GPS信号快速捕获技术研究及仿真

于雪晖，徐 京，柳 涛

（北京卫星信息工程研究所 北京 100086）

目前，GPS（Global Positioning System）系统被广泛地应用于民用和军事部门，提供定位、测速和授时服务。GPS在L1（1 575.42 MHz）频率上提供标准定位服务（SPS）。 每颗 GPS卫星有一个唯一的扩频码（C/A码），在用户端每颗卫星的C/A码是已知的。GPS接收机需要搜索这些C/A码，确定当前哪些卫星是可用的[1]。对于每个码，接收机要执行二维的搜索，即搜索载波频率偏移和码相位偏移，也就是捕获C/A码，捕获后接收机要跟踪该信号。信号捕获是GPS接收机中最耗时的操作，因此，C/A码信号的快速捕获也逐渐成为研究的热点课题。

Van Nee[2]提出了一种快速的搜索算法（并行码相位搜索捕获算法），该方法利用基于FFT的相关器，在一步内搜索所有可能的码相位偏移，并用频域乘法进行相关运算。在此方法的基础上，采用两步信号处理的方式，减少一级数据采样点，再对已得到的粗单元进行细分，将频率分辨率控制在100 Hz左右。相对于传统的并行码相位搜索捕获算法，在减少了信号捕获的运算量的同时提高了频率分辨率，由此提高了信号捕获速度并减小了相关峰值衰减[3]。

1 捕获原理与算法

1.1 GPS信号数学模型

采用基于FFT的并行码相位快速捕获方法完成对卫星信号的捕获，对卫星信号的捕获实质上还是一个二维搜索的过程，一个是对码延迟的搜索，另一个是对多普勒频移的搜索。

经过射频模拟下变频和数字下变频后，接收到的卫星信号可以表示为：

其中A为信号幅度，C（t）为接收信号的 PRN 码，D（t）为导航数据信息，频率为50 Hz，τ为信号延迟，fd为多普勒频率，φ0为初始相位，ξ（t）为接收机噪声，服从正态分布。……