慣性信息輔助高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)快速捕獲方法研究

摘 要：本文研究了在高動(dòng)態(tài)環(huán)境背景下，基于GPS普通信號(hào)的捕獲原理及實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)原有的FFT算法中傳統(tǒng)的處理算法進(jìn)行了改進(jìn)，仿真了慣性信息輔助算法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性和魯棒性。

關(guān)鍵詞：GPS；慣性輔助；捕獲；FFT

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.123

1 引言

雖然現(xiàn)在的GPS定位系統(tǒng)已經(jīng)很成熟，但是想要在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下，接收到完整又可靠的信息還是有一定困難的。導(dǎo)航定位技術(shù)最關(guān)鍵的一個(gè)就是要捕獲GPS信號(hào)，這對(duì)于箭載、星載里的GPS的接收機(jī)來說尤為重要。所以，怎樣快速又高效的捕獲GPS信號(hào)是目前研究的一個(gè)潮流。

2 GPS系統(tǒng)的基本介紹

GPS系統(tǒng)由空間部分、控制部分和用戶部分組成。空間部分包含了24顆衛(wèi)星，主要用于發(fā)送導(dǎo)航定位的衛(wèi)星信號(hào)。控制部分由1個(gè)主控站，5個(gè)檢測(cè)站，3個(gè)注入站組成，主要負(fù)責(zé)收集一些數(shù)據(jù)并對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后反饋給衛(wèi)星，對(duì)衛(wèi)星的舊數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。GPS接收機(jī)構(gòu)成了用戶部分，可以來接收信號(hào)。GPS的定位原理是知道信號(hào)從出發(fā)地到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)所需要的時(shí)間和速度，從而計(jì)算出發(fā)地點(diǎn)到目的端所經(jīng)過的距離。

3 GPS信號(hào)捕獲

GPU信號(hào)捕獲過程必須檢測(cè)出兩個(gè)重要的參數(shù)，一個(gè)是C/A碼周期的起始位置；另一個(gè)是輸入信號(hào)的載波頻率。一般來說，捕獲過程包括載波捕獲和碼捕獲兩個(gè)部分。擴(kuò)頻通信是GPS系統(tǒng)普遍使用的一種方法。粗同步是指讓本地的參考碼，以及本地的接受碼，他們之間的差距控制在一個(gè)碼元，載波互相對(duì)準(zhǔn)，這樣就能完成同步。

在擴(kuò)頻系統(tǒng)中，常使用滑動(dòng)相關(guān)法來進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算如公式1所示：

（1）

基于FFT的偽碼快速捕捉技術(shù)的原理是，為接收到的信號(hào)，是當(dāng)?shù)氐男盘?hào)信息。為了減小實(shí)驗(yàn)過程中的運(yùn)算量，在研究的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行平均采樣處理，這種預(yù)處理可以確保C/A碼的捕獲性能。利用頻率為5.714MHz的時(shí)鐘信號(hào)為C/A碼進(jìn)行平均采樣，1024個(gè)點(diǎn)的FFT運(yùn)算就代替了原先的5714個(gè)點(diǎn)的FFT運(yùn)算。

本文改進(jìn)之后的捕獲信號(hào)模型如公式2所示：

（2）

產(chǎn)生的本地信號(hào)為

從系統(tǒng)中輸出來的模型如公式3所示：

（3）

C/ A碼片所代表的時(shí)間可以表示為；。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)中需要用到的仿真參數(shù)如下：全局時(shí)鐘的頻率是5.714MHz，數(shù)字類型的中頻段信號(hào)的頻率為4.12304MHz，中頻段在采樣時(shí)用的頻率為16.1367667MHz，L1波段頻率為1575.42MHz，載噪比是45dB。圖1和圖2分別是無慣性信息輔助捕獲算法仿真結(jié)果和慣性信息速度輔助捕獲算法仿真結(jié)果示意圖。

5 總結(jié)

在高動(dòng)態(tài)的環(huán)境下，F(xiàn)FT快速捕獲法捕獲需要的時(shí)間較短，運(yùn)算量較小。再加上慣性信息輔助的方法，可以將GPS信號(hào)增強(qiáng)，使得工作的效率和性能提高了。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙晴，吳玉斌.INS輔助的GPS快速捕獲方法研究[J].沈陽理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012.

[2]A Brown；M May.Benefits of Software GPS Receivers for Enhanced Signal Processing[J].GPS Solutions，2000.

[3]趙昀，張其善.軟件GPS接收機(jī)架構(gòu)與捕獲算法實(shí)現(xiàn)[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2006.

作者簡(jiǎn)介：楊雨薇（1993-），女，江蘇南通人，碩士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)圖形學(xué)。