GPS [1]被广泛应用于各领域,在测地测绘,导航制导,环境监测等领域都需要高精度定位。随着实际应用对接收机提出更高的要求,科研人员需要对单机GPS的高精度定位进行算法研究。虽然硬件接收机已经非常成熟,但是对硬件接收机进行算法移植或验证,牵涉到固化的硬件资源,实现比较复杂,开发周期长。开发软件接收机可以有效的解决此问题。射频前端对GPS的L1信号进行降频,然后在中频上对信号进行采样,通过PCI总线传输到通用PC机的存储空间中。对中频信号的解调通过软件的方法来完成,可以加快研发进度,具有很高的灵活性。因此,软件接收机对模型搭建和算法验证具有重要意义。本文主要研究GPS软件接收机的实现以及单机GPS高精度的定位算法。其主要工作包括接收机的中频信号采集实现和MATLAB环境下的信号处理,具体如下:1.详细论述了GPS软件接收机的外部电路实现。在SUPERSTAR IITM OEM接收机的基础上进行改装,分析了GP2015前端芯片的信号输出,并介绍了外围电路模块的功能和设计原理。2.中频信号解调以及导航电文的解码。对采集的真实GPS信号在时域和频域上进行捕获,比较了两种方法的优劣。在跟踪阶段分析了科斯塔斯环的工作原理,分析了由捕获传递给跟踪的参数的意义。3.由中频采样数据和导航电文解算用户位置。在解码阶段对解调的信号进行格式校验,将数字信号转换为有意义的导航电文。随后论述了GPS的定位原理以及详细讨论了伪距的生成。在解码导航电文的基础上,通过最小二乘法完成用户位置和卫星位置的解算。4.用基于非线性滤波的迭代定位算法对定位结果进行优化,增强定位算法的鲁棒性。讨论了两种最优平滑滤波,并在此基础上提出了将平淡卡尔曼滤波和固定间隔平滑与固定滞后平滑相结合的迭代算法,通过静态定位实验验证了算法的优越性。最后用平淡卡尔曼滤波的平方根形式替换前向滤波器,降低处理器截断误差造成滤波器发散的风险,增强了算法的鲁棒性。本文通过研究软件接收机的设计,以采集到的原始中频信号为起点,经历捕获,跟踪,导航电文解调,用户位置解算,定位结果优化一系列的软件仿真,对深入学习GPS的定位原理具有很大的帮助。