GNSS接收機(jī)基帶信號(hào)處理算法

內(nèi)容概要

何秋生編寫的《GNSS接收機(jī)基帶信號(hào)處理算法》主要介紹全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)接收機(jī)基帶信號(hào)處理算法和相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)。全書分為7章，共介紹了有關(guān)GPS的C／A碼和Galileo的E1碼的11種不同的基帶信號(hào)處理算法，包括本地信號(hào)的產(chǎn)生、捕獲和跟蹤算法、抗遠(yuǎn)近干擾及抗多徑干擾算法等。捕獲算法包括串并行相關(guān)捕獲算法、改變積分長(zhǎng)度提高相關(guān)處理增益的捕獲方法、匹配濾波捕獲算法及快速捕獲算法、弱信號(hào)的捕獲算法等。跟蹤算法包括多徑干擾下的碼跟蹤算法、抑制互相關(guān)的高靈敏度碼跟蹤算法等。本書中還討論了實(shí)現(xiàn)相關(guān)算法的電路結(jié)構(gòu)及算法的仿真結(jié)果和結(jié)論?！禛NSS接收機(jī)基帶信號(hào)處理算法》適用于從事擴(kuò)頻通信、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)技術(shù)研究和設(shè)計(jì)的人員閱讀、使用，也可以作為高等學(xué)校信息與通信工程，以及電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的研究生的教學(xué)參考書。

