GPS快速捕获算法研究与仿真

曹 单 汪 澎 周建红

(电子科技大学 成都 611731)

1 引言

全球卫星定位系统(global position system，GPS)因其高精度、全天候、全球覆盖、方便灵活和质优价廉的特点而被广泛应用于导航、定位、授时等领域。GPS接收机接收同步地球卫星发射的卫星信号，包括载波信号、测距码和导航电文。GPS信号的捕获是一个包括码相位和多普勒频率的二维搜索过程，主要有时域串行搜索和频域并行搜索两种方式。时域串行搜索花费的时间通常比较长，在高动态和弱信号的情况下常用频域FFT方法可有效的节约捕获的时间。

本文主要针对L1波段上C/A码的捕获，介绍了一种可缩减多普勒频率搜索次数的方法，并通过平均采样相关技术降低了计算的复杂度，整个捕获算法仿真由Matlab编程实现。

2 GPS时域搜索算法

2.1 GPS信号格式

经过A/D采样输出后某一颗卫星的信号形式为:式中，A(k)是发射信号的幅度;G(k)表示卫星发射的伪随机噪声码;D(k)表示信号上调制的导航信息;wc表示载波的中频频率，wd，s表示载波的多普勒频移;φ0表示初始相位。

2.2 传统的时域算法

时域捕获的过程就是不断调整本地码相位和载波频率进行相关的过程，其原理可由图1所示框图表示。接收信号与本地产生的载波信号相乘得到I支路信号，与90°相移后的载波相乘后得到Q支路信号，再将I支路和Q支路信号与偏移后的本地C/A码相乘:

可得到此时I、Q两路信号为:

I1(k)和Q1(k)包含高频和低频分量，由信号系统的理论可知后面的累加器相当于截止频率为1/T的低通滤波器(T=1ms，为一个C/A码周期长度)，所以只有低频分量可通过累加，忽略高频分量后I、Q支路信号可表示为: