衛(wèi)星導(dǎo)航軟件接收機(jī)原理與設(shè)計(jì)

內(nèi)容概要

　　本書的研究思路遵循從GPS到GNSS、從一般模型到具體信號(hào)處理功能實(shí)現(xiàn)、從仿真語言到高級(jí)語言、從非實(shí)時(shí)到實(shí)時(shí)循序漸進(jìn)進(jìn)行。具體章節(jié)安排如下?！　〉?章概述GNSS接收機(jī)技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，從我國北斗雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展的實(shí)際需求出發(fā)，論述了衛(wèi)星導(dǎo)航軟件接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究的重要意義；介紹了國內(nèi)外在衛(wèi)星導(dǎo)航軟件接收機(jī)研究上的代表性成果；比較了目前軟件接收機(jī)實(shí)現(xiàn)的各種平臺(tái)與優(yōu)缺點(diǎn)。第2章從衛(wèi)星導(dǎo)航軟件接收機(jī)和軟件中頻信號(hào)模擬器設(shè)計(jì)的雙重要求出發(fā)，介紹了GNSS導(dǎo)航信號(hào)的發(fā)展與現(xiàn)代化現(xiàn)狀，總結(jié)出導(dǎo)航信號(hào)發(fā)展的一般規(guī)律；分析了導(dǎo)航信號(hào)生成方式、自相關(guān)特性以及跟蹤性能；建立了信號(hào)在發(fā)射時(shí)刻、到達(dá)接收機(jī)天線相位中心以及RF前端ADC輸出3個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型。第3章闡述了GPS／Galileo L1中頻軟件信號(hào)模擬器結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了各模塊的功能；有所側(cè)重地在衛(wèi)星鐘差模型、電離層閃爍模型以及多徑效應(yīng)模型的建立上提出了一些新的方法與思路；為滿足軟件接收機(jī)測(cè)試的實(shí)際需要，對(duì)載噪比、信號(hào)傳播時(shí)間以及多普勒頻移的計(jì)算作了說明。第4章介紹了導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)捕獲的基本原理及捕獲的一般過程；闡述了軟件接收機(jī)基于FFT的并行碼相位搜索捕獲策略；推導(dǎo)了差分相干積累和非相干積累的檢測(cè)量的統(tǒng)計(jì)分布；依據(jù)實(shí)際應(yīng)用背景，對(duì)前人提出的差分相干積累作了有益簡(jiǎn)化，完整給出了一種新的基于FFT的簡(jiǎn)易差分相干積累高靈敏度軟件接收機(jī)的捕獲方法。第5章重點(diǎn)討論了一種新的基于模糊控制邏輯器的軟件接收機(jī)智能載波跟蹤軟環(huán)設(shè)計(jì)方案，從模糊產(chǎn)生器、模糊推理機(jī)、模糊規(guī)則庫、模糊消除器4個(gè)方面詳細(xì)說明了模糊邏輯控制器的設(shè)計(jì)方法，并推導(dǎo)了基于雙線性變換的三階鎖相環(huán)的數(shù)字實(shí)現(xiàn)形式。第6章重點(diǎn)研究了低信噪比條件下軟件接收機(jī)多徑估計(jì)技術(shù)，給出了一種新的基于有色噪聲卡爾曼濾波的最大似然多徑估計(jì)算法。第7章研究了實(shí)時(shí)單頻GPS軟件接收機(jī)的信號(hào)快捕算法和基于SIMD指令的相干積分累加計(jì)算優(yōu)化技術(shù)；從軟件接收機(jī)整體實(shí)現(xiàn)的角度，分析了軟件接收機(jī)與數(shù)字硬件接收機(jī)在偽距計(jì)算上的不同，利用NordnavR30軟件接收機(jī)接收并保存的實(shí)際中頻GPS信號(hào)數(shù)據(jù)對(duì)本書設(shè)計(jì)的軟件接收機(jī)進(jìn)行了驗(yàn)證測(cè)試。第8章分析了采用FFT方法跟蹤微弱GPS信號(hào)的原理，提出了使用FFT和鎖頻環(huán)(或鎖相環(huán))結(jié)合的復(fù)合軟環(huán)跟蹤微弱GPS信號(hào)的方法，該方法可以改善環(huán)路的動(dòng)態(tài)性能；給出了一種新的減小互相關(guān)干擾的方法——Q路濾波法，推導(dǎo)了該方法的有關(guān)模型，通過Matlab仿真程序驗(yàn)證了該方法可以有效地減小互相關(guān)干擾。

