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GPS即为全球定位系统,它能够为用户提供精确地位置、速度、时间等信息。目前,GPS接收机在各个领域的应用越来越广泛,主要是为用户提供定位和导航。GPS是人们进行定位的接口,与人们的关系最为密切,因此对它的研究具有重要的实用价值。
GPS接收机的工作顺序为硬件处理、信号搜索捕获、信号跟踪继而导航解算,其中信号的搜索捕获是GPS接收机进行信号处理的基础,论文主要研究高动态环境下GPS软件接收机的捕获算法。主要研究内容如下:
首先,简要阐述了GPS系统组成,分析了GPS信号结构,介绍了软件接收机及其工作原理,在Matlab环境下对GPS卫星信号进行仿真,并且证明了C/A码良好的自相关和互相关性。这些都是进行捕获的基础和前提。
其次,阐述了GPS捕获原理,并且对GPS信号捕获过程中最大数据长度、频率步进和捕获门限进行了考虑,最后对硬件电路接收机采样得到的中频信号进行捕获算法研究。论文中主要阐述了时域滑动相关、并行频率捕获、并行码相位以及PMF-FFT捕获算法,时域滑动相关算法是最基本的捕获算法,它的硬件实现简单,但整个搜索过程非常耗时,并行捕获算法提高了捕获速度,但复杂度较高。在并行码相位捕获算法中论文对基本的FFT算法进行了改进,主要包括基4FFT、分裂基2/4FFT以及改进分裂基2/8FFT,其中改进分裂基2/8FFT不要求数据为2的整数次幂,对数据有很大的灵活性,也大大提高了FFT的计算速度。PMF-FFT将时域搜索和频域搜索进行了结合,通过分析PMF-FFT捕获算法适合高动态环境下的捕获。
最后,论文对跟踪获得的信号进行了位同步、子帧同步以及奇偶校验研究,从而获得导航电文,在电文的基础上计算卫星瞬时位置坐标和用户与卫星之间的伪距,继而成功计算用户接收机的坐标位置。在定位过程中,一般有两种算法,分别是最小二乘和卡尔曼滤波算法,本文中阐述了最小二乘算法,并在Matlab环境下进行了仿真。