第5章-GPS基本原理及其Matlab仿真(1)

1、第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 5.1 5.1 概述概述 5.2 GPS5.2 GPS衛(wèi)星信號的多普勒效應(yīng)衛(wèi)星信號的多普勒效應(yīng)5.3 GPS衛(wèi)星信號捕獲的考慮衛(wèi)星信號捕獲的考慮5.4 GPS5.4 GPS衛(wèi)星信號的捕獲方法衛(wèi)星信號的捕獲方法 5.5 5.5 MatlabMatlab與與SimulinkSimulink仿真簡介仿真簡介 5.6 GPS5.6 GPS衛(wèi)星信號捕獲的例子衛(wèi)星信號捕獲的例子 5.7 5.7 關(guān)于捕獲的一些子程序關(guān)于捕獲的一些子程序 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 5.1 概概 述述 為了跟蹤和解碼GPS信號, 首先要捕獲到GPS信號。將捕獲到的

2、GPS信號的必要參數(shù)立刻傳遞給跟蹤過程，再通過跟蹤過程便可得到衛(wèi)星的導(dǎo)航電文。GPS衛(wèi)星處于高速運動中，因此，其頻率會產(chǎn)生多普勒頻移。載波頻率與C/A碼的多普勒頻移將在下面詳細講述。為覆蓋高速衛(wèi)星預(yù)期中的所有多普勒頻率范圍，捕獲方法覆蓋的頻率范圍必須在10 kHz之內(nèi)。一旦捕獲到GPS信號，立刻去測量兩個重要參數(shù)： C/A碼的起始點和載波頻率（因為多普勒頻移而變化）。接收機接收到的一系列數(shù)據(jù)往往包含多個衛(wèi)星信號，每個信號具有不同的C/A碼的不同起始點和不同的多普勒頻率。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 針對某個特定的衛(wèi)星信號， 捕獲過程就是要找到C/A碼的起始點，并利用找到的起始點展開C/A碼頻

3、譜，一旦復(fù)現(xiàn)了C/A碼的頻譜， 輸出信號將變成連續(xù)波（Continuous Wave， CW），于是便得到其載波頻率。也就是說，捕獲過程就是要獲得輸入信號的C/A碼的起始點和載波頻率，然后傳遞給跟蹤過程。 捕獲與跟蹤過程所用到的數(shù)據(jù)都是從原始的衛(wèi)星信號經(jīng)過下變頻器（即與中頻混頻）之后收集到的，其中頻（IF）為21.25 MHz, 采樣頻率為5 MHz， 信號的中心頻率為1.25 MHz。這組數(shù)據(jù)來源于我們設(shè)計的衛(wèi)星信號接收裝置，但是用模擬仿真算法也可以產(chǎn)生類似的數(shù)據(jù)，以驗證本章介紹的衛(wèi)星信號的捕獲算法。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 5.2 GPS衛(wèi)星信號的多普勒效應(yīng)衛(wèi)星信號的多普勒效應(yīng)GPS

4、衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)一周的時間是11 h 58 min 2.05 s， 從衛(wèi)星軌道的近似半徑可以求得衛(wèi)星的角速度d/dt和運動速度vs： (5-1) 4265601.458 103874/ssr dvkmm sdt421.458 10/11 360058 602.05drad sdt第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 這里rs表衛(wèi)星軌道的平均半徑。我們知道，一個太陽日和一個恒星日之間相差3 min55.91 s，在這段時間里，衛(wèi)星大約運行了914 km(3874 m/s235.91 s)，對應(yīng)地球表面與衛(wèi)星的最高點，相應(yīng)的角度近似為0.045 rad(914/20 192)或2.6。如果衛(wèi)星接近地平線，相

5、應(yīng)的角度為0.035 rad或者2。 因此我們可以看出，對于地球表面的固定一點，在每天的同一時間里， 衛(wèi)星位置大約改變22.6。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 如圖5-1所示，衛(wèi)星在位置S處，用戶在位置A處，相對用戶的衛(wèi)星角速度vd造成了多普勒頻移， 其中vd值為： (5-2) sindsvv根據(jù)衛(wèi)星軌道速度，取水平方向的最大值， 得到多普勒角速度的最大值為： m/h2078s/m9295602663683874sedmaxrrvvs(5-3) 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖圖5-1 衛(wèi)星運動引起的多普勒頻移衛(wèi)星運動引起的多普勒頻移 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 這個值與高速航空衛(wèi)星的速度相

6、等。由地面設(shè)施引起的多普勒頻移通常非常小，即使它直接相對衛(wèi)星運動引起了最大多普勒效應(yīng)。對由C/A碼調(diào)制過的頻率L1(f=1575.42 MHz），最大的頻移為： 81575.42 9294.93 10rdmdrf vfkHzc(5-4) 這里c是光速。 因而， 對于一固定觀測器來說，最大的多普勒頻移是5 kHz。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 如果地面GPS接收設(shè)備高速移動，就要考慮進多普勒效應(yīng)了。要單獨產(chǎn)生一個5 kHz的頻率范圍，接收設(shè)備需以2078 m/h的速度相對衛(wèi)星運動，這個速度將包含最高速度的航空器。 因而，在設(shè)計GPS接收機時，如果接收機用在低速設(shè)備，則認為載波頻率的多普勒頻移范

7、圍在5 kHz；相反地，如果用在高速設(shè)備，就要合理假定其多普勒頻移的范圍在10 kHz。 這些值對于確定捕獲過程的搜索頻率范圍是至關(guān)重要的。因此，就有了引言中我們提到的為覆蓋高速衛(wèi)星預(yù)期中的所有多普勒頻率范圍，捕獲方法覆蓋的頻率范圍必須在10 kHz之內(nèi)之說。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 由于C/A碼頻率非常低，所以C/A碼上的多普勒頻移也是非常小的。C/A碼的頻率是1.023 MHz，比載波頻率低1540(1575.42/1.023)倍。 C/A碼的多普勒頻率為： 681.023 109293.23 10chdcf vfHzc(5-5) 如果接收機高速移動，這個值就得取雙倍，為6.4 Hz

8、，得到的這個值對跟蹤過程（BASS方法）來說是至關(guān)重要的，這點我們將在下一章討論。在BASS跟蹤過程中，輸入信號與本地產(chǎn)生數(shù)據(jù)必須要緊密對齊，而C/A碼的多普勒頻移可能造成輸入碼與本地生成碼的不對齊。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 在數(shù)字化衛(wèi)星信號中，如果數(shù)據(jù)用5 MHz采樣(稱為采樣頻率)， 則每個采樣之間相隔200 ns（稱為采樣時間）。 在跟蹤過程中，我們期望本地生成信號與輸入信號未對齊的長度在半個采樣時間或近似100 ns之內(nèi)，若兩個信號之間相差超過這個長度，跟蹤將失鎖，即失去跟蹤靈敏性。C/A碼的基波時間為977.5 ns或1/1.023106 s，它移動一個周期需花費156.3 m

9、s（1/6.4）。對這句話的理解是：多普勒頻移使C/A碼的頻率由1.023106變?yōu)镴P21.023106+6.4，即每秒內(nèi)多變化了6.4個周期，則多變化一個周期的時間為(1/6.4) ms。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 因此，它移動100ns的數(shù)據(jù)長度，近似花費16 ms(100156.3/977.5)。在高速導(dǎo)航器中，需每16 ms選擇一批數(shù)據(jù)，以保證輸入信號與本地生成碼更好地匹配。 但是由于輸入信號中有噪聲，用1 ms的數(shù)據(jù)可能不能非常精確地匹配， 因而可以拓寬輸入信號的調(diào)整時間，每20 ms選擇一批輸入信號。 對一個低速導(dǎo)航器來說，這個時間可拓寬到40 ms。 第5章 GPS衛(wèi)星信號

10、的捕獲 從以上討論我們知道，輸入信號的調(diào)整取決于采樣頻率。 采樣頻率高將縮短調(diào)整時間，因為采樣時間變短，在半個周期內(nèi)匹配輸入碼與本地生成碼的時間變短。如果輸入信號的強弱和跟蹤靈敏度不成問題，則輸入信號的調(diào)整時間可以拓寬。然而，輸入信號與本地生成信號相離必須在半個基波或488.75 ns(977.5/2)之內(nèi)，這個時間看做是輸入信號與本地生成信號相離允許的最大值。C/A碼的多普勒頻率是6.4 Hz， 調(diào)整時間可以拓寬到78.15 ms（1/26.4）。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 5.3 GPS衛(wèi)星信號捕獲的考慮衛(wèi)星信號捕獲的考慮 5.3.1 捕獲時的最大電文長度捕獲時的最大電文長度 C/A碼

11、長1 ms，那么至少要用1ms的電文來捕獲，甚至只用1 ms的電文來捕獲時，都可能發(fā)生導(dǎo)航電文相位偏移。如果電文中有數(shù)據(jù)偏移，電文的下一個1ms將不會含有偏移。因此，為了保證捕獲電文中不含有數(shù)據(jù)偏移，需要用兩組連續(xù)的電文來捕獲， 這個電文最大長度是10 ms。如果使用兩組連續(xù)的10 ms電文來捕獲， 就保證了在某一組電文中不含相位偏移。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 限制電文長度的第二個因素是C/A碼的多普勒效應(yīng)。如果理想相關(guān)峰值是1，當C/A碼超前或滯后1/2碼時，相關(guān)的峰值將降為0.5，對應(yīng)地，幅值下降6 dB。如上節(jié)所討論的，假定未對準的C/A碼允許在半個基波（0.489 s）內(nèi), 基波

12、頻率是1.023 MHz，C/A碼上預(yù)期的最大多普勒頻移是6.4 Hz， 那么兩個相差6.4 Hz的頻率交換半個基波需要78 ms（1/26.4）， 這個數(shù)據(jù)遠大于10 ms。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 5.3.2 5.3.2 捕獲中的頻率步長捕獲中的頻率步長 捕獲時的另一個考慮因素是捕獲中剝離載波所需的頻率。 在前文曾提過，需被覆蓋的多普勒頻率范圍是10 kHz， 決定覆蓋這20 kHz范圍的步進頻率非常重要。步進頻率的大小與捕獲中的電文長度緊密相關(guān)。如果輸入信號與本地混頻信號相距1個周期，它們兩者沒有相關(guān)性；如果兩者小于1個周期， 則它們有部分相關(guān)性。隨意選取兩個信號允許的最大頻率相離

13、是0.5個周期， 如果電文記錄長度為1 ms，一個1 kHz的信號將在1 ms內(nèi)變換一個周期，為了保持1 ms內(nèi)的最大頻率相離在0.5個周期，步進頻率須為1 kHz。在這種情況下，在輸入信號與卷積信號之間最大限度的頻率相離是500 Hz/s或0.5 Hz/ms， 且輸入信號剛好在兩個頻率點之間。如果電文記錄長度為10 ms，100 Hz的搜索步進頻率就可以滿足要求。看待這個問題的一個簡單方法是頻率相離與電文長度成反向關(guān)系。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 由以上的討論可以得出如下結(jié)論：當捕獲輸入電文為1 ms長時，步進頻率是1kHz；當電文為10 ms時，步進頻率是100 Hz。從這個簡單的討論

14、可以明顯看出，捕獲中的操作執(zhí)行次數(shù)與總的數(shù)據(jù)點并不是成線性比例關(guān)系，當電文長度從1 ms上升到10 ms時，電文長度上升10倍，頻率點數(shù)目也上升了10倍， 捕獲所需的操作次數(shù)上升了不止10倍。因此，實際捕獲時， 如果強調(diào)捕獲的速度的話，電文長度需保持在最小值。 執(zhí)行次數(shù)的增加，取決于實際捕獲所用的方法，下面將討論具體的捕獲方法。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 5.4 GPS衛(wèi)星信號的捕獲方法衛(wèi)星信號的捕獲方法5.4.1 5.4.1 傳統(tǒng)捕獲方法傳統(tǒng)捕獲方法 捕獲的基本思想就是展開輸入信號，找到載波頻率。如果相位正確的C/A碼與輸入信號相乘，輸入信號將如圖5-2中所示變成一個連續(xù)信號。圖5-2中

