈｏｎｇ—ｙｕｎ，ＨＵ Ｈｕｉ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｏｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００５ １，Ｃｈｉｎａ）
图３带载波的超前－滞后非相干码跟踪环
码环鉴相器的输入为同相／正交支路码相位超前／滞后的
相关信号。码相关发生时候，环路进入跟踪状态，假定
ｄ＝２６，ｄ为相位超前与滞后支路的相位间隔，则控制量Ｂ
（ｋ）为：
Ｂ（ｋ）＝Ｊ；（忌）＋Ｑ；（｜｜｝）一Ｊ？（足）一Ｑ？（七）
＝ｏ．２５Ａ２ ｓｉｎｃ｛Ａｆ一（ｋ）Ｔ，ｒ）
·３２１１·
（下转第３２１６页）
第１８卷第１１期 ２００６年１１月
系统仿真学报
Ｖ０１．１８Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ．，２００６
的间隔或者与信道编码等抗衰落技术相结合。 尺（七）＝Ｓ（ｋ）Ｈ（ｋ）＋ｌ（ｋ）＋Ｗ（ｋ）
５结论
在无线ＯＦＤＭ系统中，提出一种使用矩形等值网状导频
ＤＦｒ Ｂａｓｅｄ Ｐｉｌｏｔ—Ｓｙｍｂｏｌ—Ａｉｄｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＯＦＤＭ
一种GPS软件接收机信号快速捕获算法研究
一种GPS软件接收机信号快速捕获算法研究李亚峰;王新龙;纪新春【摘要】利用实测数据,对全采样点循环相关、1023点和1024点平均相关三种GPS信号捕获算法进行了峰-峰比、捕获概率、捕获精度和执行时间的定量对比分析.针对1024点平均相关捕获算法执行速度快,但对弱信号捕获灵敏度差的问题,提出一种基于多码长数据段叠加的1024点平均相关改进算法.该算法对载波剥离后的多码长数据段叠加后再进行1024点平均采样,从而使其既满足FFT快速计算的要求,又提高了信噪比.测试结果表明该算法在保持捕获快速性的同时,能够显著提高GPS弱信号的捕获概率,克服了传统1024点平均相关导致的相关峰-峰比损失问题,具有实际应用价值.【期刊名称】《航空兵器》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】7页(P20-26)【关键词】GPS;快速捕获;循环相关;FFT【作者】李亚峰;王新龙;纪新春【作者单位】北京航空航天大学宇航学院,北京 100191;北京航空航天大学宇航学院,北京 100191;北京航空航天大学宇航学院,北京 100191【正文语种】中文【中图分类】TN973.30 引言常规GPS 接收机的基带信号处理过程由专用集成电路(ASIC)完成，其优点是执行速度快和功耗低，但算法不易更改，研发周期长。
相比之下，基于通用信号处理芯片的GPS软件接收机(Software Defined Receivers，SDR)，以建立灵活可变的开放式结构为目的，利用尽可能靠近天线的宽带A/D将射频采样数据送入可编程模块，应用数字信号处理技术获得所需结果，因而允许在不改变硬件的前提下，对不同模块动态选择参数，从而实现可重构的SDR，这对于新算法的研究、测试及综合其他设备都具有极大的便利性［1］。
本文利用基于PC的SDR验证平台所进行的GPS信号快捕技术研究充分体现了SDR的这种优势。
信号捕获是接收机开机后的首步操作，其作用是确定可见星及载波频率与码相位的粗略估计值［1－2］，并据此启动跟踪环，或在跟踪失锁情况下，重新获取以上参数。
实时软件接收机伪码快速捕获技术
实时软件接收机伪码快速捕获技术
赵欣;赵琳;宋洪涛;郝勇
【期刊名称】《弹箭与制导学报》
【年(卷),期】2009(029)004
【摘要】为开发实时GPS软件接收机,文中首先分析了目前伪码并行捕获方法中系统复杂度和捕获速度之间的矛盾,设计了基于FFT的循环相关并行捕获算法.针对弱信号环境下低信噪比的情况,研究了适合该算法的解决方案,并提出改进的捕获算法,理论分析与实验结果证实了该方法在弱信号环境下具有较好的捕获性能,并能大幅度减少捕获时间.
