高灵敏度gps接收机基带信号处理相关技术的研究与仿真

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1、密级：公开硕士学位论文高灵敏度GPS接收机基带信号处理相关技术的研究与仿真ResearchandSimulationofBasebandSignalProcessingofHigh-SensitivityGPSReceivers作者姓名：何炎频学科、专业：微电子学与固体电子学指导教师：李卫民完成日期：2016.4中国航天科技集团公司ChinaAerospaceScienceandTechnologyCorporation独创性说明作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果

2、，也不包含为获得中国航天科技集团公司第一研究院或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：中国航天科技集团公司硕士学位论文摘要随着GNSS导航应用的普及，各种各样的应用场景对导航接收机的性能提出了更高的要求。为了使接收机能够在室内、隧道等极弱信号环境下工作，提高接收机的捕获跟踪灵敏度就成了必不可少的一步。然而传统经典的捕获跟踪结构优化已经遇到瓶颈，有必要探索新的基带信号处理架构。大块相关器技术是除了加长相干积分时间和AGPS之外，国际上公认的高灵敏度技术之一。本文从大块相关器的根本思想出发，在MATLAB软

3、件平台上设计了一种开环的GPS信号捕获、跟踪、位同步结构，此外，在载波跟踪和比特解调方面更是引入了维特比算法(VA)和扩展卡尔曼滤波(EKF)，使得在没有传统闭环的情况下，仍然能够实现载波跟踪。为验证算法性能，需要明确实际信号的码相位、载波频率、数据比特等信息，还需要产生特定载噪比的信号，因此，论文设计了一个模拟信号源，用于产生特定的GPS信号，可自行设定多种信号参数。关于大块相关器粗捕模块，论文首先分析了相干积分时间、非相干积分时间和部分匹配滤波(PMF)+FFT算法的基本性能特点，而后完成了大块相关器粗捕模块的设计，实现了频率、码相位、位边沿和数据比特组合的四维搜索。仿真结果表明，如果单纯

4、使用80ms相干积分，没有非相干积分时，能够捕获载噪比23dBHz的信号，当采用80ms相干积分，20次非相干积分时，可以捕获载噪比15dBHz的信号。粗捕不仅提供了频率和码相位的粗略估计，也给出了位边沿的粗略位置。接下来的大块相关器精捕，采用了ChirpZ变换(CZT)作为频谱细化方法，进一步减小了载波频率误差，明确了位边沿位置，实现了相当于传统接收机环路的牵引和位同步功能。仿真结果表明，采用20次非相干积分时，该精捕模块同样能够工作在15dBHz信号强度下，且频率误差在2Hz以内。载波频率和码相位误差都减小了之后，后续的比特解调工作要求载波相位的精确跟踪。首先采用基于极大似然估计的VA缩小

5、载波相位误差，而后利用误差较小的载波相位估计启动EKF，维持对载波相位的跟踪，与此同时用VA进行数据解调。仿真结果表-2明，在18dBHz信号强度下，误码率为6*10，而EKF则在15dBHz信号强度下，仍然能够维持对载波的跟踪。关键词：高灵敏度；大块相关器；FFT；维特比算法(VA)；卡尔曼滤波(KF)；MATLAB-I-何炎频：高灵敏度GPS接收机基带信号处理相关技术的研究与仿真ResearchandSimulationofBasebandSignalProcessingofHigh-SensitivityGPSReceiversAbstractWiththespreadingoftheG

6、NSSapplication,higherrequirementsofthenavigationreceivers’performancehavebeenputforwardintermsofvariouskindsofapplicationcircumstances.Itisnecessarytoimprovingthereceivers’acquisitionandtrackingsensitivitytomakeitkeepworkinginultraweaksignalscenariossuchasindoorenvironment,tunneletal.However,theopti

7、mizationofthetraditionalclassicacquisitionandtrackingstructurehasrunintothebottleneck.Theexplorationofnewbasebandsignalprocessingstructureisneeded.Themassiveparallelcorrelatortechnology,besidethecoher