【摘要】：隨著GNSS的迅猛發(fā)展，研究新的導(dǎo)航接收機(jī)逐漸成為行業(yè)內(nèi)的趨勢(shì)。而GNSS軟件接收機(jī)因其數(shù)據(jù)處理功能的易重配性以及信號(hào)處理的易完成性，成為國(guó)內(nèi)外近年來的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)作為GNSS中最早發(fā)展、技術(shù)最成熟的系統(tǒng)，研究軟件接收機(jī)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。 本文從軟硬件兩方面詳細(xì)介紹了與軟件接收機(jī)配套使用的數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。軟件接收機(jī)中采用了基于圓周移位的捕獲算法，針對(duì)傳統(tǒng)FFT捕獲算法運(yùn)算量較大的缺點(diǎn)，利用時(shí)域載波剝離與頻域圓周移位等價(jià)的原理，通過對(duì)輸入信號(hào)頻譜序列進(jìn)行圓周移位操作，替換在不同載波Doppler搜索單元下對(duì)輸入信號(hào)的重復(fù)載波剝離和FFT操作。該方法從減少捕獲過程中FFT運(yùn)算的出發(fā)，大幅度提升了捕獲效率；在跟蹤方案中使用的是碼跟蹤使用早晚碼延遲鎖相環(huán)，，載波跟蹤使用Costas環(huán)進(jìn)行。 全文分析了GPS定位的基本原理及軟件接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了基于USB2.0的GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，研究了基于圓周移位的軟件接收機(jī)捕獲算法，分析了軟件接收機(jī)跟蹤環(huán)路算法，設(shè)計(jì)完成了適用于本文系統(tǒng)的軟件程序。最后通過實(shí)際測(cè)量，對(duì)系統(tǒng)的可靠性及軟件的可用性進(jìn)行了檢測(cè)，為衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)新算法的開發(fā)與研究提供了方便使用的平臺(tái)。
【圖文】：

載波、偽碼以及數(shù)據(jù)碼，共同組成了 GPS 衛(wèi)星信號(hào)。首先是對(duì)數(shù)據(jù)碼進(jìn)擴(kuò)頻，所謂的擴(kuò)頻就是講頻率進(jìn)行拓寬，這里采用的方法即由偽碼異或數(shù)據(jù)接著用組合信號(hào)對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，這里采用的是雙向移位鍵控(BPSK)的制方法。衛(wèi)星在發(fā)射信號(hào)時(shí)，C/A 碼iG 將與 PRN 編號(hào)為 i 的衛(wèi)星信號(hào)異或相使得 C/A 碼被數(shù)據(jù)碼調(diào)制。每一個(gè)比特在調(diào)制后都會(huì)生成 20 個(gè)周期相對(duì)應(yīng)C/A 碼或者是反向值的組合碼，也就是擴(kuò)頻調(diào)制到碼率為 50bps。然后，將載波通過組合碼進(jìn)行 BPSK 調(diào)制，通過衛(wèi)星以 L1 為中心頻率將 C/A 碼信號(hào)射出去。接下來就是 GPS 接收機(jī)的任務(wù)了，有調(diào)制便有解調(diào)，衛(wèi)星信號(hào)的解便首當(dāng)其沖。解調(diào)的目的就是將 C/A 碼要?jiǎng)冸x出來，得到只含數(shù)據(jù)碼的信于是將信號(hào)的中心頻率由 L1 到零，即下變頻。然后再將收到的信號(hào)一邊與接機(jī)本地保存的 C/A 碼iG 做自相關(guān)運(yùn)算，獲得數(shù)據(jù)碼，一邊由相關(guān)函數(shù)的主峰置確定 C/A 碼的相位，經(jīng)過運(yùn)算得出衛(wèi)星與接收機(jī)的距離測(cè)量值。GPS 信號(hào)由式(2.1)表示，其中C (t )為擴(kuò)頻碼，d (t )為導(dǎo)航電文，L1f為 L1 波段的載頻( ) 2 ( ) ( )cos( 2 ) 2 ( ) ( )cos( 2 )s t = P C t d t φ + π f t + P C t d t φ +πf t

圖 2.2 二維 C/A 碼搜索過程所謂軟件接收機(jī)，即捕獲跟蹤等過程全部使用的是軟件。首先根據(jù)射頻前端（本文使用的是基于 Sige 公司的 SE4110L 芯片研制）所采用的采樣率及載波頻率等，由軟件生成相適應(yīng)的載波信號(hào)和 C/A 碼。而本地載波的復(fù)現(xiàn)，就是將正余弦函數(shù)同本地 NCO 合成；混頻后的信號(hào)包 I、Q 兩項(xiàng)信號(hào)，將這兩路信號(hào)同與超前（early）、即時(shí)（prompt）以及滯后（late）進(jìn)行軟相關(guān)，得到的本地載波 NCO 則由軟件實(shí)現(xiàn)的載波跟蹤環(huán)來控制，通過不同的跟蹤方案實(shí)現(xiàn)信號(hào)的跟蹤。在軟件跟蹤環(huán)中采用 1 位采樣，以一維數(shù)組中 0 表示-1，以 1 表示+1。而軟件生成的本地 C/A 碼，使用二維數(shù)組代表符號(hào)與幅值，分別存放及調(diào)取使用。表 2.1 為本地載波信號(hào)的實(shí)際采樣值，而表 2.2 則代表本地 C/A 碼的實(shí)際采樣值。表 2.1 本地載波信號(hào)符號(hào)位 幅值位 值
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（國(guó)家授時(shí)中心）
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：P228.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號(hào)：2536667