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基于软件无线电的软件GPS接收机具有传统硬件接收机所不具备的灵活性和适应性,已经成为了GPS接收机研究的热点问题。软件GPS接收机与传统硬件接收机的最大区别就在于将运算密集的相关器用软件来实现,然而采用通用处理器的软件接收机没有专门用于计算相关函数的加速部件,因此,高灵敏度软件GPS接收机的核心问题就是在提高灵敏度的同时尽量减少运算量。本文的研究工作就是围绕这一主题展开的。本文的主要研究内容包括:高灵敏度捕获算法研究、精捕获算法研究以及与接收机灵敏度和定位精度密切相关的多径消除算法研究。本文的主要贡献和创新点如下:
1.提出了在提高灵敏度的同时减少运算量的最佳路径捕获算法。通过有效的估计导航数据的跳变,延长相干累积的时间,增加捕获增益,同时采取了多种降低运算量的措施,使得能够以尽量少的运算量提高接收机的灵敏度。
2.提出了二种多普勒频移精捕获的方法:广义延拓逼近算法以及改进的广义延拓逼近算法,两种算法都能够在提高多普勒频移估计精度的同时减小运算量。仿真的结果表明,两种方法都能够在信噪比很低的情况下,以很小的运算量提供足够高的估计精度,满足跟踪环路的搜索和跟踪要求。
3.针对目前多径消除算法对短延时多径剔除不理想的问题,本文提出了采用自适应滤波器的算法来消除多径的影响。这种算法采用的是RLS的递归算法,非常易于软件实现。
4.本文还对多径的误差包络进行了理论和仿真研究,首次对二径问题进行了详细的理论分析,给出了二径问题完整的解析解,并在此基础上提出了影响高灵敏度接收的多径阻塞现象。使得多径问题的研究打破了单径模型的限制。为多径的研究提供了新的方法和思路。
5.为了对所开发的算法进行有效的验证,本文还开发了高灵敏度软件GPS接收机开发平台,该平台以软件无线电为基本架构,采用灵活的软件接口方式,易于各个模块的升级和替换。除了能够准确的解算出接收机的经纬度信息外还可以提供基带处理各个阶段的详细数据和状态,为高灵敏度软件接收机的开发奠定了坚实的基础。
通过对高灵敏度软件GPS接收机这些关键技术的研究,可以为我国自行研制的北斗-2卫星导航系统提供技术支持、为研制低成本的软件接收机打下良好的基础,为软件导航接收机走向实用化铺平道路。