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基于圆周移位捕获算法的GPS软件接收机

基于圆周移位捕获算法的GPS软件接收机

作者：张彪中国科学院研究生院（国家授时中心）

学位级别：硕士

随着GNSS的迅猛发展，研究新的导航接收机逐渐成为行业内的趋势。而GNSS软件接收机因其数据处理功能的易重配性以及信号处理的易完成性，成为国内外近年来的研究重点和热点。GPS导航系统作为GNSS中最早发展、技术最成熟的系统，研究软... 详细信息

随着GNSS的迅猛发展，研究新的导航接收机逐渐成为行业内的趋势。而GNSS软件接收机因其数据处理功能的易重配性以及信号处理的易完成性，成为国内外近年来的研究重点和热点。GPS导航系统作为GNSS中最早发展、技术最成熟的系统，研究软件接收机具有得天独厚的优势。本文从软硬件两方面详细介绍了与软件接收机配套使用的数据采集实验平台。软件接收机中采用了基于圆周移位的捕获算法，针对传统FFT捕获算法运算量较大的缺点，利用时域载波剥离与频域圆周移位等价的原理，通过对输入信号频谱序列进行圆周移位操作，替换在不同载波Doppler搜索单元下对输入信号的重复载波剥离和FFT操作。该方法从减少捕获过程中FFT运算的出发，大幅度提升了捕获效率;在跟踪方案中使用的是码跟踪使用早晚码延迟锁相环，载波跟踪使用Costas环进行。全文分析了GPS定位的基本原理及软件接收机的基本结构，设计了基于USB2.0的GPS数据采集系统，研究了基于圆周移位的软件接收机捕获算法，分析了软件接收机跟踪环路算法，设计完成了适用于本文系统的软件程序。最后通过实际测量，对系统的可靠性及软件的可用性进行了检测，为卫星导航接收机新算法的开发与研究提供了方便使用的平台。

关键词： GPS 圆周移位 FFT USB2.0 软件接收机

基于圆周移位的GPS软件接收机捕获算法研究

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时间频率学报 2013年第2期36卷 106-112页

作者：张彪马红皎中国科学院国家授时中心西安710600 中国科学院时间频率基准重点实验室西安710600 中国科学院研究生院北京100039

针对传统FFT捕获算法运算量较大的缺点,利用时域载波剥离与频域圆周移位等价的原理,通过对输入信号频谱序列进行圆周移位操作,替换在不同载波Doppler搜索单元下对输入信号的重复载波剥离和FFT操作,在Doppler单元和码相位的二维搜索过程... 详细信息

针对传统FFT捕获算法运算量较大的缺点,利用时域载波剥离与频域圆周移位等价的原理,通过对输入信号频谱序列进行圆周移位操作,替换在不同载波Doppler搜索单元下对输入信号的重复载波剥离和FFT操作,在Doppler单元和码相位的二维搜索过程中,只需对输入信号进行一次FFT操作。该算法不会给相关能量带来损失,因此,该算法不会影响信号的捕获概率。实验结果证明该算法具有捕获时间短,相应硬件实现简单等优点,适合GPS软件接收机的工程实现。

关键词：捕获 GPS 圆周移位

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关于北斗卫星接收机信号捕获策略仿真研究

计算机仿真 2016年第11期33卷 73-76页

作者：覃新贤管志伟洪冰清广西大学计算机与电子信息学院广西南宁530004

由于北斗接收机信号捕获时间直接影响着接收机的性能,为了提高捕获速度,软件接收机一般采用FFT操作来代替相关运算。北斗信号采用了高速率码及组合码的结构,高速率的导航数据以及二次编码引起的比特翻转,使得常规的FFT操作捕获方法不适... 详细信息

由于北斗接收机信号捕获时间直接影响着接收机的性能,为了提高捕获速度,软件接收机一般采用FFT操作来代替相关运算。北斗信号采用了高速率码及组合码的结构,高速率的导航数据以及二次编码引起的比特翻转,使得常规的FFT操作捕获方法不适用于北斗信号。根据北斗信号的结构特点,对并行码相位搜索法进行了改进,避免了北斗信号二次编码翻转及导航电文跳变对相关结果的影响。同时,采用圆周移位,在不降低载波多普勒频移精度的情况下,减少了捕获中的运算量。仿真结果表明,改进后的FFT方法,能快速有效的实现不同结构的北斗信号捕获。

