GPS L5接收机的设计与实现

在GPS现代化过程中,GPS L5新信号采用了QPSK调试方式,它由数据支路和导频支路组成.为了开发GPS L5新信号接收机,在研究信号特征的基础上,给出了接收机的总体设计思路并讨论了相应的捕获技术、跟踪技术以及导航电文的译码技术.接收机信号处理基于FPGA实现,连接卫星导航模拟器,该接收机成功捕获、跟踪和解调了GPS L5信号,并得到了正确的定位结果.对接收机的输出结果进行了测试,证明了设计L5接收机过程中所采用方法的有效性和可行性.     

GPS卫星捕捉及跟踪算法研究

为了能完成卫星定位,需要对卫星信号进行捕获、追踪。文中针对带有C/A码的L1频段的GPS信号进行定位研究,捕获能从接收的信号中粗略地估算出可见卫星的信号参数,用于帮助接收机初始化跟踪环路,并开始跟踪信号。码跟踪和载波跟踪模块则将这些参数细化,跟踪后即可解调出导航数据。仿真结果表明,算法可准确快速地从32颗卫星中捕捉和跟踪预定的卫星信号。     

GNSS信号接收机的构件初识──GNSS导航信号的收发问题之十

GNSS信号接收机是GNSS导航卫星的用户设备,是实现GNSS卫星导航定位的终端仪器。它是一种能够接收、跟踪、变换和测量GNSS卫星导航定位信号的无线电接收设备,既具有常用无线电接收设备的共性,又具有捕获、跟踪和处理弱达3.5E-16W~2.5E-17W卫星微弱信号的特性。为此,GNSS信号接收机的构件必须满足这种捕获、跟踪和测量GNSS信号的需求。     

GPS卫星信号的捕获算法

GPS接收机运行中,卫星信号高效捕获是准确定位的前提和基础,捕获算法决定捕获效果,对于接收机性能具有重要影响。算法不同,捕获质量也有所差别。文章从GPS信号结构入手,从不同方面探讨GPS卫星信号捕获算法,并借助仿真结果验证捕获方案准确性。     

基于GPS导航系统的伪卫星信号发射器设计

伪卫星技术能够增强卫星导航定位精度,并能够进行单独定位。伪卫星信号发射器是实现伪卫星定位的基础,通过对伪卫星信号的研究,设计了基于GPS导航系统的单体伪卫星信号发射器,并对其性能进行测试。实验结果表明,设计的伪卫星信号发射器能够实时产生伪卫星信号,并且信号频谱与理论相符,能够被接收机捕获跟踪,满足实际使用需求。     

GPS接收机信号捕获方法的改进与实现

在GPS卫星定位中,由于卫星和接收机之间的相对运动产生高达10kHz的多普勒频移,同时大多数情况下卫星信号容易被遮挡,接收到的信号都比较弱,需要有一种有效的捕获方法实现GPS信号的捕获。分析了已有捕获方法的特点和缺陷,提出了一种改进的基于循环相关的捕获方法,并进行验证,表明该方法能实现相对弱信号的快速捕获。     

基于VC++的GPS软件接收机设计

由于GPS软件接收机具有需要硬件资源极少、可移植性强、开发新算法成本低等诸多优点,成为了新一代GPS接收机研制的热点.完成了基于快速傅里叶变换(FFT)算法的卫星信号的捕获算法、基于混合载波跟踪环的载波跟踪和码跟踪算法、卫星星历数据的提取及卫星状态解算算法和伪距测量算法等算法的仿真验证,介绍了基于VC++的GPS软件接收机的设计方法和过程.该软件接收机可以输出各个通道跟踪到卫星信号的载波频率、伪码频率及伪距,卫星星历及卫星状态,接收机的位置、速度信息以及各种DOP值等诸多信息.最后,给出了所开发的GPS软件接收机在实际GPS数字中频信号下的定位结果.结果表明,该软件接收机的定位误差在20 m以内.该GPS软件接收机系统采用纯软件的方法实现了硬件GPS接收机数字中频信号后的所有功能,算法修改灵活,可为进一步研究GPS接收机的各种算法提供一种方便快捷的仿真平台.     

