高靈敏度GPS軟件接收機捕獲算法

魏玲玲,范勝林,王順亮,劉建業

(南京航空航天大學導航研究中心,江蘇 南京 210016)

全球定位系統(GPS)作為目前世界上最完善的全球導航衛星系統,可為地球表面、近地表和地球外空任意地點用戶提供全天候、實時、高精度的三維位置、速度以及精密的時間信息,在軍事和民用領域已經得到了非常廣泛應用[1]。近年來,隨著用戶對定位的要求越來越高,尤其是在室內、森林和隧道等復雜環境(以下統稱室內環境)下的定位,基于軟件接收機的高靈敏度GPS定位技術成為一個研究熱點。

捕獲是GPS軟件接收機信號處理的一個關鍵環節。傳統的捕獲算法一般能捕獲到44dB/Hz以上的較強衛星信號,但在室內環境下,由于信號強度太弱,傳統的捕獲算法就會失效,進而導致接收機無法繼續跟蹤和定位解算。

本文對傳統的GPS信號捕獲方法進行了分析和討論,在此基礎上針對弱信號環境下 GPS軟件接收機的快速捕獲問題,提出了一種新的捕獲算法——將數據“先累加后相關”,進行傳統半位捕獲法中相干積分段的運算,并以此進行數據段的選擇,然后再與隔段差分相干積分算法相結合,以此來進行微弱信號的捕獲。本文分別從理論分析和仿真驗證兩個角度驗證了此方法既避免了導航數據位的翻轉問題,既提高了捕獲的速度,還能減小傳統半位捕獲法中非相干積分造成的“平方損失”,極大地提高了接收機的捕獲性能。

1 傳統GPS信號捕獲算法

信號捕獲的目的是確定接收機當前所在位置的可見衛星信號,進而計算可見衛星的載波頻率和偽隨機碼相位信息,為后續的信號跟蹤環節提供初始條件[2]。……