15、最上端是輸入信號，這個信號是C/A碼編碼的射頻信號相位，注意到射頻信號與C/A碼是任意選擇的，它們并不代表衛(wèi)星傳輸過來的真正的信號。中間的圖表示C/A碼，其值在1之間。 最下端的圖是連續(xù)信號，代表輸入信號與C/A碼的乘積，其對應(yīng)的頻譜不再是擴頻， 而是一個連續(xù)信號，這個過程有時稱做輸入信號的C/A碼剝離。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖5-2 C/A編碼的輸入信號與本地C/A碼相乘 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 一旦輸入變成連續(xù)信號，通過傅立葉變換可以知曉其頻率。 如果輸入電文長是1 ms，則傅立葉變換的頻率分辨率為1 kHz。 可以設(shè)置一個閾值，即一個門限來判斷一個頻率分量是否足夠大。高于

16、這個門限的最高頻率分量就是我們要找的頻率。 如果用5 MHz使輸入信號數(shù)字化，1 ms的電文將含有5000個數(shù)據(jù)點， 一個5000點的FFT(快速傅立葉變換)將產(chǎn)生5000個頻率分量。 然而， 5000個頻率分量中只有前2500個頻率分量包含有用信息， 后2500個是前2500個頻率分量的復(fù)共軛。頻率分辨率是1 kHz， 因此， FFT覆蓋的總頻率范圍是2.5 MHz，是采樣頻率的一半。 但我們感興趣的頻率范圍只有20 kHz，而非2.5 MHz，因此， 為了節(jié)省計算時間， 可以用DFT(離散傅立葉)方法， 只計算相隔1 kHz的21個頻率分量。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 由于輸入信號中C

17、/A碼的起始點還未知，因此，必須先找到這個點。為了找到這個點，我們產(chǎn)生本地的一個C/A碼，將其數(shù)字化為5000個點，且與輸入信號點對點相乘，對此乘積的結(jié)果進行FFT或DFT，可以找到其頻率。為了搜索1 ms的電文， 輸入電文與本地產(chǎn)生數(shù)字化的C/A碼必須彼此相對移動5000次。 如果使用FFT，需操作5000次，每次操作包含5000個點對點的乘積和一個5000點的FFT。由于只有2500個頻率分量提供信息， 其余2500個分量提供的是多余的信息，因此，輸出的5000點數(shù)據(jù) 每 個 含 有 2 5 0 0 個 頻 率 分 量 ， 這 樣 ， 在 頻 域 共 有1.25107(50002500)個

18、輸出。 在這1.25107個輸出中最高幅值如果大于預(yù)先設(shè)定的門限值，則該分量就是期望值。在如此多的數(shù)據(jù)中尋找最高頻率分量也是非常費時的。由于在期望的20 kHz的FFT輸出中，只有21個頻率分量是我們感興趣的， 總輸出可以降低到105 000(500021)個。通過這種方法，可以用時間分辨率為200 ns(1/5 MHz)和1 kHz的頻率分辨率找出C/A碼的起始點。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 如果使用10 ms的電文，因為信號只需要卷積1 ms，因此需要5000次操作。每次操作包含50 000個點對點乘積和50 000次FFT，總共有1.25108(500025 000)個輸出結(jié)果。如果

19、在預(yù)期的20 kHz范圍內(nèi)只考慮201個頻率分量，需從1 005 000(5000201)個結(jié)果中挑選，因此可以看出，從1 ms到10 ms操作的增長是非常顯著的。 尋找C/A碼起始點的時間分辨率仍是200 ns， 但頻率分辨率提高到了100 Hz。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 傳統(tǒng)捕獲方法是由硬件實現(xiàn)的，硬件主要用以執(zhí)行以上所講的處理。假定輸入信號用5 MHz數(shù)字化，一個可行方法是產(chǎn)生5000點的數(shù)字C/A碼，并與輸入信號點對點相乘，每200 ns執(zhí)行一次5000點相乘，每200 ns對一個5000點相乘的結(jié)果進行FFT頻率分析，圖5-3示意了該過程。如果C/A碼與輸入電文匹配， FFT結(jié)

20、果中將含有一個強分量，如前所述，這個方法將產(chǎn)生 1.25107(50002500)個輸出結(jié)果，然而，只有在10 kHz頻率范圍內(nèi)的輸出結(jié)果中挑選，這個約束使得排序過程變簡單了。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖5-3 用C/A碼和頻率分析進行捕獲 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 完成這個操作的另一個方法是通過離散傅立葉變換(DFT), 將本地產(chǎn)生碼變換成含有C/A碼和射頻信號的電文。射頻是復(fù)數(shù)，可用ejwt表示。本地碼信號由射頻與C/A碼乘積獲得，因此， 本地碼也是復(fù)數(shù)。假定L1頻率(1575.42 MHz)被轉(zhuǎn)換到21.25 MHz，并用5 MHz數(shù)字化，輸出頻率將會是1.25 MHz; 同時

21、假定捕獲過程以1 kHz的步長搜索125010 kHz 的頻率范圍，且總共有21個頻率分量，本地碼lsi可用下式表示： 2ijf tsislC e(5-6) 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 其中，s表示衛(wèi)星的編號；i=1, 2, 3, , 21；Cs表示編號為s的衛(wèi)星的C/A碼；fi=1250-10,1250-9,1250-8,1250+10 kHz。 本地信號須用5 MHz數(shù)字化，產(chǎn)生5000個數(shù)據(jù)點， 這21組數(shù)據(jù)代表相距1 kHz的21個頻率。這些數(shù)據(jù)與輸入信號有關(guān)，如果本地產(chǎn)生信號包含正確的C/A碼和正確的頻率分量，當遇到正確的C/A碼相位時，輸出結(jié)果將會特別高。 第5章 GPS衛(wèi)星信號

