慣性信息輔助高動態GPS接收機快速捕獲方法研究

摘 要：本文研究了在高動態環境背景下，基于GPS普通信號的捕獲原理及實現方法。對原有的FFT算法中傳統的處理算法進行了改進，仿真了慣性信息輔助算法，實驗結果驗證了該方法的有效性和魯棒性。

關鍵詞：GPS；慣性輔助；捕獲；FFT

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.123

1 引言

雖然現在的GPS定位系統已經很成熟，但是想要在高動態環境下，接收到完整又可靠的信息還是有一定困難的。導航定位技術最關鍵的一個就是要捕獲GPS信號，這對于箭載、星載里的GPS的接收機來說尤為重要。所以，怎樣快速又高效的捕獲GPS信號是目前研究的一個潮流。

2 GPS系統的基本介紹

GPS系統由空間部分、控制部分和用戶部分組成。空間部分包含了24顆衛星，主要用于發送導航定位的衛星信號。控制部分由1個主控站，5個檢測站，3個注入站組成，主要負責收集一些數據并對收集到的數據進行處理，然后反饋給衛星，對衛星的舊數據進行更新。GPS接收機構成了用戶部分，可以來接收信號。GPS的定位原理是知道信號從出發地到達目標地點所需要的時間和速度，從而計算出發地點到目的端所經過的距離。

3 GPS信號捕獲

GPU信號捕獲過程必須檢測出兩個重要的參數，一個是C/A碼周期的起始位置；另一個是輸入信號的載波頻率。一般來說，捕獲過程包括載波捕獲和碼捕獲兩個部分。擴頻通信是GPS系統普遍使用的一種方法。粗同步是指讓本地的參考碼，以及本地的接受碼，他們之間的差距控制在一個碼元，載波互相對準，這樣就能完成同步。

在擴頻系統中，常使用滑動相關法來進行計算，具體計算如公式1所示：

（1）

基于FFT的偽碼快速捕捉技術的原理是，為接收到的信號，是當地的信號信息。為了減小實驗過程中的運算量，在研究的時候對數據進行平均采樣處理，這種預處理可以確保C/A碼的捕獲性能。利用頻率為5.714MHz的時鐘信號為C/A碼進行平均采樣，1024個點的FFT運算就代替了原先的5714個點的FFT運算。

本文改進之后的捕獲信號模型如公式2所示：

（2）

產生的本地信號為

從系統中輸出來的模型如公式3所示：

（3）

C/ A碼片所代表的時間可以表示為；。

4 實驗結果

試驗中需要用到的仿真參數如下：全局時鐘的頻率是5.714MHz，數字類型的中頻段信號的頻率為4.12304MHz，中頻段在采樣時用的頻率為16.1367667MHz，L1波段頻率為1575.42MHz，載噪比是45dB。圖1和圖2分別是無慣性信息輔助捕獲算法仿真結果和慣性信息速度輔助捕獲算法仿真結果示意圖。

5 總結

在高動態的環境下，FFT快速捕獲法捕獲需要的時間較短，運算量較小。再加上慣性信息輔助的方法，可以將GPS信號增強，使得工作的效率和性能提高了。

參考文獻：

[1]趙晴，吳玉斌.INS輔助的GPS快速捕獲方法研究[J].沈陽理工大學學報，2012.

[2]A Brown；M May.Benefits of Software GPS Receivers for Enhanced Signal Processing[J].GPS Solutions，2000.

[3]趙昀，張其善.軟件GPS接收機架構與捕獲算法實現[J].北京航空航天大學學報，2006.

作者簡介：楊雨薇（1993-），女，江蘇南通人，碩士研究生，研究方向為計算機圖形學。