【总页数】4页(P185-188)
【作者】赵欣;赵琳;宋洪涛;郝勇
【作者单位】哈尔滨工程大学自动化学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学自动化学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学自动化学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学自动化学院,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TN966.2
【相关文献】
1.高动态多普勒条件下伪码快速捕获技术 [J], 赵琦;薛静;吴智杰
2.高动态多普勒条件下伪码快速捕获技术 [J], 赵琦;薛静;吴智杰
3.高动态大多普勒频移伪码快速捕获技术研究 [J], 李弋鹏;姜晓斐
4.多普勒频移修正下的快速伪码捕获技术的实现 [J], 王守亚;吴琰
5.高动态大多普勒频移伪码快速捕获技术研究 [J], 李弋鹏;姜晓斐
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GPS软件接收机捕获方法研究
ｐ ａ ｎ ｈ ｕ ｐ ａ ａｉ ａ ｈ ａ ｉ ｅ ｋ ａ ｄ ｔ ｅｓ ｂ— ｅ ｋ ｒ ｔｏ， ｔｔ ｅ ｓ ｍｅ ｔｍｅ，ｈ ｐ ｃｆｃｓｅ ｓａｅ ｐ ｅ ｅ ｅ ｔ ｅｓ ｅ ｉ ｔ ｐ ｒ ｒ ｓ ｎｔｄ．Ｔｈ ｏ ｇ ｈ ｎ ｌ ｓｓｏ ｈ ｅ ｌＧＰＳ ｉ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅａ ａｙ ｉ ｆｔ ｅｒ ａ Ｉ ｉ ｎ １ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ Ｔ— ａ ｅ Ｆ ｓｇ ａ ．ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｔ ａ ｈｅ ＦＦ ｂ ｓ ｄ ＧＰＳ ｓｇ ａ ｃ ｕ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉｎ ｌａ ｑ ｓｔ ｎ ａ ｄ ＦＦＴ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｄ ｍａ ｎ ｍｅｈ ｄ ｉ ｑ ｅ ｃ — ｏ ｉ ｔ ｏ ｒ ａ ｅ ｖ ｒ ｆ ｃｉｅ ｔ ｂ ａｎ ｔｅ ｆｎ ｅ ｕ ｎ ｙ，ｈ ｓ ｉ ， ａ ａ ｔ ｅ ｑ ｉｋ ｙ ａ ｄ ａ ｃ ｒｔ ｌ Ｓ ｏ ｍｅ ｔｔ ｅ ｒｑｕｒ — ｒ ｅ ｙ ｅｆ ｔｖ ｏ ｏ ｔ ｉ ｈ ｅ ｆ ｑ ｅ ｃ ｔ ｉ ｓ ｃ ｎ ｃ ｐｕｒ ｕ ｃ ｌ ｎ ｃ ｕ ａｅｙ， Ｏ ｔ ｅ ｈ ｅ ｉｅ ｅ ｉ ｒ
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卫星导航定位系统中伪随机码的研究
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时间频率学报 总 27 卷
2 扩频通信中的伪随机码
2. 1 扩频码概述 C. E. Shannon 的总可以找到某种
编码方法 ,在码周期相当长的条件下 ,能够几乎无差错地从受到高斯噪声干扰的信号中复制 出原发信息 [ 1 ] 。 伪随机码序列有理想的自相关特性 ,可以作为扩频系统中的扩频码 。m 序列是一种双 值自相关的狭义伪随机序列 ,有优良的自相关特性 ,且易于产生和复制 ,在扩展频谱中有很 广泛的应用 。其自相关函数为 :
Gold 码就其平衡性来讲 ,可以分为平衡码和非平衡码 。平衡码具有更好的频谱特性 ,
对载波抑制度有很大的影响 ,对以分贝数表示的载波抑制性能而言 ,非平衡码比平衡码下降 了 50 %以上 [ 4 ] 。 在介绍平衡 Gold 码的产生之前 , 需要简单介绍一下特征相位的概念 。事实上 , 每一个 最大长度序列都具有特征相位 ,当序列处于特征相位时 ,序列每隔一位抽样产生的序列与原 序列等同 ,这就是序列处于特征相位的特性[ 5 ] 。假设 f a ( x ) 是一个 n 级线性移位寄存器产 生 m 序列的本原多项式 , g a ( x ) 是 f a ( x ) 的生成函数 ,是一个次数小于或等于 n 的多项式 :
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时间频率学报 总 27 卷
( 3) 以优选对中首根指标大的一个序列作为基准 ,以另外一个移位 ,当第二个序列的第
选定了在 ICD - GPS - 200 规范中公开发表的 36 种 Gold 码 [ 8 ] , 其中 32 种供 24 颗卫星选 用 ,其余 4 种备用 。( 下面的仿真只对 GPS 的前 12 种粗码而进行) 。 G1 ( t ) 与 G2 ( t ) 这二个移位寄存器产生器是同步工作的 , 它们起始状态为 , 由时 “全 1” 元同步置位 。 对于不同的卫星 , 选择不同的 i 值 , 根据伪随机码的可重复性 , 这里只要选择 G2 码产生器不同的抽头 h 与 j ( h 与 j 代表了不同的码片延迟 ) 输出进行模 2 和运算即可 。
GPS卫星导航信号伪随机码信号解调方法研究
GPS卫星导航信号伪随机码信号解调方法研究
刘睿;高敬东;李飞;崔健勇;李鹏
【期刊名称】《海军工程大学学报》
【年(卷),期】2017(029)002
【摘要】为了对GPS M码扩频信号进行研究,首先对实际采集的25 M带宽的GPS信号采用"类BPSK"解调思想,通过工程方法设计解调方案,实现了载波解调,并分离了C/A码、P码和M码信号;然后,对载波和亚载波进行有效剥离,并利用I/Q 通道特性,较好地减少了C/A码和P码对M码信号提取的影响.
【总页数】4页(P47-50)
【作者】刘睿;高敬东;李飞;崔健勇;李鹏
【作者单位】63891部队, 河南洛阳 471000;海军工程大学, 武汉 430033;63891部队, 河南洛阳 471000;63891部队, 河南洛阳 471000;63891部队, 河南洛阳471000
【正文语种】中文
【中图分类】TN965.5
【相关文献】
1.GPS伪随机码畸变的建模与分析 [J], 边朗;蒙艳松;张立新;张伟
2.GPS伪随机码的软件和硬件仿真实现 [J], 陈利军;李芳;崔静
3.GPS伪随机码仿真技术研究 [J], 刘芳;赵运韬;郝亮;何剑
4.卫星导航定位系统中伪随机码的研究 [J], 卢晓春;陈清刚;胡永辉
5.卫星导航系统伪随机码识别、分析方法 [J], 熊熠明;兰德福;肖玥;陈思阳
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GPS接收机捕获算法的研究
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。
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体的最大速度设为 v2 = 8 kmΠ s , 所对应的多普勒 频移为 f v2 = 42 013 Hz. 温补可调型晶振的频率漂 移可通过微调和温度补偿来克服 , 标称频率为
10. 000 0MHz ,频率稳定度为百万分之 4. 由频率漂
N
ρ xy ( n ) =
r=1
[ x ( r) ∑
× y ( r - n) ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ =
F [ X ( n ) × Y ( n) ]
-1
0 ≤ n ≤1 023
( 5)
在频域计算 1 023 个相关函数值所需 FFT 的 次数为 c = 3 次 . 所需乘法运算的次数为 a = c ×( N + 1) ÷2 ×log2 ( N + 1) + 1 024 =
2003 年 6 月 第 29 卷 第 6 期
北京航空航天大学学报 Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics
June 2003 Vol. 29 No16
GPS 接收机中伪随机码快速捕获技术的研究
薛文芳 邵定蓉 李署坚
输入信号的 FFT 对应地与本地产生的伪随机码的 复共轭 FFT 相乘 , 最后对乘积进行逆变换 IFFT , 从而得到了所有码片间隔上的相关值 . 若所有相 位上的信号功率都比预设的门限值小 , 则以步长 500 Hz 调整本地载波 NCO ( Number Control Oscil2 late ) 继续进行频域搜索 . 当某相位上的信号功率 超过了预设门限 ,则停止搜索 ,转入载波和码环的 跟踪 . 在频域计算相关函数的功能框图见图 2.
