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随着美国GPS系统的发展,GPS导航定位已经越来越多地被人们所使用。而普通的GPS接收机在高楼密集、树荫遮挡、室内等环境中定位的可用性与可靠性下降。在这些环境下由于信号传播过程中的反射、衍射、散射等原因造成的多径效应会造成信号之间的相互干扰,衰减严重,导致信号功率低于-150dBm,而普通GPS接收机的灵敏度仅为-130dBm。因此如何提高GPS接收机的灵敏度成为当前迫切需要解决的问题。
研究发现,GPS信号捕获与跟踪模块的灵敏度决定了GPS接收机在弱信号环境中的性能,因此本文对弱信号环境下的捕获和跟踪算法进行研究。关于弱信号的捕获算法,本文首先批处理的捕获方法,即利用相干积分和非相干积分结合的方法来增加信号增益,并提出一种运算量更小,更快的DBZP捕获方法;分析多普勒效应对捕获的影响,改进批处理和DBZP两种捕获方法,提高了捕获概率,避免了多普勒效应对捕获的影响;并针对导航电文翻转问题提出应对方法。关于弱信号的跟踪算法,由于传统的PLL和DLL跟踪环的鉴别器的非线性因素,加上信号相位的动态变化,锁相环在低载噪比的情况下失锁,无法跟踪弱信号。所以在弱信号的跟踪方面,本文构造微弱信号的状态和测量模型,运用卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波和平淡卡尔曼滤波代替传统的PLL环和DLL环,来实现微弱信号的跟踪。
最后,将批处理捕获算法移植到了TMS320C6416 DSP开发板,通过接收到的实际GPS信号,验证此算法。