gps軟件接收機(jī)的仿真與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文

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1、畢業(yè)論文GPS軟件接收機(jī)的仿真與實(shí)現(xiàn)學(xué)院：地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院專(zhuān)業(yè)：測(cè)繪工程第IV頁(yè)摘要隨著GPS的升級(jí)和新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，相比較傳統(tǒng)GPS接收機(jī)，GPS軟件接收機(jī)具有的成本低、靈活性高等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越突出。它使用軟件方法和少量硬件即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)接收處理，可以直接由運(yùn)行在微處理器上的Matlab程序完成信號(hào)處理，因此具有良好的靈活性、可移植性及可擴(kuò)展性。因此，研究GPS軟件接收機(jī)的仿真平臺(tái)具有重要意義。本文重點(diǎn)對(duì)GPS軟件接收機(jī)的捕獲和跟蹤部分進(jìn)行了研究，并在Matlab中進(jìn)行了定位解算。本文在掌握GPS軟件接收機(jī)原理的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的

2、仿真、捕獲、跟蹤及定位。捕獲部分為了提高GPS軟件接收機(jī)的定位速度和定位精度，選用了在Matlab環(huán)境下執(zhí)行時(shí)間短、性能高的并行碼相位搜索捕獲算法。跟蹤部分將碼跟蹤環(huán)和載波跟蹤環(huán)組合在一起，降低了跟蹤環(huán)路的復(fù)雜度。載波跟蹤環(huán)路則選用了對(duì)1800相位轉(zhuǎn)換不敏感的Costas環(huán)，以保證載波跟蹤環(huán)路對(duì)信號(hào)的正確跟蹤。最后在Matlab環(huán)境下，編寫(xiě)了捕獲、跟蹤和數(shù)據(jù)處理等程序，用軟件方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶(hù)的定位，并對(duì)定位結(jié)果進(jìn)行了分析概括，驗(yàn)證了所有算法的可行性，討論了不足之處，為后續(xù)軟件接收機(jī)的相關(guān)研究工作奠定了良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：GPS，軟件接收機(jī)，

3、仿真，捕獲，跟蹤，同步第IV頁(yè)目錄摘要IABSTRACTII第一章緒論11.1GPS發(fā)展概況與組成11.2GPS的組成11.2.1GPS空間衛(wèi)星星座部分21.2.2地面控制部分21.2.3用戶(hù)設(shè)備部分31.3GPS接收機(jī)的發(fā)展概況31.4軟件接收機(jī)的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀41.4.1軟件接收機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)41.4.2軟件接收機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀61.5課題研究的意義61.6論文研究的主要內(nèi)容7第二章GPS信號(hào)的產(chǎn)生和結(jié)構(gòu)92.1GPS信號(hào)的產(chǎn)生92.2GPS信號(hào)結(jié)構(gòu)102.2.1載波信號(hào)102.2.2C/A碼和P碼102.2.3導(dǎo)航電文132.2.4G

4、PS衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制142.3本章小結(jié)14第三章GPS信號(hào)的捕獲153.1GPS信號(hào)捕獲原理153.2GPS軟件接收機(jī)捕獲算法153.2.1串行搜索捕獲算法153.2.2并行頻域搜索捕獲算法163.2.3并行碼相位搜索捕獲算法173.3本章小結(jié)19第四章GPS信號(hào)的跟蹤204.1解調(diào)過(guò)程204.2鎖相環(huán)原理214.3載波跟蹤224.4碼跟蹤244.5本章小結(jié)24第五章GPS軟件接收機(jī)的MATLAB實(shí)現(xiàn)265.1并行碼相位搜索捕獲算法的MATLAB實(shí)現(xiàn)及捕獲結(jié)果265.2GPS信號(hào)跟蹤的MATLAB實(shí)現(xiàn)及跟蹤結(jié)果295.3軟件接收機(jī)的定位結(jié)果3

5、45.4本章小結(jié)35總結(jié)與展望37致謝38第IV頁(yè)參考文獻(xiàn)39附錄41第IV頁(yè)第一章緒論本章簡(jiǎn)略介紹了GPS(GlobalPositioningSystem)的相關(guān)知識(shí)，介紹了軟件定義無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，闡述了軟件接收機(jī)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，最后一節(jié)介紹了本文的主要研究?jī)?nèi)容及研究思路。1.1GPS發(fā)展概況與組成GPS——全球定位系統(tǒng)，其全稱(chēng)為定時(shí)和測(cè)距地導(dǎo)航衛(wèi)星(NANSTAR.NavigationSystemTimingandRanging)。是美國(guó)從上世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，歷時(shí)21年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空全方位實(shí)

6、時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)[18]。它具有全球覆蓋、連續(xù)全天候工作、高精度和能為高動(dòng)態(tài)平臺(tái)提供服務(wù)等特點(diǎn)，可以提供軍用和民用兩種服務(wù)，并與1995年初達(dá)到了全運(yùn)行能力[1]。1999年1月，美國(guó)政府宣布了在新的GPS衛(wèi)星信號(hào)中增加兩個(gè)民用信號(hào)L2C和L5的提案，這些新增信號(hào)將會(huì)大大增加民用用戶(hù)的精度，為全球的民用、商用和科研用戶(hù)提供幫助，截止目前，新的GPSIII計(jì)劃又提出了重新評(píng)估整個(gè)GPS體系結(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足直到2030年的民用和軍用用戶(hù)的需求。相對(duì)于GPS，目前存在的其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還包括俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、歐盟

7、的伽利略系統(tǒng)和我國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，它們分別為不同的政府和部門(mén)提供服務(wù)[2]。1.2GPS的組成GPS是由美國(guó)國(guó)防部為軍事目的建立的、陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性(陸地海洋航空和航天)、全球性、全天候連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航定位和定時(shí)的功能，能為各類(lèi)用戶(hù)提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。GPS定位系統(tǒng)主要由三部分組成：空間星座部分、地面監(jiān)控部分、用戶(hù)設(shè)備三部分。GPS聯(lián)合計(jì)劃辦公室對(duì)這些組成部分的正式計(jì)劃性術(shù)語(yǔ)分別是空間段、控制段和用戶(hù)設(shè)備區(qū)段?？臻g星座部分包括在軌衛(wèi)星，它們向

8、用戶(hù)設(shè)備提供測(cè)距信號(hào)和數(shù)據(jù)電文。地面控制部分更新衛(wèi)星的時(shí)鐘校正量、星歷，以及其他用于確定用戶(hù)位置、速度和時(shí)間的參數(shù)。此外還對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤和維護(hù)，維持衛(wèi)星的軌道布局，并監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的健