GPS弱信号捕获算法分析与其在软件接收机上的实现

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，随着卫星导航技术的广泛应用，高性能导航接收机成为了导航领域的主要研究方向。作为高性能导航的关键技术之一，微弱导航信号接收技术是目前研究的热点。本文针对弱信号条件下，GPS信号的捕获问题，从理论分析和算法实现两个方面开展了研究工作，取得了一些有意义成果。这些研究成果可移植性较强，经过修改就可用于其它导航系统中。首先，本文首先分析了GPSL1信号的结构和特点，给出仿真信号的数学模型。研究了GPS信号的捕获原理以及时域和频域两种基本捕获算法，说明了FFT技术应用到捕获中，可以大大提高相关运算的速

2、度，缩短捕获时间，为后续算法的研究和仿真做准备。其次，本文对弱信号条件下GPS信号的捕获技术进行了研究。对相干累积、非相干累积和差分相干累积进行了理论和仿真分析，说明了要捕获弱信号，就要增加处理增益，就必须进行累积。在比较了半比特法、全比特法和圆周算法三种弱信号处理方法的基础上，给出了一种基于最佳路径估计的改进差分相干累积算法，这种算法通过估计相邻导航数据位乘积符号的可能组合，找出能够使差分相干累积结果最大的一条路径。这种方法可采用较长的相干积分时间，且引起平方损失较小。仿真结果表明，该算法的弱信号检测性能明显优于传统算法，计算量

3、虽有增加，但通过最佳路径估计方法进行处理，还是可以接受的。本文还仿真研究了一种可以减少计算量的先累积后相关的相干累积思想。然后，本文对GPSL1C/A和L2C信号的联合捕获进行了研究。分析了新民用信号给弱信号捕获带来的影响。给出了L1C/A和L2CM信号联合捕获五种策略。仿真结果表明，联合捕获算法的检测性能要明显优于传统单路非相干处理算法，且体现出了在弱信号捕获方面的优势。最后，基于现有的软件接收机平台，设计了非相干累积算法的实现流程，并用C语言进行了实现，且移植到软件接收机平台上进行了定位测试。结果表明，新的软件接收机平台能够实

4、现对强度为-142dBm的GPS弱信号的捕获，具有一定的工程实践意义。关键词：GPS；弱信号；非相干累积；差分相干累积；L2C；联合捕获-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,withthewidelyapplicationofsatellitenavigationtechnology,highperformancenavigationreceiverisbecomingthemainresearchdirections.Asoneofthekeytechnologiesofthehighp

5、erformancenavigationreceiver,acquisitiontechnologyofweaknavigationsignalisthecurrentlyresearchfocus.ThispaperaimsatacquisitionoftheGPSsignalunderweaksignalconditions.Fromtwoaspects,theoreticalanalysisandalgorithmrealization,theresearchworkiscarriedout,andsomesignifica

6、ntachievementsareobtained.Theseresearchachievementshavestrongportability,andcanbeusedinothernavigationsystemsaftermodification.Firstly,thestructureandcharacteristicsofGPSL1signalisanalysedandthemathematicalmodelofthesimulationsignalisgiven.AcquisitionprincipleofGPSsig

7、nalisresearchedaswellastwobasicacquisitionmethodrespectivelyontimedomainandfrequencydomain.ItshowsthatwhiletheFFTtechniqueisusedinacquisition,thespeedofcorrelationoperationwillbegreatlyimprovedandtheacquisitiontimewillbereduced.Anditmakesthepreparationforthefollowingr

8、esearchandsimulation.Secondly,acquisitiontechniquesofGPSsignalunderweaksignalconditionsareresearchedinthispaper.Theoreticala