基于GPU的GPS信号捕获算法设计与实现

文章对GPS信号的捕获在GPU和CPU架构下的平台进行研究。GPS信号的捕获是卫星导航接收机关键环节之一,其实现对硬件资源和处理时间均有较高的要求。GPU具有较高的可编程能力和大量并行处理单元,并在大规模的并行计算工作中使用,其并行处理能力可以为GPS信号捕获的实现提供可靠保证,同时GPU可编程的特点提高了GPS信号捕获的灵活性和可重构性。文章提出了基于GPU的GPS信号捕获实现结构,并通过仿真验证了该结构的可靠性和有效性。     

新的微弱GPS信号快速捕获算法

弱信号环境下快速有效的C/A码捕获算法,在高灵敏度GPS接收机中占据着重要地位,同时也是高灵敏度GPS接收机实用化的关键。通过对捕获信号相关幅值的统计特性分析,从理论上揭示了微弱GPS信号难于捕获的根本原因,并论述了当前主要的数据累积方法的利弊。通过对GPS系统和导航电文格式的分析,将快速相干累积与卫星位置预测相结合提出了新的GPS微弱信号捕获算法。理论分析和仿真结果表明了本算法的可行性,在信噪比SNR为-43dB时可以稳定地捕获GPS信号。使用实际数据测试表明,该算法能明显增加捕获到的卫星数量。     

通信

u-blox 推出基于传感器的ANTARIST GPS 接收机GPS定位技术供应商u-blox发布一款基于传感器的GPS接收机(SBR-LS)。无论卫星是否可视,这种采用航位推测(Dead-Reckoning)算法的新产品都能实现精确导航。这款基于传感器的GPS接收机(SBR-LS)包含了ANTARISTGPS定位引擎,为在接收GPS信号受阻区域的精确定位竖立了全新的标准。它结合了前沿的ANTARIST GPS技术与革新的航位推测算法,利用来自回转率(turn rate)传感器(回转仪)和车辆里程表的信息,在没有GPS信号之后的一段时间内提供精确导航。一旦卫星再次可视,GPS接收机会…     

基于GPS软件接收机平台的弱信号捕获算法研究

为了解决GPS弱信号的捕获问题,以GPS软件接收机为平台,首先建立了消除考虑多普勒频移对码片传输影响的精确GPS信号模型;在此基础上,采用了一种相干/非相干积分相结合的改进型块数据捕获算法实现了对弱信号的有效捕获。该算法综合考虑了非相干积分引起的噪声影响,并提出一种易于工程实现的非相关积分损耗补偿方法。最后,通过一组实测数据,验证了改进的相干/非相干相结合捕获算法,补偿了由于非相关积分带来的积分损耗,能够有效地实现对弱信号的捕获。     

基于MDBZP 的C/A码信号高灵敏捕获算法

卫星信号的捕获是GPS接收机信号处理的首要任务。针对在微弱信号的情况下传统捕获方法不能很好地捕获到卫星信号的问题,提出一种改进的二倍分组块补零（MDBZP）方法为高灵敏度GPS接收机提供理论依据。该方法将连续相干积分分解成普通循环相关和随后的傅里叶变换来产生不同的多普勒频移搜索,并针对连续积分跨越多个导航电文数据位的情况给出解决方案,同时考虑了多普勒效应对码长造成的影响。仿真结果表明,此方法对低至15dB-Hz的微弱信号C/A码信号仍有较好的捕获能力。最后给出了不同载噪比情况下所对应的检测信噪比。     

基于MDBZP 的C/A码信号高灵敏捕获算法

卫星信号的捕获是GPS接收机信号处理的首要任务。针对在微弱信号的情况下传统捕获方法不能很好地捕获到卫星信号的问题,提出一种改进的二倍分组块补零( MDBZP)方法为高灵敏度GPS接收机提供理论依据。该方法将连续相干积分分解成普通循环相关和随后的傅里叶变换来产生不同的多普勒频移搜索,并针对连续积分跨越多个导航电文数据位的情况给出解决方案,同时考虑了多普勒效应对码长造成的影响。仿真结果表明,此方法对低至15 dB-Hz的微弱信号C/A码信号仍有较好的捕获能力。最后给出了不同载噪比情况下所对应的检测信噪比。     