書籍目錄

第1章緒論（1） 1.1引言（1） 1.2GNSS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)（4） 1.3常用信號(hào)捕獲技術(shù)（5） 1.4常用信號(hào)跟蹤技術(shù)（7） 1.5本書的安排（7） 第2章GNSS系統(tǒng)信號(hào)特性（9） 2.1GPS信號(hào)特性（9） 2.1.1C/A碼調(diào)制信號(hào)特性（9） 2.1.2自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度（12） 2.2GPS信號(hào)功率電平（14） 2.3Galileo系統(tǒng)信號(hào)特性（15） 2.3.1BOC調(diào)制（15） 2.3.2MBOC調(diào)制（20） 2.3.3BOC調(diào)制信號(hào)的頻譜和相關(guān)函數(shù)（25） 2.4GLONASS信號(hào)特性（29） 2.5北斗系統(tǒng)信號(hào)特性（30） 第3章GNSS信號(hào)的數(shù)字下變頻算法（32） 3.1數(shù)字下變頻器的原理及實(shí)現(xiàn)（32） 3.1.1數(shù)字下變頻器的原理（32） 3.1.2數(shù)字下變頻器的實(shí)現(xiàn)方法（34） 3.2快速計(jì)算特殊角度的正弦和余弦值（35） 3.2.1傳統(tǒng)特殊角度的正弦和余弦值的算法（35） 3.2.2快速生成正弦和余弦離散波形的算法（38） 3.2.3三種算法計(jì)算精度的比較（42） 3.3直接數(shù)字下變頻抽取算法（43） 3.3.1壓縮抽取算法的原理（44） 3.3.2DDC對(duì)靈敏度和精度的影響分析（47） 3.3.3直接數(shù)字下變頻器壓縮抽取算法的仿真（48） 3.3.4算法總結(jié)（51） 3.4本章小結(jié)（51） 第4章GNSS信號(hào)的捕獲算法（52） 4.1優(yōu)化的串并行時(shí)分復(fù)用相關(guān)捕獲算法（52） 4.1.1影響捕獲GNSS信號(hào)的因素分析（52） 4.1.2傳統(tǒng)的捕獲方法（57） 4.1.3優(yōu)化的混合串并行時(shí)分復(fù)用相關(guān)捕獲算法（62） 4.1.4優(yōu)化的混合串并行時(shí)分復(fù)用相關(guān)捕獲方法的性能分析（70） 4.2匹配濾波器捕獲算法（73） 4.2.1匹配濾波器算法設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)（73） 4.2.2優(yōu)化的數(shù)字匹配濾波器捕獲算法（77） 4.2.3影響優(yōu)化匹配濾波器算法的因素分析（87） 4.3本章小結(jié)（94） 第5章GNSS信號(hào)的跟蹤算法（95） 5.1碼跟蹤環(huán)的設(shè)計(jì)（95） 5.2載波跟蹤環(huán)的設(shè)計(jì)（99） 5.3GPS信號(hào)的窄相關(guān)碼跟蹤算法（102） 5.3.1傳統(tǒng)多徑干擾抑制方法（102） 5.3.2窄相關(guān)抗多徑算法（104） 5.3.3基于相關(guān)函數(shù)形變估計(jì)的多徑誤差補(bǔ)償方法（109） 5.3.4多徑估計(jì)輔助的LMS信號(hào)合成方法（113） 5.4抑制強(qiáng)信號(hào)干擾的弱信號(hào)跟蹤算法（115） 5.4.1衛(wèi)星信號(hào)的互相關(guān)特點(diǎn)（115） 5.4.2互相關(guān)抑制算法（121） 5.4.3多普勒效應(yīng)影響下的互相關(guān)特性（132） 5.4.4計(jì)算頻移下粗碼之間的互相關(guān)值（134） 5.5基于位跳變檢測(cè)提高GPS信號(hào)處理增益方法（137） 5.5.1位跳變檢測(cè)原理（137） 5.5.2基于位跳變檢測(cè)提高增益的方法（140） 5.5.3位跳變檢測(cè)方法的仿真結(jié)果（142） 5.6本章小結(jié)（144） 第6章GNSS接收機(jī)基帶處理單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)（145） 6.1時(shí)分復(fù)用多通道捕獲結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)（145） 6.2強(qiáng)信號(hào)干擾弱信號(hào)的問(wèn)題（148） 6.2.1遠(yuǎn)近效應(yīng)情況下弱信號(hào)的捕獲（148） 6.2.2遠(yuǎn)近效應(yīng)情況下弱信號(hào)的跟蹤（149） 6.3抗遠(yuǎn)近（強(qiáng)弱）效應(yīng)接收機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)（151） 6.3.1逐次干擾消除（SIC）抑制偽衛(wèi)星強(qiáng)信號(hào)干擾算法（151） 6.3.2子空間投影法（151） 6.3.3偽衛(wèi)星測(cè)試場(chǎng)環(huán)境（153） 6.3.4接收機(jī)分離通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（155） 6.3.5MATLAB仿真及結(jié)果分析（156） 6.4抑制多徑干擾跟蹤環(huán)路的設(shè)計(jì)（159） 6.5本章小結(jié)（162） 第7章基帶信號(hào)處理算法在GNSS接收機(jī)中的應(yīng)用（163） 7.1捕獲算法在GNSS接收機(jī)中的應(yīng)用（163） 7.1.1HXM001—BB芯片中的相關(guān)處理（163） 7.1.2HXM002—BB芯片中的信號(hào)處理（165） 7.2多徑處理算法在HXM001芯片中的實(shí)現(xiàn)（165） 7.3HXM001芯片組的性能測(cè)試及功能驗(yàn)證（166） 附錄縮略詞（170） 參考文獻(xiàn)（178）