移所引起的多普勒频移为
f 3 = 4 ×f L 1 = 4 ×1 575. 42 = 6 302 Hz
接收机的最大多普勒频移为
f d max = f v1 + f v2 + f 3 =
3 675 + 42 013 + 6 302 = 51 990 Hz
( 1)
若取频点间隔为 500 Hz , 同时考虑到多普勒频移 的方向性 ,总频点数为 m = f d max × 2÷ 500 = 208 个. 由于冷启动时 , 没有多普勒频移和伪随机码延迟 的先验信息 ,必须对所有频点和码相位搜索一遍 . 其过程为 : 调整接收机本地信号发生器的码相位 与多普勒频移估计值 ,若信号捕获成功 ,则搜索停 止 , 转入码环跟踪和载波频率跟踪 ; 若信号被否 决 ,则码相位步进一个单元 ( 0. 5 码片 ) , 直到整个 码域搜索完毕 . 若信号仍未捕获 ,则多普勒频率步 进一个单元 ( 500 Hz) , 重复上述过程 . CΠ A 的周期 为 T = 0. 001 s ,一个伪随机码周期内有 1 023 个码 片 ,连续滑动 p = 2 046 个相位才能完成一个多普 勒频点的搜索 . 暂不考虑虚警和漏警造成的影响 ,
8
相关间隔设定为 1 个码片 , 在时域直接计算 1 023 个相关函数值 ,所需乘法运算的次数为 a = 1 023 ×1 023 = 1 046 529 次 所需加法运算的次数为 b = 1 023 ×1 023 = 1 046 529 次 计算量太大 ,微处理器难以实时完成 . 若在接收信 号序列{ x ( n ) } 和本地信号序列 { y ( n ) } 的末尾各 添上 1 个 0 , 构成 ( N + 1 ) = 1 024 点序列 , 可以利 用 FFT 方 便 的 计 算 出 它 们 的 离 散 傅 立 叶 变 换 - 1 { X ( n) }和 { Y ( n ) }. 用 F 表示傅立叶逆变换 , Y ( n) 表示 Y ( n) 的复共轭 , 相关函数在频域可由 ( 5) 式算得 [4 ]
1 时域滑动相关的捕获方法
伪随机码捕获常采用时域滑动相关法 , 相关
收稿日期 : 2002203218 作者简介 : 薛文芳 (1974 - ) ,男 ,河南新野人 ,博士生 ,100083 ,北京 .
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北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 2003 年
搜索完所有频点和码相位所需最大捕获时间为
t = m ×p × T =
Δt = xmax = vmax × RCΠ A ÷c ×
6 8 8 000 ×1. 023 ×10 ÷( 3 ×10 ) ×10 = 272. 8
208 ×2 046 ×0. 001 = 7. 092 8 min
( 2)
( 3)
由于根据历书 、 接收机的初始概略位置和开 机时间 , 可以预测出开机时刻仰角最高的 4 颗卫 星 . 采用 ALTERA 公司 FLEX10 K 系列的现场可编 程门阵列 FPG A 芯片 , 开发内部集成 24 通道的相 关器 . 若采用 6 个通道同时搜索同一颗卫星的不 同多普勒频段 ,则可同时对这 4 颗卫星进行搜索 , 每个通道只需搜索总频点数的 1Π 6 , 所需时间为 t 1 = tΠ 6 = 1. 182 1 min ,捕获频段划分如图 1 所示 .