22、的捕獲 圖5-4 通過本地產(chǎn)生C/A碼和射頻碼捕獲 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 5.4.2 循環(huán)相關(guān)捕獲方法循環(huán)相關(guān)捕獲方法 1. 循環(huán)卷積與循環(huán)相關(guān)循環(huán)卷積與循環(huán)相關(guān) 在講述循環(huán)相關(guān)捕獲方法之前， 首先簡單介紹執(zhí)行相關(guān)操作的主要數(shù)學運算。 如果一個輸入信號經(jīng)過一個線性時不變系統(tǒng)，可由卷積運算得到時域結(jié)果，也可由傅立葉變換得到頻域結(jié)果。如果系統(tǒng)脈沖響應(yīng)是h(t)，輸入信號x(t)可通過卷積產(chǎn)生如下的輸出y(t)： ( )() ( )( ) ()y tx thdxh td (5-7) 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 通過傅立葉變換，y(t)的頻域響應(yīng)為： 22( )( ) ()( )()jftj

23、ftY fxh td edtxh td edt d (5-8) 令變量t-=u，那么 222( )( )( )( )( )( )( )jfufjfY fxh u edu edH fxedH f X f (5-9) 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 為得到時域輸出，需對Y(f)進行反傅立葉變換， 結(jié)果可寫成： 1( )( )( )( )( )y tx th tFX fH f(5-10) 此處，*表示卷積，F(xiàn)-1表示傅立葉反變換。 可以發(fā)現(xiàn)一個簡單的關(guān)系，時域的卷積等效于頻域的傅立葉變換，或者說頻域卷積運算等效于時域傅立葉變換， 這兩種關(guān)系可以寫成： (5-11) ( )( )( )( )x th t

24、X f H f( )( )( ) ( )X fH fx t h t通常稱其為傅立葉變換中卷積的二元性。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 這個思想還可用于離散系統(tǒng)。與連續(xù)時域表達式不同，響應(yīng)y(n)可以表達成： 10( )( ) ()Nmy nx m h nm (5-12) 此處，x(m)表示輸入信號，h(n-m)是離散時域系統(tǒng)響應(yīng)。注意到，該式子中，h(n-m)中的時移是循環(huán)的，因為離散操作是周期性的。對上式進行離散傅立葉變換(DFT)， 結(jié)果為： 11(2)/0011(2 () )/(2)/001(2)/0( )( ) ()( )()( )( )( )( )NNjknNnmNNjn m kNj

25、mkNmnNjmkNmY kx m h nm ex mh nm eeH kx m eX k H k(5-13) 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 然而，捕獲時用到的并不是卷積運算，而是相關(guān)運算， 它與卷積運算不同。x(n)與h(n)之間的相關(guān)表示為： (5-14) 10( )( ) ()Nmz nx m h nm上式與式(5-12)的惟一不同點就在于h(n+m)中的m前面的符號不同。h(n)是另一信號， 而非線性系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)。 z(n)的DFT變換為： 11(2)/0011(2 () )/( 2)/001( 2)/01( )( ) ()( )()( )( )( )( )NNjknNnmNNjn

26、m kNjmkNmnNjmkNmZ kx m h nm ex mh nm eeH kx m eH k Xk(5-15) 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 這里X-1(k)表示離散傅立葉反變換。上式還可寫成： 11(2)/100( )() ( )( )( )NNjknNnmZ kx nm h m eHk X k(5-16) 如果x(n)是實數(shù)，x(n)*=x(n)，其中*表示復(fù)共軛。 有了這個關(guān)系， Z(k)的幅值為： *( )( )( )( )( )Z kHk X kH k Xk(5-17) 利用上式的這個關(guān)系，可得到輸入信號與本地產(chǎn)生信號的相關(guān)性。如前所述，這個式子提供了循環(huán)相關(guān)性。 第5章 G

27、PS衛(wèi)星信號的捕獲 2. 2. 循環(huán)相關(guān)捕獲的方法循環(huán)相關(guān)捕獲的方法 上面討論了循環(huán)相關(guān)的運算法則，利用這些運算法則就可以執(zhí)行捕獲了。然而實際捕獲中， 輸入電文不是連續(xù)到達接收機的，因此循環(huán)相關(guān)操作適合一組或一批電文。輸入電文經(jīng)過5 MHz的ADC(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器)采樣存儲在存儲器中，只有1 ms的輸入電文用來尋找C/A碼的起始點，其搜索頻率分辨率即步進頻率是1 MHz。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 捕獲輸入電文， 需經(jīng)過以下幾個步驟： (1) 對1ms的輸入電文x(n)進行快速傅立葉變換FFT， 將輸入轉(zhuǎn)換到頻域，值為X(k)，這里， n=k=0, 1, 2, , 4999。 (2) 取

28、X(k)的復(fù)共軛，值為X(k)*。 (3) 利用式(5-6)，產(chǎn)生21個本地碼lsi(n)(i=1, 2, , 21)，本地碼包含了衛(wèi)星s的C/A碼和一個復(fù)射頻信號的乘積， 然后用5 MHz采樣本地碼，本地碼的頻率fi相距1MHz。 (4) 對lsi(n)進行FFT，變換到頻域中，值為Lsi(k)。 (5) 將X(k)*與Lsi(k)點對點相乘，結(jié)果為Rsi(k)。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 (6) 對Rsi(k)進行反傅立葉變換，變換到時域中的值為rsi(n)，得到其絕對值|rsi(n)|，總共有105 000(500021)個|rsi(n)|。 (7) 在輸入電文200ns的時間分辨率

29、和載波頻率為1 kHz分辨率的條件下，|rsi(n)|最大值中的第n位和第i個載波頻率芯給出了C/A碼的初始點。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 以上的操作可由圖5-5說明。 圖5-5所示結(jié)果是時域中的， 且只給出21個本地碼的其中一個?？烧J為輸入電文與本地電文位于兩個圓柱體表面，為了去匹配輸入電文， 本地碼要旋轉(zhuǎn)5000次。換句話說，一個圓柱體相對于另一個圓柱體旋轉(zhuǎn)5000次。在每一步，5000個輸入電文與5000個本地電文點對點相乘，相乘結(jié)果加到一起。 包含本地碼與輸入碼所有可能的乘積需5000步，乘積中最高幅值將被記錄下。最高幅值如果同時大于預(yù)置門限值的話， 就是我們的期望值。 第5章 G