基于小波变换的GPS微弱信号捕获组合算法

针对战场环境下GPS信号易受到敌方压制式干扰而产生严重衰减,提出了一种相干积分、非相干积分和小波降噪相结合的组合算法。该算法先通过相干积分和非相干积分结合的方法提高整体信号强度,避免导航数据位可能发生跳变的特性,然后采用小波降噪技术,克服信号与噪声的频带相互重叠时,滤波效果变差的问题,实现对弱信号的捕获。仿真结果表明,采用20 ms的相干积分时间、5次非相干积分和小波降噪,可以接收比传统方法低5 dB信噪比的微弱GPS信号。这种方法容易实现,预测可靠,具有实际应用价值。     

四分法和差分相干结合的北斗弱信号捕获算法

针对弱信号条件下传统卫星信号捕获算法无法满足用户需求的问题,在对接收信号进行傅里叶变换的基础上,提出了一种利用四分法估计导航数据比特跳变位和差分相干累加方法相结合的北斗弱信号捕获新算法。与基于FFT的半比特交替和相干累加结合的捕获方法比较可知,该算法数据利用率高,对噪声有良好的抑制效果。仿真结果表明,该算法可实现-38 dB信噪比条件下的北斗弱信号捕获,并可进一步提高软件接收机灵敏度。     

高灵敏度GPS导航算法分析

为了实现在室内和城市等低信噪比环境下的全球定位系统(GPS)导航,介绍了导航终端捕获卫星信号的基本原理。分析了相干积分算法、非相干积分算法、差分相关算法和圆周相关算法4种主要的卫星捕获算法,在此基础上提出了相干积分算法结合差分相关算法的高灵敏度GPS导航芯片设计方案。通过仿真分析,该芯片能够在15 dBHz的低载噪比环境下实现对卫星信号的正常捕获。     

一种星载GPS接收机设计及测试

为解决星载GNSS接收机具备高动态信号的跟踪与锁定功能,基于自行研发的星载GPS导航接收机,通过软件升级使其能够工作在LEO、GEO和更高轨道高度上,实现更快的信号捕获能力和对微弱信号的跟踪能力。文中给出了接收机的软硬件架构及功能描述,以及低轨道高动态条件下的模拟器测试结果,通过测试表明,文中给出的接收机具有高动态、微弱GNSS信号的捕获跟踪性能,具备星载搭载条件。     

一种高动态、弱信号GPS比特同步方法

为了实现高动态、弱信号条件下的GPS信号的比特同步,该文提出了一种基于差分相干累加的比特同步方法,简称差分累加法。该方法将一个导航数据比特周期内的复相干积分值与间隔为整数位导航数据比特长度的相应值进行差分相干累加后再进行非相干累加作为统计量,计算20个候选位置的值,最大值对应的差分相干累加起始位置即为导航数据比特边界位置,从而实现比特同步。仿真结果表明,差分累加法适合高动态、弱信号GPS比特同步。     

微弱北斗信号捕获算法优化

恶劣环境中北斗卫星信号强度往往低于-133dBW,单周期捕获算法积分时间较短无法完成捕获,传统多周期捕获算法受二次编码和数据位翻转的影响易造成相关损失,限制积分时间的增长。半比特捕获方法虽能避免导航信息带来的位翻转,但是不能克服二次编码引入的位翻转;补零方法能够克服所有位翻转,但是不能实现长时间积分;树形算法通过尝试一定长度码片的所有可能符号组合,虽然能够有效延长积分时间,但随着码片数量的增加计算量呈指数上涨。针对北斗卫星信号中相干积分的时间受二次编码符号组合的限制问题,提出一种新的串并结合的算法,首先在一个周期的主码上进行串行搜索得到主码相位,而后在整周期二次编码上并行搜索确定二次编码的相位和多普勒频偏,达到延长相干积分时间实现微弱北斗信号捕获的目的,仿真证明在设定捕获阈值4dB时算法仍能够捕获-150dBm的信号。     

SAW based convolver for GPS signal acquisition module

Aiming at acquiring navigation signal with weak strength at large speed in challenging environment, SAW convolver is employed to implement partial correlation in weak strength and high dynamic GPS signal acquisition. After introducing principle of GPS signal acquisition, difficulty in acquiring GPS signal in special environments, for example indoor, urban street and woods, is analyzed in detail. The suitability of SAW device in acquiring challenging GPS signal is discussed about. A novel GPS receiver structure based on SAW device is proposed. In final, simulation is performed to testify effectiveness of this new structure.