GPS时域捕获算法仿真 报告.doc

综合课程设计报告
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学院(系):
自动化
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自动化
指导教师:

2011 年 06 月
目录
……………………………………………………3

GPS信号的构成…………………………………………3
相关性……………………………………………………3
多普勒频移………………………………………………4
捕获
捕获的目的…………………………………………………4
串行搜索捕获………………………………………………5
伪码序列的产生………………………………………6
载波的产生………………………………………………7
积分和平方………………………………………………7
图像的筛选………………………………………………7
………………………………………………………………13
……………………………………………………………14
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题目:GPS时域捕获算法仿真
1 设计要求
GPS卫星信号包括载波,导航电文,C/A码三部分,GPS接收机的信号捕获过程就是去除载波,剥离C/A码的过程,并且载波频率和C/A码的估计值必须小于载波环和码环的迁入范围。我们主要研究的GPS捕获方法是串行时域捕获法。
2 GPS信号概要
GPS信号的构成
GPS信号由以下三部分组成:(1)载波,(2)导航数据,(3)扩频序列。
载波
GPS信号是利用两个UHF频段的载波进行传输的,UHF的频率范围为500MHz-3GHz。两个载频L1和L2可以由相同的频率=,具体方法如下:
=154f0=
=120f0=
以或为载波。
导航数据
导航数据包含卫星轨道的相关信息。GPS控制段中的地面站负责把这些信息上传到所有的卫星。导航数据的比特率为50b/s。
扩频序列
每个卫星都有两个唯一的扩频序列或扩频码。第一个是粗捕获码(C/A),另外个是加密精确码(P(Y))。C/A码是一个1023码片的序列(一个码片对应1bit,称之为码片是强调它不包含任何信息),其周期为1ms,。P码的长度更长,,且在每次GPS周开始时重复。C/A码只在L1载波上调制。
相关特性
C/A码的两个重要相关特性如下:
几乎没有互相关性
所有的C/A码互相之间几乎没有相关性。也就是说卫星i和卫星k的两个码Ci和Ck的互相关性如下:

除了零延时外,几乎没有自相关性
所有的C/A码几乎和自己都没有相关性, 除了零延时。这一特性使我们很容易找出什么时候两个码是严格对齐的。卫星K的自相关性特性如下:

多普勒频移
在GPS中,会遇到由发射机(卫星)相对接收机运动所产生的多普勒频移,多普勒频移会影响到GPS信号的捕获和跟踪。对静止的GPS接收机来说,在L1频率上最大的多普勒频移约为 5kHZ,对高速移动的GPS接收机,可以假定最大的多普勒频移为10KHz
由于C/A码的码率低,其多普勒频移非常小。C/,是L1载波频率的1 /1054。因此,对静止接收机和高速接收机C/。
3 捕获
捕获的目的是确定可见卫星及卫星信号的载波频率,码相位的粗略值。
捕获的目的
卫星由32个不同的PRN码进行区分。第二个参数是码相位,指的是伪随机码在当前数据块中的时间同步信息。为产生与接受信号伪码相位完全对齐的本地伪码,需要知道码相位,此时则可从信号中去除伪码。两个伪码只有在时延为零的时候才能得到最大相关值,也就是说,两个信号必须完全对齐才能去除接收信号中的伪码。
第三个参数是载波频率,在下变频的情况下指的是中频。,在下变频器中经过混频后可得到中频信号。但是,接受信号的频率可能偏离预期值。在视距范围内的卫星速度(相对于接收机)引起的多普勒频移可导致接收信号频率的升高或降低。在最坏的情况下,频差有可能打到10kHz。产生本地载波信号的前提是必须知道接受信号的频率,其目的是用于去除接收信号载波。在通常情况下,搜索得到的最大频率误差为500Hz是可以接受的。
串行搜索捕获
串行搜索捕获方法是码分多址系统(CDMA)中经常采用的一种捕获方法。GPS就是一种CDMA系统。图3_1显示的是串行搜索算