高灵敏GNSS接收技术研究-毕业论文

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1、高灵敏GNSS接收技术研究论文摘要近年来，卫星定位导航技术在民用领域的应用越来越受到人们的关注。民用领域的应用主要有：1)城市环境下导航定位需求；2)车载导航仪、手机等便携式移动终端的导航定位需求；3)峡谷森林环境下的应用等。这些应用环境的显著特征是信号比较徼弱，信号强度比空旷地带要低10,-,20dB，有时甚至会有30dB的衰减，并且存在多径和干扰。在这些微弱信号环境下，接收机必须提高弱信号处理能力才能正常工作。因而高灵敏度GNSS接收技术成为导航技术研究的热点之一。本文就以下几个方面做一些分析：（1）分析了BPSK调制的扩频码自相关

2、特性、互相关特性以及理想情况下相关器的工作原理。分析了晶振误差统计量，并给出了模拟晶振频率误差序列的方法，介绍了接收机的一些其他误差源。(2)针对弱信号频率估计问题，分析了时域差分、频域FFT以及频偏分割&能量比较的频率估计方法，比较了它们的性能。介绍了三种比特同步的方法并比较了它们的性能。(3)分析了导航电文的特点，提出了基于比特预测、载波辅助码环的高灵敏度跟踪方案。当电文可预测时，载波和扩频码同时跟踪；当电文不可预测时，载波保持，扩频码跟踪。关键词：高灵敏度GNSS频率精捕获比特同步弱信号跟踪。第一章：绪论本章主要介绍了GNSS系统

3、的发展历史以及未来的发展趋势；阐述了课题研究的背景和目标；分析概括了国内外关于高灵敏度GNSS接收技术的研究现状。1.1GNSS系统的介绍（一)无线电导航的基本原理1）基于距离测量的定位方法：在速度已知的情况下距离和时间是成比例的，因此这种方法有时也称为基于时间到达测量法(TOA，TuneofArrive)，这样的系统称为TOA系统。以2D定位为例，如果观测者知道到信号发射站S1的距离，并且知道S1的具体地理位置，那么观测者必然在一个以S1为圆心的圆上。如果再知道S2的地理位置和距观测者的距离，那么观测者位置的不确定性缩小到两个点。这样

4、观测者要么根据其他一些先验知识去掉一个不可能点，要么通过第三个发射站确定具体位置。3D定位和2D是相似的，只是观测者和发射站的地理位置扩展到三维空间。总结TOA系统导航定位的基本思想是：接收发射站的信号，获取多个发射站的地理位置以及信号从发射站到达观测者花费的时间，得到一簇圆方程，然后解方程得到观测者的位置信息。当前主要的卫星导航系统如GPS、GLONASS等都是这类定位系统，即TOA系统。2）基于距离差测量的定位方法：速度已知时距离差是通过测量发射站信号到达观察者的时间差来获得的，因此有时也称这种方法为到达时间差法(TDOA，Tune

5、Differenceof／1d'rive)，这样的系统称为TDOA系统。根据双曲线的定义可知，与两个固定发射站有相同距离差的点的轨迹是一条双曲线，曲线的曲率与距离差有关。还是以2D定位为例，这里假设有三个信号发射站，分别为主站M，副站X和Y，三个发射站组成两个发射站对(M，X)和(M，Ⅵ。以发射站对(M，X)为信号源，观测者测量出到M和X的距离差为d12，那么以发射站M的地理位置、X的地理位置以及d12作为参数可以确定一条双曲线^。同样道理，以发射站对(M，Y)为信号源，可以确定另一条双曲线如。两条曲线的交点就是观测者的地理位置。存在的

6、问题是两条双曲线的交点有时并非只有一个，此时可以通过增加观测量，或者根据先验知识来剔除不合理的点。TDOA系统导航定位的基本原理：接收若干发射站对的信号，获取发射站地理位置信息以及信号到达时间差，得到一簇双曲线方程，解方程后得到观测者的位置信息。早期的地基无线电导航系统一般就以这种方法导航定位的，如Loran系统和Omega系统都是TDOA系统。3)基于多普勒的定位方法：多普勒效应是无线电传播的又一特性，此特性也广泛应用于导航定位系统。如果发射站和观测者之间存在视距的相对运动，那么接收的频率，R和发射的频率厅就存在差别。根据这个差别观测

7、者可以得到接收频率关于时间的函数曲线，观测者和发射站之间不同的位置关系得到不同的曲线形状，这样就可以确定观测者相对于发射站的地理位置。（二）GNSS系统的发展趋势GPS的现代化旨在增加额外的民用信号以及提高系统的精度，同时增加新的抗干扰能力更强的军事信号。以民用自称的Galileo在发展之初就使用了近年来导航领域的新技术以及研究成果，目的是增加用户的可选择性，提供比GPS更高的导航定位精度，这也是Galileo系统一直在宣传的一个优势。我国的。北斗二代”和GPS类似，在发展过程中也在不断使用新的技。将来的系统将在以下方面改进：●增加发射

8、信号：GPS起先只在L1频点发射C／A码和P(Y)码，在L2频点发射P(Ⅵ码。GPS现代化后，在L2频点增加新的民用信号一一L2C，在L5频点增加采用QPSK调制的民用信号。未来Galileo和BD-2都将