30、PS衛(wèi)星信號的捕獲 圖5-5 循環(huán)相關(guān)捕獲示意圖 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 3. 循環(huán)相關(guān)捕獲的改進方法循環(huán)相關(guān)捕獲的改進方法 循環(huán)相關(guān)捕獲的改進方法與上面介紹的捕獲方法的惟一區(qū)別就是傅立葉變換FFT的長度減小了一半。上一節(jié)的循環(huán)相關(guān)方法的第(3)步產(chǎn)生本地碼lsi(n)，由于lsi(n)是復(fù)量，故其頻譜是不對稱的， 如圖5-6所示。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖5-6 本地產(chǎn)生信號頻譜圖 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 從圖5-6中顯而易見，其信息包含在前半頻譜圖中，后半部分只含有非常少量的信息，從而，循環(huán)相關(guān)的捕獲方法可以做如下修改： (1) 對1ms的輸入電文x(n)進行快速傅立葉

31、變換FFT， 將輸入轉(zhuǎn)換到頻域，值為X(k)，這里，n=k=0, 1, 2, , 4999。 (2) 取X(k)的前2500(k=0, 1, 2, , 4999)個值的復(fù)共軛， 值為X(k)*。 (3) 利用式(5-6)，產(chǎn)生21個本地碼lsi(n)(i=1, 2, , 21)， 每個lsi(n)有5000個數(shù)據(jù)點。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 (4) 對lsi(n)進行FFT，變換到頻域中，值為Lsi(k)。 (5) Lsi(k)的后半部只含有少量信息， 因此，取前半部分的Lsi(k) ，與X(k)*點對點相乘， 結(jié)果為Rsi(k)(k=0, 1, 2, , 4999)。 (6) 對Rsi

32、(k)進行反傅立葉變換，變換到時域中的值為rsi(n)， 并求出其絕對值| rsi(n) |，總共有52 500(250021)個| rsi(n) |。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 (7) |rsi(n) |的最大值如果大于預(yù)置門限值的話就是我們的期望值。第i個頻率就是分辨率1kHz的載波頻率，第n位就是分辨率400ns的C/A碼的初始點。 (8) 由于這種方法尋找C/A碼起始點的時間分辨率是400 ns，可以通過比較第n位的幅值與(n-1)和(n+1)位幅值， 將分辨率提高到200ns。 該方法中，從第(5)步到第(7)步，只有2500個數(shù)據(jù)點的操作，而非5000個。第(7)步挑選最大幅值

33、的過程由于只用到一半的輸出而簡化了。因此這種方法節(jié)省了操作時間。仿真結(jié)果表明，這種方法的信噪比略低于常規(guī)循環(huán)相關(guān)捕獲方法1.1dB，這可能是由于丟棄頻域內(nèi)后半部分信號引起的。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 5.4.3 5.4.3 延遲與累積捕獲方法延遲與累積捕獲方法 基于延遲與累積的捕獲方法是為了去除輸入信號中的頻率信息。去除了頻率信息，只需用本地C/A產(chǎn)生碼去尋找輸入信號C/A碼的起始點，一旦找到其起始點，就可由FFT或DFT得到其頻率。從理論角度看，這是個非常吸引人的方法，然而，運用到實際中處理GPS信號，還需進一步研究。這種方法討論如下。 首先，我們假定輸入信號s(t)是復(fù)量，因此表示為

34、： 2( )( )jftss tC t e(5-18) 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 這里，Cs(t)表示衛(wèi)星s的C/A碼。 輸入信號的延遲表達式為： 2()()( )jf tss tC t e (5-19) *22()2( ) ()( )()( )jftjf tjfssns t s tC t C teeC t e ( )( )()nssC tC t C t表示延遲時間，s(t)與延遲表達式的復(fù)共軛的乘積為： (5-20) 這里的 (5-21) 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 戈爾德碼(Gold Code)與其延遲的乘積可以看做是一個“新碼”。這個“新碼”也屬于戈爾德碼家族。仿真結(jié)果表明，利用其

35、自相關(guān)和交叉相關(guān)可找到“新碼”的起始點?！靶麓a”的起始點與C/A碼的起始點相同。式（5-20）有意思的地方在于它的頻率自變性，即頻率變化不受其他變量支配，因為f和t都是常量， 因而ej2f項是常量，因此，只需搜索“新碼”的起始點。盡管這種方法非常吸引人，但它要求輸入信號必須是復(fù)量，由于收集到的輸入電文都是實數(shù)， 因而必須將它們轉(zhuǎn)化成復(fù)數(shù)。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 為避免將實數(shù)信號轉(zhuǎn)化成復(fù)數(shù)信號的額外計算， 我們可以采用如下方法。 輸入信號為 ( )( )sin(2)ss tC tft這里，Cs(t)表示衛(wèi)星s的C/A碼。輸入信號的延遲表達式為： ()()sin 2()ss tC tf t

36、(5-23) s(t)與延遲s(t-)的乘積是： ( ) ()( )()sin(2)sin 2()( )cos(2)cos2(2)2ssns t s tC t C tftf tC tfft (5-24) 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 Cn(t)是式(5-21)的定義。式(5-24)含有兩項：一個直流項和一個高頻項。 通常，可以濾去高頻。為使式(5-24)可用， |cos(2f)|必須接近單位1。理論上，很難做到這點，因為頻率f未知，然而，由于頻率在125010 kHz之內(nèi)，選擇一個延遲時間來滿足這個條件是完全可能的。例如，可選擇21250103=，如此=0.410-6s=400 ns。輸入電文

