微弱GPS信號的捕獲與跟蹤處理的研究與實現(xiàn).pdf

1、GPS是當(dāng)今世界上唯一一種可以提供全功能導(dǎo)航定位服務(wù)的星基導(dǎo)航系統(tǒng)。它的標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)廣泛運用于測繪、交通導(dǎo)航和各種企業(yè)定位服務(wù)領(lǐng)域。它的精確性，穩(wěn)定性是無可替代的。但是作為一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，有其固有的缺陷。由于是被動定位，接收機只負(fù)責(zé)接收發(fā)送自衛(wèi)星的信號，所以GPS信號是很微弱的信號。在開闊或無遮擋地帶，接收機可以通過C/A碼出色的相關(guān)特性，接收到4顆甚至4顆以上衛(wèi)星發(fā)送的信號。而當(dāng)在室內(nèi)、立交橋下或者森林等各種有遮擋地帶，且由于多路徑

2、效應(yīng)的存在，GPS衛(wèi)星信號的載噪比極低，一般在34dB-Hz以下，超過了一般GPS接收機所能處理的極限。如何在信號很微弱的情況下，捕獲到足夠數(shù)量的衛(wèi)星信號，并能通過特殊的跟蹤環(huán)路來鎖定該衛(wèi)星信號，并能不斷地從中得到導(dǎo)航信息，從而完成所需的導(dǎo)航定位服務(wù)，就成了GPS理論非常關(guān)鍵也是非常困難的一個研究課題。 本文的研究內(nèi)容主要是GPS信號的捕獲與跟蹤。首先對捕獲算法的實現(xiàn)進行了研究，并采用了Altera公司的DE2開發(fā)板，實現(xiàn)了捕獲模塊的硬

3、件電路。該電路可以完成一般情況的捕獲功能，實時性較好。這一模塊的研究為后續(xù)的微弱信號捕獲模塊實現(xiàn)做了先討論，并提供了基礎(chǔ)模塊。本文的研究重點主要是，如何在衛(wèi)星信號的信噪比極低的情況下，通過改進跟蹤算法，來保證接收機對衛(wèi)星信號的鎖定。本文所采用的跟蹤算法都是基于卡爾曼濾波理論的，用不同的卡爾曼濾波模型來取代傳統(tǒng)跟蹤環(huán)路，以此來得到更高的靈敏度和跟蹤精度。采用了兩種卡爾曼濾波算法的平方根形式。第一種算法采用經(jīng)典的平方根濾波算法，減小了累積誤

4、差的影響；在累加過程中引入了平方處理，來消除未知導(dǎo)航位翻轉(zhuǎn)的影響；引入了非連續(xù)積分的過程，有效降低了衛(wèi)星信號噪聲的強度。第二種算法采用了另一種平方根卡爾曼濾波算法，并修改了整個卡爾曼濾波環(huán)路，將載波跟蹤和碼跟蹤分成了兩個獨立耦合的卡爾曼濾波器，降低了計算復(fù)雜度；算法中引入貝葉斯估計理論，來估計每一個累加周期的導(dǎo)航位，以此來消除未知導(dǎo)航位的翻轉(zhuǎn)帶來的負(fù)面影響。研究中采用GPS中頻信號模擬軟件，產(chǎn)生了不同信噪比的GPS仿真信號，來實現(xiàn)算法仿