書籍目錄

第1章緒論1.1　引言1.2　衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述1.2.1　GPS1.2.2　俄羅斯GLONASS1.2.3　歐盟Galile01.2.4　中國北斗雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)1.3　GNSS軟件接收機(jī)的研究背景與意義1.3.1　GNSS接收機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)1.3.2　我國衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求1.3.3　研究的重要意義1.4　國內(nèi)外衛(wèi)星導(dǎo)航軟件接收機(jī)研究概況1.5　本書的組織1.5.1　軟件接收機(jī)數(shù)字處理實(shí)現(xiàn)技術(shù)比較分析1.5.2　本書研究的總體思路第2章　導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào)特性與中頻信號(hào)數(shù)學(xué)模型2.1　GPS信號(hào)的特性2.1.1　頻率和調(diào)制格式2.1.2　功率電平2.1.3　相關(guān)函數(shù)2.1.4　GPS信號(hào)的現(xiàn)代化2.2　GLONASS信號(hào)的特性2.3　Galileo信號(hào)的特性2.3.1　頻率分配2.3.2　Galileo LIF信號(hào)2.3.3　LIF信號(hào)與LIC／A碼信號(hào)的比較2.4　導(dǎo)航信號(hào)的發(fā)展規(guī)律與BOC調(diào)制研究2.5　GPS／Galileo L1中頻信號(hào)的數(shù)學(xué)模型2.5.1　導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)2.5.2　到達(dá)接收天線相位中心的LOS信號(hào)2.5.3　RF前端ADC輸出的數(shù)字化信號(hào)2.6　本章小結(jié)第3章　中頻信號(hào)模擬器設(shè)計(jì)3.1　中頻軟件信號(hào)模擬器結(jié)構(gòu)3.2　導(dǎo)航信號(hào)的傳輸誤差模型3.2.1　衛(wèi)星時(shí)鐘誤差仿真模型3.2.2　電離層誤差仿真模型3.2.3　對(duì)流層誤差仿真模型3.2.4　多徑效應(yīng)仿真模型3.2.5　噪聲模型3.3　中頻信號(hào)模擬器的實(shí)現(xiàn)3.3.1　可見衛(wèi)星的確定3.3.2　信號(hào)傳播時(shí)間的確定3.3.3　導(dǎo)航電文的產(chǎn)生3.4　本章小結(jié)第4章　軟件接收機(jī)的信號(hào)高靈敏度捕獲4.1　捕獲技術(shù)概述4.1.1　二維搜索捕獲4.1.2　串行搜索捕獲策略4.2　軟件接收機(jī)并行碼相位搜索捕獲策略4.3　微弱信號(hào)的捕獲4.3.1　微弱信號(hào)的概念4.3.2　平方損耗分析……第5章　軟件接收機(jī)動(dòng)態(tài)環(huán)境載波跟蹤技術(shù)第6章　軟件接收機(jī)碼跟蹤與多徑估計(jì)技術(shù)研究第7章　實(shí)時(shí)單頻GPS軟件接收機(jī)信號(hào)處理技術(shù)研究第8章　微弱GPS信號(hào)的跟蹤我址干擾抑制參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　引言　　全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS，Global Navigation Satellite System）是航天大國的重要特征，美國和俄羅斯已經(jīng)建成這種系統(tǒng)（GPS和GLONASS），歐盟也即將建成Galile0系統(tǒng)，即使13本也在建設(shè)QZSS（Quasi Zenith Satellite System）。我國建成的北斗雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，是一個(gè)初級(jí)區(qū)域性衛(wèi)星定位系統(tǒng)，尚不能滿足日益發(fā)展的導(dǎo)航需要，發(fā)展新一代性能更高的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，勢(shì)在必行。　　作為目前使用最為廣泛的GPS，無論在軍事還是民用上，都有很大的借鑒意義。1973年，為了滿足軍事部門和民用部門對(duì)實(shí)時(shí)和三維導(dǎo)航的迫切要求，美國軍方制定了“授時(shí)與測(cè)距導(dǎo)航系統(tǒng)／全球定位系統(tǒng)”（NAVSTAR／GPS，Navigation System Timing And Ranging／Global Positioning System）計(jì)劃，通常簡(jiǎn)稱為“全球定位系統(tǒng)”（GPS），提供高精度的、可連續(xù)的、實(shí)時(shí)的導(dǎo)航定位服務(wù)。它能同時(shí)提供用戶的三維坐標(biāo)、三維速度分量和精確定時(shí)。它是目前技術(shù)上最成熟且已實(shí)用的一種衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)。截至2004年7月23日，在過去的30年時(shí)間里，美國已經(jīng)發(fā)射了50顆GPS導(dǎo)航衛(wèi)星，基本上是發(fā)送一顆新衛(wèi)星，替換一顆舊衛(wèi)星。2006年底前美國又發(fā)射了11顆GPS衛(wèi)星。按計(jì)劃，2006年-2008年底再發(fā)射12顆GPS衛(wèi)星，2009年開始發(fā)射第三代GPS衛(wèi)星，2030年左右完成全球星基導(dǎo)航的全部部署。在世界范圍內(nèi)，目前，應(yīng)用的GPS處于第二代末期、第三代初期，標(biāo)志著試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)束。

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