37、用5MHz數(shù)字化，采樣時間是200 ns(1/5 MHz)。 在這個條件下，|cos(2f)|=|cos()|=1。如果頻率偏離10 kHz，其相關(guān)值|cos(2f)|=|cos(2126010340010-6)|=0.9997， 非常接近單位1。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 因此這個方法可以應(yīng)用到實際電文中，惟一的約束是不可以像式(5-20)中那樣任意選擇延遲時間，但可以選擇延遲不是很長的0.4s的倍數(shù)，例如=1.6 s，當頻率偏移10kHz時，|cos(2f)|=0.995?？梢钥闯?，如果對中心頻率1250kHz用一個長延遲的話，|cos(2f)|會下降很快。 如果延遲過長，|cos(2

38、f)|可能不再接近1。 這個方法的問題是當兩個帶噪聲的信號相乘時，噪底會上升，搜索1ms的電文將捕獲不到某個衛(wèi)星。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖 5-7 相位偏移對延遲和累積捕獲方法的影響(a) 無相位偏移； (b) 相位偏移兩位 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 5.4.4 長記錄電文的相干處理長記錄電文的相干處理尋找弱信號的方法通常是增加捕獲的電文長度，這樣做的好處是提高了信噪比， 對此的一個簡單解釋是，長2 ms的電文的FFT產(chǎn)生500 Hz的頻率分辨率，而1 ms的電文的FFT產(chǎn)生1 kHz的頻率分辨率。由于信號在頻譜展開后帶寬窄，因而信號強度并不會因為相對窄的頻率分辨率而降低，降低頻

39、率分辨率帶寬反而將噪聲降低了一半，因此，信噪比上升了3 dB。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 長記錄電文相干處理的思想是利用很少的數(shù)據(jù)點執(zhí)行快速傅立葉變換(FFT)。利用10ms的電文(或50 000個數(shù)據(jù)點)來說明這個思想。電文的中心頻率是1.25 MHz，輸入信號將被轉(zhuǎn)換成一個基帶信號和一個2.5 MHz的高頻帶。如果將高頻帶用濾波器濾去，將只需處理基帶信號。假定此時已經(jīng)濾去高頻信號， 基帶信號是帶C/A碼的輸入的下變頻信號，將這個信號與C/A碼點對點相乘。如果到達了C/A碼的正確相位，輸出將變成連續(xù)信號，由多普勒效應(yīng)引起的最大頻率范圍在10 kHz。既然這個信號的帶寬是20 kHz，我們

40、就可以用其2.5倍的頻率來采樣， 即用50 kHz采樣該信號。10 ms的電文在此采樣頻率下只產(chǎn)生500個數(shù)據(jù)點。然而，我們是用5 MHz采樣的， 產(chǎn)生了50 000個數(shù)據(jù)點。我們可以每100個數(shù)據(jù)點取一次平均值作為一個新的數(shù)據(jù)點，這個取均值的過程等價于一個低通濾波器，因此， 它去除了乘法運算后的1.25 MHz連續(xù)信號中的高頻分量，同樣， 也去除了接收機收集到的信號中含有的噪聲信號。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 這個方法可以用如下10ms的電文的例子來說明： (1) 將10ms長的輸入信號與本地生成1.25 MHz的復(fù)合連續(xù)信號相乘，并用5 MHz采樣。因為輸出最大頻率是10 kHz，我們

41、可以將此時的輸出稱做低頻輸出。頻率近似為2.5 MHz的高頻分量將被濾波除去，因而可以忽略它。這時，得到了50 000個數(shù)據(jù)點。 (2) 將這些輸出數(shù)據(jù)與10個C/A碼點對點相乘，總共得到50 000個數(shù)據(jù)點。 (3) 將每100個相鄰數(shù)據(jù)點取其均值，變成一個新的數(shù)據(jù)點，這個過程濾去了頻率近似為2.5 MHz的高頻分量。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 (4) 對新產(chǎn)生的500個數(shù)據(jù)點進行FFT變換，找到頻率內(nèi)的最高輸出，這個操作產(chǎn)生的頻率輸出中，只有250個輸出有用。 (5) 將本地生長碼相對低頻輸出移動一個數(shù)據(jù)點，然后重復(fù)步驟(3)和(4)。由于每毫秒產(chǎn)生一次C/A碼，我們需要操作5000次

42、，而非50 000次。 (6) 在頻域中，總共得到1.250106(2505000)個輸出， 大于預(yù)置門限值的最高幅值就是期望值，從這個值可以得到C/A碼的起始點和多普勒頻移。 由此得到的頻率分辨率是100 Hz。 盡管上述方法簡單易懂，但循環(huán)相關(guān)的捕獲方法也可以用很少的操作來達到同樣的目的。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 5.4.5 5.4.5 精頻估計的基本概念精頻估計的基本概念 從1 ms電文中得到的頻率分辨率大約是1 kHz，對跟蹤環(huán)來說，這個值太粗糙了。適合跟蹤過程的頻率必須在幾十Hz之內(nèi)。通常，跟蹤環(huán)的頻寬是幾Hz，用DFT(或FFT)計算精細頻率（Fine Frequency）是

43、不可取的。因為為了得到10 Hz的分辨率，需100 ms的電文記錄，如果每毫秒有5000個數(shù)據(jù)點，100 ms就有500 000個數(shù)據(jù)點，其FFT操作將是非常費時的。另外， 100 ms電文的相位偏移的概率也相對高。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 得到適合跟蹤環(huán)的精細頻率分辨率(Fine Frequency Resolution)（以后簡稱精頻）的方法是通過相位關(guān)系。 一旦輸入信號中剝離了C/A碼，輸入就將變成連續(xù)波形。如果在m時刻，1ms電文中最高頻率分量是Xm(k)(k表示輸入信號的頻率分量), 則可由DFT輸出得到輸入信號的初始相位m(k)： )(Re()(Im(tan)(1kXkXkm

44、mm (5-25) 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 Im和Re分別表示虛部和實部。讓我們假定在m時刻之后很短時間的n時刻，1ms電文的DFT分量Xn(k)也是最強分量，因為輸入分量在很短時間內(nèi)不會迅速變化。n時刻輸入信號的初始相位角和頻率分量k為： )(Re()(Im(tan)(1kXkXknnn(5-26) 這兩個相位角可用來計算精頻： )-(2)()(mnkkfmn(5-27) 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 這個方程式給出了一個比從DFT得到的要精確得多的頻率分辨率。為了保持其值的惟一性，n(k)-m(k)的相位差必須小于2。如果相位差是最大值2，帶寬就是1/(n-m)。這里的(n-m)是兩