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   2）可以用于捕獲的最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 在捕獲信號(hào)時(shí)，最小的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度會(huì)因信號(hào)的不同而不同。同樣，可以用于捕獲的最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度也不是無(wú)限的，會(huì)受到兩個(gè)因素的限制：一是導(dǎo)航電文的限制；二是多普勒頻移的影響。 由于偽隨機(jī)噪聲碼受到導(dǎo)航電文信息的調(diào)制，所以導(dǎo)航電文中數(shù)據(jù)信息的變化會(huì)導(dǎo)致偽隨機(jī)碼相位的變化或偽隨機(jī)噪聲碼的不連續(xù)，于是可以直接用于捕獲的最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是由導(dǎo)航電文的廣播速度限制的。對(duì)于GPS而言，導(dǎo)航電文的廣播速度是50Hz，因此，偽隨機(jī)噪聲碼相位將會(huì)由于導(dǎo)航電文的調(diào)制每20ms發(fā)生一次變化，這樣就可以知道在GPS中可以直接使用的最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度應(yīng)該是10ms。但是對(duì)于Galileo系統(tǒng)而言，其兩個(gè)通道的情況還有所區(qū)別：B通道是一個(gè)由導(dǎo)航電文調(diào)制一級(jí)碼的數(shù)據(jù)通道，導(dǎo)航電文的廣播速度是125bps，利用分析GPS中所用的方法進(jìn)行分析，可以知道B通道上碼的持續(xù)周期是8ms，因此可以直接用于捕獲的最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度應(yīng)該是4ms：而C通道是一個(gè)不攜帶導(dǎo)航電文的通道，但是在該通道上存在二級(jí)碼，二級(jí)碼用于調(diào)制一級(jí)碼，調(diào)制后的碼周期是100ms，這樣C通道從理論上講，可以直接用于捕獲的最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是沒(méi)有限制的。 下面分析關(guān)于多普勒頻移對(duì)最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的影響：對(duì)于GPS而言，假設(shè)允許最大的碼偏移是半個(gè)碼片，則改變半個(gè)碼片需要的時(shí)間是1/（2×3.17Hz）≈158ms，也就是說(shuō)，此時(shí)最大的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度應(yīng)該不超過(guò)158ms，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上面所述的10ms；對(duì)于Galileo系統(tǒng)的B通道而言，要改變半個(gè)碼片需要的時(shí)間是1/（2×2.64Hz）≈189ms，這也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于B通道要求的4ms和C通道要求的100ms。 上面分析了可以直接用于捕獲的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度及限制使用數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的因素，但是這并不意味著只能使用上述長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。如果采用非相干積分方式，則可用的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度從理論上講是不受限制的。也可以使用其他長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，如在參考文獻(xiàn)[49]中就使用了各種不同長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，只是需要采用不同的方法來(lái)使所用的數(shù)據(jù)不受到各種限制因素的限制而已。 3.相關(guān)捕獲中頻率步長(zhǎng)的分析 正如前面所說(shuō)的，為了簡(jiǎn)便，一般統(tǒng)一使用±5kHz來(lái)表示載波的偏移范圍，但是考慮到高速移動(dòng)的用戶也會(huì)造成最大的多普勒速度變化，因此在這里確定載波頻率的搜索范圍使用±10kHz，這就是在捕獲過(guò)程中需要搜索的頻率范圍。 在士10kHz范圍內(nèi)進(jìn)行搜索時(shí)，所采用的搜索步長(zhǎng)的大小與捕獲所使用的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度有關(guān)。當(dāng)輸入信號(hào)和本地復(fù)現(xiàn)的信號(hào)的相位偏差大于一個(gè)載波周期時(shí)，兩個(gè)信號(hào)的相關(guān)值為0；當(dāng)兩個(gè)信號(hào)的相位偏差小于一個(gè)載波周期時(shí)，這兩個(gè)信號(hào)為部分相關(guān)。因此，如果使用的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為1ms，則1kHz的信號(hào)在1ms之內(nèi)會(huì)改變一個(gè)周期。 為了保證在1ms內(nèi)兩個(gè)信號(hào)的頻率相差0.5個(gè)周期，頻率步長(zhǎng)應(yīng)該選取為1kHz。同樣，如果選10ms的數(shù)據(jù)用于捕獲，則頻率步長(zhǎng)應(yīng)該選取為100Hz。因此，頻率步長(zhǎng)可以通過(guò)捕獲所使用的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度來(lái)確定。

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