第七章GPS信號的捕獲與跟蹤

1GPS信號捕獲與跟蹤

GPS信號的組成GPS信號捕獲的兩個參數(shù)捕獲原理及步驟GPS信號的跟蹤載頻跟蹤碼跟蹤SchoolofElectronicEngineering

2接收機(jī)通道Receiverchannel接收機(jī)通道接收機(jī)通道接收機(jī)通道接收機(jī)通道接收機(jī)通道射頻前端A/D轉(zhuǎn)換器捕獲接收機(jī)通道用戶位置計算碼跟蹤載頻跟蹤數(shù)據(jù)位同步解碼導(dǎo)航數(shù)據(jù)讀取衛(wèi)星位置計算偽距捕獲和跟蹤在接收機(jī)中的位置

3GPS衛(wèi)星信號

4GPS中的多普勒頻移衛(wèi)星周期11小時58分衛(wèi)星軌道半徑26560km

5GPS中的多普勒頻移

6在衛(wèi)星可能引起多普勒效應(yīng)的方向上的最大速度：C/A信號的載頻：衛(wèi)星運動造成的最大多普勒頻：衛(wèi)星造成的多普勒頻移

7捕獲的三維搜索

8捕獲的三維搜索信號中存在哪些衛(wèi)星的信號，即存在哪些PRN碼調(diào)制的信號；對每一個存在的PRN碼信號，提取其多普勒頻移；對每一個存在的PRN碼信號，提取其偽碼相位。

9GPS信號捕獲的關(guān)鍵參數(shù)衛(wèi)星搜索的數(shù)量捕獲使用數(shù)據(jù)的長度載波頻率搜索范圍和頻率搜索步長碼相位搜索空間，碼相位搜索步長

10衛(wèi)星搜索的數(shù)量衛(wèi)星搜索的數(shù)量范圍：0~32顆；衛(wèi)星搜索數(shù)量對捕獲精度沒有影響;必須能成功捕獲到4顆或更多顆衛(wèi)星;兩種搜索方式：利用星歷搜索方式：利用用戶位置估計值、GPS時間估計值和最近幾天內(nèi)的歷書，計算出衛(wèi)星的位置，然后確定哪顆衛(wèi)星為可見衛(wèi)星；滿天搜索方式：搜索所有可能的衛(wèi)星PRN碼。

11捕獲使用數(shù)據(jù)的長度使用的數(shù)據(jù)越長，捕獲效果就越好，但使用較長的數(shù)據(jù)必然會使運算量增加；限制捕獲使用的數(shù)據(jù)長度的因素有兩個：導(dǎo)航電文的跳變和C/A碼的多普勒效應(yīng)；C/A碼的周期是1ms，所以至少需要1ms的數(shù)據(jù)才能完成捕獲操作。導(dǎo)航電文每個數(shù)據(jù)位的長度是20ms或者說是20個C/A碼的長度選用10ms的數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲時，可以不用考慮C/A碼多普勒頻移的影響。

12頻率搜索步長與數(shù)據(jù)長度的關(guān)系

1301234567

搜索捕獲原理IncomingcodeGeneratedcodeCorrelation起始位置估計

14

捕獲原理12345678Correlation載頻估計

15串行搜索捕獲方法

16串行搜索捕獲方法串行搜索捕獲方法

18FFT頻域捕獲方法

19SchoolofElectronicEngineeringPRNcodedemodulationIncomingsignalLocalPRNcodeResultofmultiplicationFFT頻域捕獲方法基于循環(huán)相關(guān)的快速捕獲方法基于循環(huán)相關(guān)的快速捕獲方法

23快速算法的改進(jìn)

24GPS信號的跟蹤GPS衛(wèi)星信號是動態(tài)變化的，變化包括：多普勒效應(yīng)引起載波頻率發(fā)生動態(tài)偏移；偽隨機(jī)碼的起始時間回隨著衛(wèi)星與接收機(jī)間距離的變化而變化。兩個跟蹤環(huán)：載波跟蹤環(huán)和碼跟蹤環(huán)

25載波跟蹤環(huán)接收到的GPS信號

26載波跟蹤環(huán)解擴(kuò)頻后的信號I、Q支路的輸出

27載波跟蹤環(huán)噪聲信號的表示積分、去高頻的后的I、Q支路的輸出

28鑒相器

29鑒相器

30載波跟蹤環(huán)的輸出

31鎖相環(huán)

32濾波器前的鑒相器輸出

33濾波器后的鑒相器輸出

34環(huán)路濾波器和VCO的傳遞函數(shù)環(huán)路傳遞函數(shù)

二階鎖相環(huán)的特性

35

自然頻率

阻尼系數(shù)

二階鎖相環(huán)的特性

36

噪聲帶寬自然頻率與噪聲帶寬的關(guān)系

二階鎖相環(huán)的特性

37阻尼系數(shù)

38噪聲帶寬

39SchoolofElectronicEngineeringFrequencyoffsetsis20Hz

40SchoolofElectronicEngineering

41SchoolofElectronicEngineering

42CodeTracking:

Threelocalcodesaregeneratedandcorrelatedwiththeincomingsignal碼跟蹤環(huán)-延遲鎖定環(huán)

43碼跟蹤環(huán)-延遲鎖定環(huán)

44延遲鎖定環(huán)基本結(jié)構(gòu)

45碼跟蹤環(huán)結(jié)構(gòu)

46SchoolofElectronicEngineering

47SchoolofElectronicEngineering

48SchoolofElectronicEngineering

49SchoolofElectronicEngineering

50Sch