45、組連續(xù)電文之間的延時。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 5.4.6 5.4.6 消除精頻測量中的不確定性消除精頻測量中的不確定性盡管求解精頻的基本方法都是基于式(5-27)，但是具體實現(xiàn)它，則有幾種略微相異的方法。如果每毫秒取DFT的第k個分量，頻率分辨率是1 kHz，精頻測量的不確定寬度也是1 kHz。 在圖5-8(a)中，給出了5個頻率分量，它們之間相隔1 kHz。 如果輸入信號如圖5-8(b)所示落在了兩個頻率分量之間，由于系統(tǒng)中噪聲的影響， 將不能確定其相位。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖5-8 頻域內(nèi)的不確定區(qū)域（a） 頻率相離; （b） 輸入信號 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 為

46、了去除這種不確定性，有兩個解決方法。第一個方法是加速DFT操作過程。如果每0.5 ms執(zhí)行一次DFT操作，不確定帶寬是2 kHz。在頻率分辨率為1 kHz和不確定帶寬為2 kHz的條件下，確定一個精細頻率就不存在不確定的問題了。 但是這種方法使DFT操作增加了一倍。解決這個問題的第二個方法是， 如果輸入是連續(xù)信號的話，采用一種幅值比較方案，而非加快DFT操作速度。 如圖5-8(b)所示，輸入信號落在兩個頻率槽之間。假定X(k)的幅值略高于X(k-1)，將X(k)代入式(5-26)和式(5-27)，得到精細分辨率。輸入頻率與X(k)的值相差接近500 Hz。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 正確的

47、結(jié)果是輸入頻率比X(k)低500Hz，由于噪聲的存在， 我們可能錯誤地認定是輸入頻率比X(k)高了500 Hz。然而， 輸入頻率X(k)和X(k-1)是非常接近的，且它們比X(k-1)要強得多。因此，如果輸入最高頻率槽是X(k)，且相位計算在不確定區(qū)域范圍內(nèi)，這個區(qū)域接近于X(k)與X(k-1)的中心或者X(k)與X(k+1)的中心，這時就比較X(k-1)與X(k+1)兩者之間的相位。如果X(k-1)大于X(k+1)，輸入頻率就是低于X(k)的;否則，就認為輸入頻率高于X(k)。如此，精頻的準確性由相位決定，但是頻率差值的符號由最高頻率分量鄰近的兩個頻率分量的幅值決定。 第5章 GPS衛(wèi)星信號

48、的捕獲 然而，問題比這要略為復(fù)雜一些，因為兩組連續(xù)數(shù)據(jù)間可能由于導(dǎo)航電文引起了180的相位偏移。如果發(fā)生了這種情況，輸入信號就不能被看做連續(xù)信號對待了。這種可能性使不確定寬度延遲了1ms，且限制在250Hz。頻率相距250Hz對應(yīng)的相位角是/2。如果頻率相距+250 Hz，相位角是+/2，然而導(dǎo)航電文引起的相位偏移將使相位角變成+/2(+/2-)，相應(yīng)地引起-250 kHz的頻率變換。如果在尋找精頻時不考慮相位偏移，這個結(jié)果將變成500 kHz。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 為了避免這個問題，頻率不確定的最大值必須小于250Hz。 如果頻率最大相差是200 Hz(這個值是實驗選取的)，則相應(yīng)

49、的相位角的差是2/5，如圖5-9所示。如果存在相位偏移，相位差了3/5(|(2/5)|)，這個值要比2/5大得多。 這樣來看，相位差可以用來確定精頻而不產(chǎn)生錯誤的頻率偏移。 如果相位差大于2/5，就從結(jié)果中減去以保證頻率差小于2/5。為了保持頻率在200 kHz之內(nèi)，X(k)中的k值之間的最大距離將是400 kHz。如果輸入是在兩個鄰近的k值當中， 則輸入信號跟兩邊的k值都相距200 kHz。第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖 5-9 相位差小于2/5將不會造成頻率誤差 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖 5-10 從兩個相位角得到的角度差 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 討論的最后一點是將X(k)

50、的實部和虛部轉(zhuǎn)化成相位角。 通常， 相位角的范圍在之間。式(5-26)和式(5-27)中的兩個相位角都將用這種方式得到，兩個相位角的角度差可以是02間的任何值，如圖5-10所示。由于200 kHz允許的最大相位角差是2/5，這兩個相位角的角度差必須等于或小于2/5。如果結(jié)果大于2/5，可以從結(jié)果中加上或減去2，其絕對值就肯定小于2/5了。如果將噪聲考慮進去，2/5門限值可以適當放寬，如用2.3/5，意味著其差必須等于或小于2.3/5這個值。如果這樣處理后的值仍然大于這個門限值，就意味著兩個連續(xù)毫秒數(shù)據(jù)間有相位偏移了，必須從結(jié)果中減去。當然，得到的角度值也還要經(jīng)過加減2，以保證最后得到的值小于門

51、限值。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 由以上討論可知，在某一確定衛(wèi)星中需要經(jīng)過下面幾個步驟來找出它的C/A碼起始點和載波頻率： (1) 對1 ms的輸入執(zhí)行循環(huán)相關(guān)操作，某個確定的C/A碼起始點可以從這些循環(huán)相關(guān)里找到，載波頻率可以以1 kHz的分辨率得到。 (2) 找到最高頻率分量X(k)，在同一個毫秒數(shù)據(jù)內(nèi)的兩個分量，一個比X(k)中的k值低400 kHz，一個比k值高400 kHz， 對這兩個分量執(zhí)行DFT操作。三個輸出X(k-1), X(k), X(k+1)中的最高輸出將被指定為新的X(k)，并用這個新的X(k)作為DFT分量來求解精頻。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 (3) 從C/A

