高灵敏度GPS软件接收机捕获算法

魏玲玲,范胜林,王顺亮,刘建业

(南京航空航天大学导航研究中心,江苏 南京 210016)

全球定位系统(GPS)作为目前世界上最完善的全球导航卫星系统,可为地球表面、近地表和地球外空任意地点用户提供全天候、实时、高精度的三维位置、速度以及精密的时间信息,在军事和民用领域已经得到了非常广泛应用[1]。近年来,随着用户对定位的要求越来越高,尤其是在室内、森林和隧道等复杂环境(以下统称室内环境)下的定位,基于软件接收机的高灵敏度GPS定位技术成为一个研究热点。

捕获是GPS软件接收机信号处理的一个关键环节。传统的捕获算法一般能捕获到44dB/Hz以上的较强卫星信号,但在室内环境下,由于信号强度太弱,传统的捕获算法就会失效,进而导致接收机无法继续跟踪和定位解算。

本文对传统的GPS信号捕获方法进行了分析和讨论,在此基础上针对弱信号环境下 GPS软件接收机的快速捕获问题,提出了一种新的捕获算法——将数据“先累加后相关”,进行传统半位捕获法中相干积分段的运算,并以此进行数据段的选择,然后再与隔段差分相干积分算法相结合,以此来进行微弱信号的捕获。本文分别从理论分析和仿真验证两个角度验证了此方法既避免了导航数据位的翻转问题,既提高了捕获的速度,还能减小传统半位捕获法中非相干积分造成的“平方损失”,极大地提高了接收机的捕获性能。

1 传统GPS信号捕获算法

信号捕获的目的是确定接收机当前所在位置的可见卫星信号,进而计算可见卫星的载波频率和伪随机码相位信息,为后续的信号跟踪环节提供初始条件[2]。……