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《哈尔滨工业大学》 2011年
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GNSS系统弱信号捕获方法研究与应用

韩帅  
【摘要】:定位和导航在商业和战争中的重要性不言而喻,人类一直穷其才智去追求卓越的定位导航技术。在过去的数十年中,全球导航卫星系统(GNSS)的出现与发展,使导航技术与需求都发生了天翻地覆的变化。目前全球导航卫星的应用已经远远超过最初的预期,因此对全球导航卫星提出了前所未有的要求和挑战。 从信号处理的角度看,信号功率的大幅衰减、射频干扰和多径衰落是难题的根源。对于GNSS民用卫星信号来说,尤其是信号功率的大幅衰落,使接收机无法检测信号完成定位。于是,本文针对弱信号检测问题,研究高灵敏度GNSS信号捕获技术,使接收机在信号功率大幅衰减时仍能捕获GNSS信号,提高检测灵敏度。 本文从经典信号检测理论出发,根据广义似然比检测准则,针对GNSS信号检测的特点,建立一套完整GNSS信号检测理论体系。将匹配滤波、后相关非相干检测、后相关差分检测经过合理的假设与近似,归纳统一到广义似然比检测中。从理论和仿真测试两个方面,讨论了每种算法的检测性能,包括虚警概率,检测概率和检测指数等指标,并进一步指出它们的局限性,为提出新的算法奠定基础。 针对后相关非相干检测算法存在平方损失,同时后相关差分检测算法随着差分延迟增大受导航数据和多普勒频差的影响就越大的问题,本文利用PRN码的周期性提出一种新的广义似然比检测实现结构,称为协作后相关差分检测,将后相关非相干检测和后相关差分检测巧妙地结合起来。在协作后相关差分检测中,载波多普勒频差体现在差分支路间的复相位旋转上,因此通过FFT操作可同时完成了相干累积和频率精估计,与传统的后相关非相干和后相关差分检测相比,不但能够利用将差分支路联合有效地抑制噪声,同时还能够进行频率的精估计。 前相关差分检测是在码片级延迟进行差分相关检测,差分延迟选取为码片周期的整数倍,保证伪码序列的相关性,进而利用Gold序列的移位相乘特性。另外导航数据和载波多普勒频差在码片级延迟内几乎是不变的,所以其受影响极小。但是,由于前相关差分检测前没有经过匹配滤波所以信噪比损失相当大。针对这个问题本文提出了一种广义前相关检测,称为多重前相关差分检测,在增加前相关算法灵敏度的同时,又能保留其抗多普勒频差的能力。多普勒频差体现为差分支路之间的复相位旋转,因此可以通过FFT在完成相干累积的同时完成了频率精估计。同时引入前置滤波器,将其级联多重前相关差分检测不但可以提供足够的增益来捕获弱信号,同时保留了很强的多普勒频差抑制能力。为了减少计算复杂度,利用C/A码移位相乘仅得到(Nc?1)/2个变更C/A码的关系,降低了运算量。 然后提出双差全比特检测方法,与典型的半比特方法只利用了一半的信号能量不同,充分利用了观测时间内的信号能量,提高有效累积时间,并且减少了平方损失。并且引入了前置滤波器,大大降低运算复杂度。使用峰均比作为判决变量,通过软件源仿真,得到判决变量的概率密度分布函数,及工作特性曲线等性能。进一步将其移植,应用到FPGA原型接收机中,与半比特法相比提高了信号检测灵敏度,抑制了噪声,减小了导航数据和多普勒频率的影响。 最后对现代化GNSS信号,分析现代化信号的时频特性,针对其特有的信号导频结构将协作后相关差分检测方法扩展为适应GPSL2C的形式,捕获CM码和CL码;将多重前相关差分检测扩展为适应L5信号,非常适合NH码信号的检测。两种方法与传统的后相关非相干检测检测相比都提高了捕获灵敏度,同时还可进行频率的精估计。 本文在进行算法的比较与分析时,为了便于核心算法的理论推导与仿真验证,将信号检测理论中的检测指数作为评价灵敏度的主要指标,并验证了在导航数据和多普勒频率的影响下检测指数性能。本文在软件接收机测试平台上对各种算法进行了大量的仿真和测试,同时部分算法完成了FPGA的代码移植,已应用在接收机中。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN967.1;TN911.23

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 于寒;;GNSS终端软件算法的改进[J];无线电工程;2013年06期
