基于軟件的GPS信號捕獲跟蹤算法研究

摘 要:對GPS軟件接收機的捕獲和跟蹤部分進行了研究。對于捕獲模塊，通過對常用串行搜索捕獲算法和并行頻域搜索捕獲算法的比較和分析，提出了一種新型并行碼相位搜索捕獲算法;對于跟蹤模塊，提出采用非相干延遲鎖相環對碼進行跟蹤，同時采用Costas環對載波進行跟蹤;最后，從捕獲和跟蹤的GPS信號中提取出導航電文，并根據電文中的參數計算出了用戶的位置坐標，并在Matlab中對用戶的位置坐標進行了定位解算驗證。

關鍵詞:GPS; 捕獲模塊; 跟蹤模塊; Costas環

中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)12-0093-04

Acquisition and Tracking Algorithm for GPS Signal Based on Software

GUAN Ke， WU Juan-li， YANG Jun

(Information Engineering Institute， Chang’an University， Xi’an 710064， China)

Abstract:The acquisition and tracking algorithm of GPS software receiver is introduced. For the acquisition module， a new method of code phase parallel-searched acquisition algorithm is proposed by comparing and analyzing the commonly used serial-searched acquisition algorithm and frequency parallel-searched acquisition algorithm. For the tracking module， the non-coherent delay lock loop was used to track C/A code， and Costas loop was used to track carrier wave. Finally， the navigation message was extracted from the captured GPS signal， and the user′s position coordinate was calculated by the parameters of the acquisition and tracking parts， which was tested accurately in Matlab.

Keywords:GPS; acquisition module; tracking module; Costas loop

0 引 言

早期的GPS接收機基于模擬信號處理，由于使用了大量的模擬器件，其接收機體積比較龐大。隨著集成電路技術的成熟，現代GPS接收機采用專用的ASIC電路進行信號處理，利用集成電路制造的GPS接收機功能強大、體積小，但靈活性差。近年來，在數字信號處理技術發展的影響下，GPS衛星信號的接收處理越來越趨向于采用軟件的方法來實現，即將GPS信號在接收天線輸出端進行數字化，然后再通過軟件對其進行處理計算，最終實現用戶位置的定位。軟件GPS接收機中，硬件部分和軟件部分幾乎是完全獨立的，因此具有成本低，開發速度快，靈活性大，便于修改和升級等優點。目前，GPS軟件接收機的設計與實現己經成為眾多研究機構的研究熱點，本文對其關鍵技術部分即基于軟件處理的GPS信號捕獲和跟蹤算法進行了研究。

1 GPS信號的捕獲

GPS衛星播發的信號在UHF頻段的2個頻……