论文部分内容阅读
GNSS接收机作为全球卫星导航系统的用户段,是GNSS的重要组成部分。区别于不同的应用场景以及技术重心,GNSS接收机一般分为高灵敏度接收机,高动态接收机以及高精度接收机。高灵敏度接收机适用于信号环境恶劣的场景,对信号捕获技术要求较高;高动态接收机适用于动态应力较大的场景,对信号跟踪技术有较高的要求;而高精度接收机则多倾向于采用一些先进的导航解算算法以取得更好的速度位置精度。本文主要研究了 GNSS接收机中的捕获算法优化以及硬件加速算法。捕获算法优化有利于提高接收机的灵敏度以及定位时间,同时也是接收机中最关键的技术之一;硬件加速算法在减少信号处理时延的基础上,对信号捕获,信号跟踪以及导航解算等模块都大有裨益。本文的主要研究内容及成果如下:(1)详细介绍了 GNSS全球卫星导航系统的三个组成部分:空间段,控制段以及用户段。从这三个部分出发分析介绍了四个主要的全球卫星导航系统:GPS,GLONASS,GALILEO,北斗系统。(2)简要介绍了 GNSS接收机的主要组成框架,主要分析了接收机的跟踪模块以及捕获模块。然后,理论分析了并行频率捕获算法以及并行相位捕获算法。在详细分析了并行捕获处理增益的情况下,得出结论并行捕获算法能提高捕获的时间效率,但是同时相比于串行相关捕获会造成一定的信噪比增益损失。并且分析了在白高斯信道中影响信噪比增益的三个因素:相关积分时间,码片相位偏移以及信号采样率。在固定相关时间以及码片偏移的情况下,采用两倍码片速率的采样率所能取得的信噪比增益已经接近此种情况下的信噪比增益极值。(3)针对于剩余码相位对捕获性能造成的损失,将残余相位消除算法与接收机中的PMF__FFT算法相融合。理论分析了新的PMF_FFT__RRP算法的虚警概率以及检测概率,并且说明了这种算法不仅实现简单,而且依然能保持PMF_FFT算法优良的捕获时间性能。理论分析以及仿真都发现,不同于PMF_FFT算法随着码片偏移检测率性能的急剧波动,PMF__FFT_RRP算法在这种情况下表现地相当稳定以及健壮。在提高码相位精度的情况下,也介绍了一种提高频率精度的算法,仿真比较了精频捕获算法与粗捕获算法的频率精度。(4)针对于GNSS接收机对于信号处理实时性要求较高的情况,介绍了基于高阶近似核的FFT算法以及Cordic算法。基于高阶近似核的FFT算法,利用移位相加实现原来的蝶形运算中的与旋转因子的乘法;Cordic算法则利用多次迭代的移位相加实现各种三角函数,超越函数以及矩阵分解。仿真发现,两种硬件加速算法在保证相同计算性能的基础上,也节省了运算时间。