微弱gps信號捕獲算法的分析

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1、技術對未來我國的1．2國內外研究現狀目前，國內外的研究機構和公司都在積極的開展弱信號環(huán)境下導航定位技術研究，弱信號接收技術主要有輔助GPS(AGPS)技術和高靈敏度捕獲技術(High-SensitivityAcquisition)兩個方向【4】。AGPS技術主要利用無線通信網絡或無線定位技術來輔助GPS定位，其優(yōu)點在于加快信號捕獲速度，同時提高捕獲和跟蹤的靈敏度，但它由于依賴網絡會使用戶費用較高，且在單純的接收機應用實現上存在難度。HSGPS技術則是不依賴任何外界的輔助信息，通過改進自身的捕獲算法提高處理增益，

2、達到捕獲微弱信號的目的，該技術的優(yōu)點就在于可在單臺接收機上獨立實現。HSGPS技術中提高靈敏度可以從以下兩方面著手：改良信號傳輸體制和優(yōu)化接收機性能【121。改良信號傳輸體制就是對衛(wèi)星信號的碼字與傳輸波形進行變換，繼而使信號自身具備更容易被捕獲到的特性。而優(yōu)化接收機性能主要是致力于捕獲跟蹤算法的改善，從而提高接收機處理弱信號的能力。針對微弱信號的捕獲，通常是采用增加相關累積時間的方法來提高信號增益。2000年DavidM．LiIl等提出了二倍分組塊補零法(DoubleBlockZeroPadding，DBZP)

3、116】。該方法中先將接收到的信號數據分塊，通過對本地復現C／A碼分塊補零，將二者相對應的塊循環(huán)相關，降低捕獲運算量，縮短捕獲時間。2004年NesreenI．Ziedan在DBZP法的基礎上提出了改進的二倍分組塊補零法(ModifiedDoubleBlockZeroPadding，MDBZP)t17】【lsl避免原有算法的缺陷，提高捕獲靈敏度，但這種算法要在每個預檢測積分時間內對導航數據位進行估計，使算法變得復雜且計算量大大增加?！?001年MarkL．Psiakil20】提出了半比特算法(Half-Bits

4、Method)和全比特算法(Full．BitsMethod)來捕獲微弱信號，該算法主要是通過分組累加來延長積分時間，同時相應的去掉數據位躍變效應。2004年HaraldElders．Boll等12l】將CDMA系統(tǒng)中成功應用的差分相干技術引入到GPS信號捕獲中，“差分”處理使得算法對導航電文的比特翻轉不敏感，同時將相鄰采樣點的噪聲共軛相乘再相加，對2l緒論噪聲的放大相對較小【6J。但當微弱GPS信號強度低于一142dBmW時，即便接收機能正確完成對信號的捕獲跟蹤，但由于信噪比低，導航電文的接收誤碼率仍然較高直接

5、影響到導航定位解算【151，所以HSGPS技術還有待進一步深入的研究。國內在GPS微弱信號捕獲靈敏度的研究起步比較晚，目前還處在初始階段，一些廠商和研究機構正在致力于弱信號GPS接收機的研究，對微弱信號捕獲算法的分析也有一些進展，取得了一些實驗成果，如基于差分相干的自適應門限捕獲算法，以及以導航數據跳變沿檢測為前提的最佳路徑搜索捕獲算法等。1．3本文的研究內容及結構安排本論文的研究內容主要有以下幾個方面：首先，簡要介紹GPS系統(tǒng)和GPS的信號結構，通過分析GPS信號結構構建數字中頻信號的仿真模型，并仿真生成GP

6、S中頻信號。其次，分析GPS信號捕獲的原理以及影響捕獲的主要因素，同時，分析三種不同的接收機捕獲策略，對比選擇適當的捕獲策略來進行基于軟件方法的捕獲微弱信號的研究；重點分析微弱信號捕獲的性能指標，以及捕獲微弱GPS信號的三種捕獲算法t相干累積、非相干累積和差分相干累積，通過分析和仿真對比捕獲算法的優(yōu)缺點。最后，簡單分析小波降噪的理論及步驟，重點將小波降噪應用到微弱信號的捕獲算法當中，從理論上分析了差分相干累積后結果進行小波降噪而提高捕獲信噪比的可行性，通過仿真實驗證實該算法能夠有效的提高捕獲信噪比，從而降低誤碼

7、率。本文的結構安排如下：第一章，介紹了本課題開展的研究意義及國內外研究現狀，并對本文的研究內容做出安排。·第二章，簡要介紹了GPS的系統(tǒng)構成，重點分析了GPS信號的結構及擴頻C／A碼的相關性；研究了GPS信號的調制方式以及GPS中頻信號的數學模型，構建中頻信號的仿真模型并產生中頻信號的仿真數據。第三章，介紹了GPS信號捕獲的基本原理，信號捕獲的目的在于找到GPS接收信號中所存在的衛(wèi)星信號、C／A碼的初始碼相位以及載波多普勒頻移，分析31緒論了捕獲中最大電文長度和頻率搜索步長對捕獲所產生的影響；對比了串行搜索捕獲

8、、并行頻域捕獲及基于循環(huán)相關的并行碼相位捕獲三種捕獲策略；對軟件接收機中常用的并行碼相位捕獲策略的基本原理進行分析并給出了具體的實現步驟。第四章，分析了微弱信號捕獲中判定和影響捕獲性能的因素：表征接收機捕獲靈敏度的信噪比、影響捕獲結果的判決門限值的設定、衡量捕獲算法性能的檢測概率和虛警概率。重點分析和對比三種微弱信號捕獲算法：相干累積、非相干累積和簡易差分相干累積。通過實驗證實，延長累