52、碼起始點處開始選擇連續(xù)幾個毫秒的數(shù)據(jù)，我們隨意選擇為5ms，將這些數(shù)據(jù)與5組連續(xù)C/A碼相乘，結(jié)果肯定是一個5 ms長的連續(xù)信號。但是在任意1 ms數(shù)據(jù)中，都有可能含有一個相位偏移。 (4) 從所有輸入數(shù)據(jù)中找出Xn(k)，其中n=1, 2, 3, 4, 5， 然后由式(5-25)找出相位角。 角度差值定位為： nn1(5-28) 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 (5) 角度差的絕對值必須小于門限值(2.3/5)，如果不能實現(xiàn)，就要從上加上或減去2。如果結(jié)果仍然大于門限值，就要調(diào)整相位偏移，在上加上或減去，得到的值還要與門限值2.3/5進行比較，來決定是否要再次加減2。經(jīng)過這些調(diào)整后，最終的角度

53、值就是期望值。 (6) 式(5-27)用來計算精頻。由于有5ms的數(shù)據(jù)，將得到4個精頻值。為了提高精確度，我們將這4個精頻的平均值作為要求解的值。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 5.5 Matlab與與Simulink仿真簡介仿真簡介 5.5.1 5.5.1 仿真工具簡介仿真工具簡介 Matlab是由美國Mathsworks公司開發(fā)的大型軟件。在Matlab軟件中，包括了兩大部分：數(shù)學計算和工程仿真。其數(shù)學計算部分提供了強大的矩陣處理和繪圖功能。在工程仿真方面，Matlab提供的軟件幾乎遍布各個工程領(lǐng)域，并且不斷加以完善，現(xiàn)已成為國際上最為流行的科學計算與工程計算軟件之一。第5章 GPS衛(wèi)星信

54、號的捕獲 5.5.2 5.5.2 SimulinkSimulink的使用的使用本小節(jié)將利用BPSK傳輸作為例子對Simulink進行簡單介紹。但是，我們只局限在Simulink的原理及在這個仿真輔導(dǎo)中所要求的特點上，至于更為詳盡的內(nèi)容，建議讀者參考Simulink手冊。這里給出的Windows界面的圖保持了原樣。 Simulink是Matlab軟件的擴展，它是實現(xiàn)動態(tài)建模和仿真的一個軟件包。它與Matlab 語言的主要區(qū)別在于，它與用戶接口是基于Windows的模型化圖形輸入的，從而使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建而非語言的編程上。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖 5-11 Si

55、mulink Library Browser窗口 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖 5-12 BPSK傳輸?shù)腟imulink模型 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 為 了 創(chuàng) 建 一 個 新 的 S i m u l i n k 模 型 ， 可 以 通 過FileNewModel菜單打開一個新的模型。某個庫模塊可以從庫窗口簡單地拖放到Simulink模型窗口中。利用Uniform Random Number Generator模塊以及隨后的Sign模塊，可以做圖5-12中的二進制信號源。Uniform Random Number模塊在指定的區(qū)間上產(chǎn)生均勻分布的隨機數(shù)，在本例中該隨機數(shù)在-1, +1內(nèi)

56、產(chǎn)生。跟在其后的Sign模塊的輸出是： 當輸入大于0時輸出為-1。為了產(chǎn)生輸出比特為等概率的+1和-1二進制信號源，可以加入Lookup Table模塊，它的輸入輸出映射關(guān)系為：1到1，-1到-1，而0到+1。為了將模塊Uniform Random Number加到模塊中，可以在Simulink Block Library Browser中雙擊模塊Sources庫(見圖513)。將模塊Uniform Random Number拖入Simulink模型并雙擊它。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖 5-13 Sources 庫 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 打開的Block Parameters窗

57、口如圖5-14所示，在這個窗口中即可輸入如該圖所示的有關(guān)參數(shù)?，F(xiàn)將Math Operations庫中的Sign模塊拖入模型。利用鼠標將模塊Uniform Random Number和Sign連接起來：在模塊Uniform Random Number的輸出上按下鼠標左鍵并拖到Sign模塊的輸入端，然后釋放鼠標鍵。Lookup Table模塊從Lookup Tables庫中得到，在模型中雙擊Lookup Table模塊并輸入如圖5-15所示的模塊參數(shù)。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖 5-14 模塊參數(shù)： Uniform Random Number 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖 5-15 模

58、塊參數(shù)： Lookup Table 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 在開始仿真之前，為了觀察源信號，必須調(diào)整Configuration Parameters。在菜單欄中使用命令SimulationConfiguration Parameters。即可打開如圖5-16所示的Configuration Parameters窗口。 就目前而言， 僅涉及參數(shù)Start time和End time， 稍后為了求得準確的結(jié)果， 可能需要調(diào)整用于數(shù)值積分的Max step size 和Min step size。在菜單欄中使用命令SimulationStart啟動仿真。類似地， 可以使用SimulationS

59、top命令結(jié)束或停止仿真。為了觀察信號， 雙擊Scope即可打開如圖5-17所示的窗口。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖 5-16 仿真參數(shù)窗口 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖 5-17 源信號(Scope) 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 在窗口中單擊鼠標右鍵會打開一個彈出菜單，通過該菜單可以打開Axes properties 窗口，如圖5-18所示，這是為了設(shè)定y軸的范圍。 圖 5-18 Axes properties窗口（Scope） 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 在圖5-17中，Scope窗口的時間范圍可以通過菜單欄中的Parameters框來改變（見圖5-19）。 圖 5-19 S

60、cope的參數(shù)窗口 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖5-12中的其他模塊也能用相同的方式包括在內(nèi)。利用UserDefined Functions 模塊可以產(chǎn)生載波cos(4*pi*u)，該模塊將某個指定的表達式（如cos(u)）加到輸入變量u上。將模塊Fcn拖入仿真模型并雙擊它，會立即打開Block Parameters窗口， 如圖5-20所示， 在這里可以輸入表達式cos(4*pi*u)。 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 圖 5-20 模塊參數(shù)： Fcn 第5章 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 時間變量u可以從Sources庫中的Clock模塊得到。Math Operations庫中的Product模塊