第七章GPS信号的捕获与跟踪

1GPS信号捕获与跟踪

GPS信号的组成GPS信号捕获的两个参数捕获原理及步骤GPS信号的跟踪载频跟踪码跟踪SchoolofElectronicEngineering

2接收机通道Receiverchannel接收机通道接收机通道接收机通道接收机通道接收机通道射频前端A/D转换器捕获接收机通道用户位置计算码跟踪载频跟踪数据位同步解码导航数据读取卫星位置计算伪距捕获和跟踪在接收机中的位置

3GPS卫星信号

4GPS中的多普勒频移卫星周期11小时58分卫星轨道半径26560km

5GPS中的多普勒频移

6在卫星可能引起多普勒效应的方向上的最大速度：C/A信号的载频：卫星运动造成的最大多普勒频：卫星造成的多普勒频移

7捕获的三维搜索

8捕获的三维搜索信号中存在哪些卫星的信号，即存在哪些PRN码调制的信号；对每一个存在的PRN码信号，提取其多普勒频移；对每一个存在的PRN码信号，提取其伪码相位。

9GPS信号捕获的关键参数卫星搜索的数量捕获使用数据的长度载波频率搜索范围和频率搜索步长码相位搜索空间，码相位搜索步长

10卫星搜索的数量卫星搜索的数量范围：0~32颗；卫星搜索数量对捕获精度没有影响;必须能成功捕获到4颗或更多颗卫星;两种搜索方式：利用星历搜索方式：利用用户位置估计值、GPS时间估计值和最近几天内的历书，计算出卫星的位置，然后确定哪颗卫星为可见卫星；满天搜索方式：搜索所有可能的卫星PRN码。

11捕获使用数据的长度使用的数据越长，捕获效果就越好，但使用较长的数据必然会使运算量增加；限制捕获使用的数据长度的因素有两个：导航电文的跳变和C/A码的多普勒效应；C/A码的周期是1ms，所以至少需要1ms的数据才能完成捕获操作。导航电文每个数据位的长度是20ms或者说是20个C/A码的长度选用10ms的数据进行捕获时，可以不用考虑C/A码多普勒频移的影响。

12频率搜索步长与数据长度的关系

1301234567

搜索捕获原理IncomingcodeGeneratedcodeCorrelation起始位置估计

14

捕获原理12345678Correlation载频估计

15串行搜索捕获方法

16串行搜索捕获方法串行搜索捕获方法

18FFT频域捕获方法

19SchoolofElectronicEngineeringPRNcodedemodulationIncomingsignalLocalPRNcodeResultofmultiplicationFFT频域捕获方法基于循环相关的快速捕获方法基于循环相关的快速捕获方法

23快速算法的改进

24GPS信号的跟踪GPS卫星信号是动态变化的，变化包括：多普勒效应引起载波频率发生动态偏移；伪随机码的起始时间回随着卫星与接收机间距离的变化而变化。两个跟踪环：载波跟踪环和码跟踪环

25载波跟踪环接收到的GPS信号

26载波跟踪环解扩频后的信号I、Q支路的输出

27载波跟踪环噪声信号的表示积分、去高频的后的I、Q支路的输出

28鉴相器

29鉴相器

30载波跟踪环的输出

31锁相环

32滤波器前的鉴相器输出

33滤波器后的鉴相器输出

34环路滤波器和VCO的传递函数环路传递函数

二阶锁相环的特性

35

自然频率

阻尼系数

二阶锁相环的特性

36

噪声带宽自然频率与噪声带宽的关系

二阶锁相环的特性

37阻尼系数

38噪声带宽

39SchoolofElectronicEngineeringFrequencyoffsetsis20Hz

40SchoolofElectronicEngineering

41SchoolofElectronicEngineering

42CodeTracking:

Threelocalcodesaregeneratedandcorrelatedwiththeincomingsignal码跟踪环-延迟锁定环

43码跟踪环-延迟锁定环

44延迟锁定环基本结构

45码跟踪环结构

46SchoolofElectronicEngineering

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50Sch