图4 利用 IFFT 搜索伪随机码的相位差
4 结 束 语
伪随机码的时域滑动相关法计算简单 , 但是 每次移位只能产生一个相关峰 , 不能同时搜索整 个码相位不确定性区间 . 若每次滑动 0. 5 个码片 , 搜完一个频点共需滑动 2 046 次 , 计算出 2 046 个 相关函数值共需 2 046 ms ,伪随机码捕获要花费较 长时间 . 利用星历的先验信息可以把本地码的搜 索范围缩减到 GPS 接收机位置变动所引起的最 大码片误差范围之内 , 捕获速度的提高倍数与接 收机相对卫星运动的速度有关 . 利用 FFT 在频域 计算相关函数 , 可同时搜索整个码相位不确定性 区间 ,捕获速度相对于时域滑动相关可以得到显 著提高 . 参考文献 ( References)
( 北京航空航天大学 电子工程系)
摘 要 : 为缩短 GPS 接收机捕获伪随机码的时间 , 分析了与时域滑动相关 的常规捕获方法 ; 利用有效星历所提供的先验信息 , 对伪随机码的搜索范围进行压 缩 ,缩短了伪随机码失锁重捕的时间 ; 分析了采用 FFT 的快速捕获技术 . 仿真结果显 示捕获速度可以得到显著提高 . 关 键 词 : 快速变换 ; 频域分析 ; 相关 ; 多通道 ; 全球定位系统 中图分类号 : V 241. 62 4 文献标识码 : A 文 章 编 号 : 100125965 ( 2003) 0620489204 GPS 卫星向用户发送的信号是由两个分量 L 1 和 L 2 组成的 , L 1 和 L 2 均是已调波 , 其调制波 是卫星导航电文数据 D 码 、 精密测距 P 码和粗捕 获 CΠ A ( Coarse Acquisition) 码 . L 1 的同相载波分量 是用 P + D 复合码进行调制 , 而正交载波分量是 由 CΠ A + D 复合码调制的 . L 2 信号仅有 P + D 复 [1 ] 合码进行调制 . 由于美国 SA ( Selective Available) 政策的限制 , 我们只能利用码速率为 1. 023 MbΠ s 的 CΠ A 码 . 当接收到卫星信号后 ,首先是解除 CΠ A 码对发送信息数据的频谱扩展 , 获得被载波调制 的信号 , 再做载波解调 , 从而得到发送的信息 . 要 实现解扩 ,必须使接收机本地产生的 CΠ A 码与接 收到 CΠ A 码的相位完全一致 , 这就是伪随机码的 同步 . 本地伪随机码与接收伪随机码同步包括初 相位捕获和精跟踪两个过程 , 本文重点讨论伪随 机码的捕获问题 . 码捕获的任务是使本地码的相 位和发射端码的相位同步在半个码片内 . 文献 [ 2 , 3 ] 中采用分段相关器和 8 点 FFT 的技术消除频域 的不确定性 ,加快高动态环境中伪随机码的捕获 速度 . 由于 FFT 的点数比较少 , 计算量比较小 , 对 微处理器的要求不是很高 ,易于实现 . 不足之处在 于其频谱分辨率较低 , 分段相关使输出相关峰较 低 ,不利于在低信噪比环境中使用 . 本文把 FFT 技 术用于消除时间的不确定性 , 采用整周期相关的 办法 ,更适合于 GPS 信号信噪比较低和伪随机码 周期较长的特点 . 累加运算由前端硬件完成 , 微处理器根据预设门 限与相关峰的比较结果 , 进行多普勒频移和伪随 机码相位的二维搜索 . 当卫星从地平线升起或降 落时 ,它相对于静态接收机的最大速度约为 v1 =
3 ×1 024 ÷2 ×log2 1 024 + 1 024 = 16 384 次
[5 ]
所需加法运算的次数为 b = c ×( N + 1) ×log2 ( N + 1) =
3 ×1 024 ×log2 1 024 = 30 720 次
[5 ]
在频域计算 1 023 个相关函数值所需的乘法 运算的次数缩减为在时域计算的 1. 57 % , 所需的 加法运算的次数缩减为在时域计算的 2. 94 %. 美 国德州仪器公司最近推出的高性能浮点数字信号 处理器 TMS320VC332150的指令周期为13ns , 每秒
Δx 写入码片移位寄存器 . 如果Δ x > x max , 就把 2 通过对码片移位寄存器的操作 , 调整本地伪随机 码的相位 ,使本地伪随机码的搜索范围由 1 023 缩 减为 546 , 伪随机码的捕获速度提高为无星历辅 助的 1. 87 倍 .
3 利用 FFT 实现伪码的快速捕获
接收 信 号 序 列 { x ( n ) } 和 本 地 信 号 序 列 { y ( n ) } 的相关函数在时域的计算表达式为
第 6 期 薛文芳等 : GPS 接收机中伪随机码快速捕获技术的研究
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可以运行 7. 5 × 10 条指令 , 完成 16 384 次乘法和