关键词：北斗系统捕获二次编码圆周移位

测量型GPS/BDS软件接收机理论与方法研究

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测量型GPS/BDS软件接收机理论与方法研究

作者：张利伟战略支援部队信息工程大学

学位级别：硕士

接收机是全球定位系统的重要组成部分。软件接收机借鉴了软件无线电的思路,通过软件的方式来实现传统硬件接收机的基带信号处理部分,软件接收机具有灵活自由、可升级改变的优点,可以跟随GNSS的发展做出相应的改变,尤其是现今处于快速发... 详细信息

接收机是全球定位系统的重要组成部分。软件接收机借鉴了软件无线电的思路,通过软件的方式来实现传统硬件接收机的基带信号处理部分,软件接收机具有灵活自由、可升级改变的优点,可以跟随GNSS的发展做出相应的改变,尤其是现今处于快速发展迭代阶段的北斗导航卫星系统。目前软件接收机大都采用伪距方式进行定位,定位精度有限,在利用载波相位观测值进行高精度定位方面的研究较少。北斗和GPS是我国使用最广泛的两个卫星导航系统。本文以搭建测量型GPS/BDS软件接收机为目标进行展开,首先对软件接收机的捕获和跟踪关键技术进行了研究,之后对载波相位观测值和伪距的提取进行了理论推导,最后进行了基于软件接收机的单频PPP试验,主要内容和成果如下:（1）研究了三种经典的信号粗捕获算法,针对目前粗捕获算法计算量大、效率低的问题,分析了傅里叶变换的圆周移位性质和伪码补零算法,提出了改进的圆周移位捕获算法,有效地解决了在粗捕获阶段存在捕获分辨率较低带来的漏警问题,并将伪码补零算法和圆周移位性质相结合进行改进。实验表明,该算法大幅缩短了粗捕获用时,同时保证了针对BDS信号粗捕获的效率。（2）研究了基于FFT的精捕获和基于CZT的精捕获,提出了使用亚毫秒长度信号进行精捕获的新算法使之不仅适用于GPS信号又适用于BDS信号,不会受到导航数据位以及二次编码的影响,避免了多普勒频率估计偏差过大的问题,实验表明,在正常观测环境中,该算法具有优异的精捕获性能。（3）研究了基于锁相环的载波跟踪环和伪码跟踪环。针对跟踪环路精度较低的特点,为了实现高精度的跟踪性能,分析了三阶卡尔曼滤波锁相环,提出了基于自适应欠调节增益模型的卡尔曼滤波频率无偏修正算法,解决了传统卡尔曼滤波算法的发散问题,提高了跟踪环路的跟踪精度。（4）研究了软件接收机中伪距的提取方法,推导了载波相位观测值的提取原理,提出了包含输入信号初始相位的载波相位观测值提取方法。试验对比发现;该方法获得的载波相位观测值进行单频PPP的定位结果比未加入初始相位得到的载波相位观测值PPP的定位结果改善了2%%,稍有改善但幅度不大;软件接收机提取出来的载波相位观测值虽然可以进行单频PPP定位解算,但是数据质量和硬件接收机的相比还有差距;和硬件接收机的单频PPP定位结果相比,软件接收机得到的载波相位观测值进行单频PPP得到的定位结果达到了硬件接收机的水平。

关键词：软件接收机载波相位观测值精捕获卡尔曼滤波 CZT PPP 圆周移位

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北斗卫星B1信号捕获算法研究

电子设计工程 2019年第14期27卷 1-5页

作者：马豪杰裴悦琨裴炳南胡朝阳大连大学辽宁省北斗高精度位置服务技术工程实验室

捕获是北斗卫星数字信号处理的第一步,其性能对卫星定位速度有着巨大的影响。文章重点研究了传统的并行码相位捕获算法,分析其在捕获效率和灵敏度上的不足。在此基础上,提出了一种循环圆周移位的差分相干积分算法。该算法通过对输入信... 详细信息

捕获是北斗卫星数字信号处理的第一步,其性能对卫星定位速度有着巨大的影响。文章重点研究了传统的并行码相位捕获算法,分析其在捕获效率和灵敏度上的不足。在此基础上,提出了一种循环圆周移位的差分相干积分算法。该算法通过对输入信号的频谱序列进行圆周移位操作,代替在不同多普勒搜索单元下进行重复的载波剥离和FFT,从而减少了运算量,提高了捕获效率。同时采用差分相干积分的方法对相干积分结果进行共轭相乘以达到抑制噪声的效果,提高了捕获灵敏度。仿真结果表明,该算法能够快速的捕获到北斗卫星信号。同时在低信噪比场景下,依然具有较高的捕获灵敏度和效率。

关键词：信号捕获北斗信号圆周移位差分相干积分