基于改进遗传算法的GPS信号捕获技术

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全球定位系统(GNSS)广泛应用于导航、军事和民用领域内,它可以为使用者提供准确的位置和时间信息。其中由美国建造的GPS系统是至今为止最为完善和成熟的全球定位系统。而GPS系统中的基带信号处理技术对系统的定位和导航有着重大影响。GPS基带信号处理主要包括GPS信号的捕获和跟踪过程,而且信号捕获是信号跟踪的前提,因此,对于GPS系统如何更好的实现信号捕获的研究,具有十分重要的现实和理论意义。  遗传算法是一种借鉴达尔文生物进化论思想的全局随机搜索寻优方法,可以对非常复杂的多维多目标非线性问题进行快速计算,尤其是以它的简单性,智能性,本质并行性和较强鲁棒性等特点广泛应用于多种学科领域内。而GPS信号捕获方法本质上就是一种搜索寻优方法,其捕获的最终目标是在其码域和频域内搜索出信号最优参数值(码相位和多普勒频移),然后把捕获到的GPS信号参数送至信号跟踪模块进行跟踪处理。传统GPS信号时域串行捕获方法,能有效的实现信号的捕获,但其捕获时间较长,且在准确度和效率上不能够得到统一。因此,遗传算法作为一种搜索寻优的方法,可很好应用于GPS信号捕获中,把GPS信号的捕获问题转换成为遗传算法的搜索寻优问题。  本文所做的主要工作就是研究基于遗传算法的GPS信号捕获方法的可行性,以及相较于传统GPS信号时域捕获方法的优势。首先简要介绍了GPS信号的结构,并重点对C/A码的产生和特性进行了研究,以此来引出对GPS信号的捕获原理和特性的研究,对传统时域串行GPS捕获方法进行仿真和分析。其次,简要介绍了遗传算法的基本原理,并在遗传算法基本原理之上对其基本思想和流程进行了介绍和分析,重点分析了遗传算法的算子和遗传算法的改进方向。最后,将标准遗传算法应用于GPS信号捕获中,实验和仿真证明了该捕获方法的可行性和有效性。结合GPS信号捕获问题,对标准遗传算法进行了改进,主要是改进初始种群的产生、改进捕获参数的搜索范围以及自适应调整交叉概率和变异概率。并将改进的遗传算法应用于GPS信号捕获中,对其进行实验和仿真,结果显示基于改进遗传算法的GPS信号捕获方法明显改善了捕获性能,不仅提高了信号捕获参数的精度还减少了信号捕获的时间。
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