GPS中偽隨機碼的捕獲技術研究.pdf

1、全球定位系統(tǒng)(又稱為GPS)是新一代的導航定位系統(tǒng)，它可以向廣大用戶提供精確的定時和定位服務。GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，是將基帶信息先經過偽隨機碼擴頻，再對發(fā)射載波進行二進制相移鍵控(BPSK)而形成的。利用偽隨機碼進行擴頻是GPS 信號形成中的關鍵所在。本文主要研究GPS中偽隨機碼的快速捕獲技術。 在各種擴頻通信系統(tǒng)中，偽隨機碼都起著至關重要的作用。對偽隨機碼捕獲技術的研究由來已久，方法也是多種多樣。GPS中用到了兩種偽隨機碼，它

2、們分別是C/A碼(粗測碼)和P(Y)碼(精測碼)。 C/A 碼具有周期較短，復雜性較低的特點。由于載波多普勒頻移的影響，所以對C/A 碼的捕獲是同時對偽碼相位和載波頻率進行二維搜索的過程。本文采取PMF-FFT 的方案來實現C/A碼的快速捕獲，此方案的主要思想是利用FFT變換來估計多普勒頻移，然后用得到的頻移估計值來調節(jié)載波 NCO (數控振蕩器)，直至完成碼相位和載波頻率的捕獲。該方法有效地利用了FFT的特性，將對碼相位和載波

3、頻率的二維搜索變?yōu)閮H對碼相位的一維搜索，大大減少了捕獲時間，提高了C/A碼接收機的實時性。此外，FFT 前的PMF部分有效地降低了接收到的GPS數據的速率，使后面FFT 的點數成倍地降低，大大節(jié)約了硬件資源。但PMF帶來的一個顯著缺點是隨著多普勒頻移的增加，FFT 輸出的相關峰值會出現下降，且下降的程度與PMF的長度x密切相關，而X的大小又直接影響著接下來FFT 的點數，因此，應按照具體的要求來設置X的值。FFT也有一個缺點是給相關結果

4、帶來了扇貝損失，本文選擇了加漢寧窗的方法對其做了改善，取得了比較令人滿意的結果。 GPS中的P碼及其加密后生成的Y碼比C/A碼的碼速率更快、精確度更高、反欺騙容限更強。它在設計之初并不是用于直接捕獲，而是通過已經捕獲到的C/A碼的轉換來實現。如果C/A失效，則直接捕獲P(Y)碼就成了唯一的選擇。P(Y)碼的最大特點是具有長達一周的周期，如果采用傳統(tǒng)的方法對其捕獲，將會消耗很長的時間，這對于實時接收機來說是不能接受的。采用硬件并行

5、相關技術可以縮短捕獲時間，但代價非常昂貴。本文采用的疊加平均法是對直接平均法的一種改進。它一方面采取了數據平均的方法，不僅可以實現P(Y)碼的快速捕獲，而且其小點數的FFI’讓硬件的消耗大大降低，實現更加簡單；另一方面，疊加平均法與直接平均法相比，最主要的改善就是它的相關峰值在一定范圍內不受碼相位偏移的影響，即使有噪聲存在的情況下，它的這一特性仍然保持穩(wěn)定。此外，作者又拿疊加平均法與一些經典的P(Y)碼直接捕獲方法的性能做了對比，發(fā)現它

6、在某些方面的捕獲性能要優(yōu)于這些算法，如其抗噪聲性能就優(yōu)于XFAST算法，捕獲時間短于直接法等等。本文詳細分析了GPS中兩種偽隨機碼各自的特點，介紹了幾種常用的偽隨機碼捕獲方法，對傳統(tǒng)GPS接收機上慣用的滑動相關法的原理作了比較詳細的講解。針對C/A碼而采用的PMF-FFT捕獲方案，詳細介紹了其工作原理，對其捕獲性能也作了深入的討論，尤其是分別對PMF和FFT缺點的改善方法做了認真細致的分析。文中用MATLAB對PMF-FFT捕獲結構的結