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随着基于位置服务(LBS)需求的日益增长，特别是GPS接收机在城市等复杂环境下应用需求的迅速扩展，高性能GPS接收机已成为卫星导航定位领域研究的热点。GPS信号的捕获速度和跟踪灵敏度是制约GPS接收机性能提高的瓶颈，因而成为高性能GPS接收机基带设计中的关键问题。本文以此为主题，深入研究了GPS信号的高速捕获和高灵敏度跟踪技术。论文的主要研究内容和贡献包括：
1.深入研究了基于短时相关和FFT相结合的GPS信号快速捕获算法。提出一种“短时相关时间”和FFT点数的最优设计方法，“最优”体现为在给定相干积分时间和频率搜索范围时，系统能够获得平均意义上的最大信噪比改善性能。
2.基于短时相关和FFT相结合的算法原理，设计了一种时间/频率二维完全并行搜索的GPS信号高速捕获算法。该算法采用短时匹配滤波器组实现时间域的完全并行搜索；采用复数FFT实现频率域的完全并行搜索，因而极大提高了GPS信号的捕获速度，适用于高性能GPS接收机中的信号捕获。
3.深入研究了常规基于数字锁相环技术的载波跟踪算法。系统分析表明，常规数字锁相环需采用长时间积分累加以提高环路跟踪灵敏度，然而当积分累加时间增加时，常规数字锁相环的稳定性和噪声带宽性能均发生恶化。因此得出常规数字锁相环技术并不适用于GPS高灵敏度载波跟踪的结论。
4.设计了两种基于扩展卡尔曼滤波技术的GPS高灵敏度载波跟踪算法——相位跟踪算法Ⅰ和频率跟踪算法Ⅱ。算法Ⅰ需要数据辅助信息以完成导航数据剥离；算法Ⅱ无需任何辅助信息。分析了两种算法的稳态跟踪误差、稳态噪声带宽和噪声性能，结果表明，在环路阶数和积分累加时间相同时，算法I的噪声性能优于算法Ⅱ，算法Ⅱ的动态性能优于算法Ⅰ。
5.根据论文的研究成果，提出一种GPS高速捕获协处理器的实现结构，其捕获速度等效于130，944个并行相关器，FPGA验证结果表明了该捕获协处理器结构与设计的正确性。给出一种GPS高灵敏度跟踪的软硬件协同设计，通过硬件验证平台对实测数据的初步测试表明，跟踪灵敏度达-160 dBm。