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘杨;秦红磊;金天;;考虑互相关干扰的GPS信号捕获门限设定方法[J];北京航空航天大学学报;2011年03期
2 陈俊勇;;GPS技术进展及其现代化[J];大地测量与地球动力学;2010年03期
3 王克成;杨杰;夏继江;万刚;;一种改进的低信噪比GPS信号捕获算法[J];大连海事大学学报;2010年03期
4 姜冰心;张中兆;孟维晓;;弱信号下软件GPS接收机全比特捕获算法[J];电子技术应用;2008年09期
5 陈金平;王梦丽;钱曙光;;现代化GNSS导航电文设计分析[J];电子与信息学报;2011年01期
6 丁继成;赵琳;余小辉;;应用频率误差修正的高灵敏度GPS信号捕获技术[J];哈尔滨工程大学学报;2009年08期
7 徐贵州;张雷;胡以华;;GPS L5并行码相位捕获算法仿真分析[J];计算机工程;2011年04期
8 王晓明;殷耀国;杨自明;;全球导航卫星系统的现代化进展[J];全球定位系统;2006年04期
9 戴卫恒;朱文明;常江;吕晶;;弱信号条件下的卫星导航技术进展[J];全球定位系统;2009年01期
10 罗奎;李仰志;赖广峰;陈远辉;;微弱GNSS信号捕获中的能量累加方法[J];数字通信世界;2010年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 朱江华;高动态GPS信号模拟和处理研究[D];上海交通大学;2011年
2 王先毅;GPS软件接收机设计与弱信号处理[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2007年
3 王勇松;高灵敏度GNSS关键接收技术研究[D];浙江大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王阳;王琳;王学伟;马静;;一种模拟电路故障字典的改进方法[J];北京化工大学学报(自然科学版);2011年02期
2 吴靖巍;王小谟;曹晨;;非瑞利杂波中两种非参量检测器的渐近性能[J];北京理工大学学报;2006年09期
3 王晔,张忠波,唐胜武;一种新型角度传感器的设计[J];传感器技术;2005年01期
4 邓康;;广播电视卫星传输干扰浅谈[J];中国城市经济;2011年09期
5 郭道省;郭文韬;秦勇;徐力;杨茂强;;低信噪比高动态条件下基于FFT的二维平移累加PN码捕获算法[J];电讯技术;2012年03期
6 周宇翔;魏国华;吴嗣亮;;冲激雷达标量脱靶量测量算法研究[J];弹道学报;2007年04期
7 李莉;俞玉莲;王沛;;Sequential Detection of Digital Watermarking[J];Journal of DongHua University;2005年05期
8 陈晓露;杨建伟;杨俊;王跃科;;低空无线电扩频引信的测距算法研究[J];弹箭与制导学报;2007年01期
9 莫建文;欧阳缮;孙希延;蔡成林;;一种新的高灵敏度GPS信号捕获方法[J];电路与系统学报;2011年04期
10 黄鹏达;皮亦鸣;;恒虚警差分累积GPS信号检测研究[J];电子测量与仪器学报;2011年01期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 谭小刚;唐斌;;GNSS差分改正数延时或丢失高精度实时定位方法[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
2 梁曦;李毅松;陶晓霞;;Galileo与GPSL1C导航电文研究[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S02卫星导航信号体制及兼容与互操作[C];2012年
3 刘冰雍;王平波;蔡志明;刘正红;;非高斯背景下的频域广义匹配检测[A];中国声学学会2007年青年学术会议论文集(上)[C];2007年
4 唐琳;郭贵虎;李建民;黄猛;;基于频域自适应门限的短波信号检测[A];全国第4届信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2010年
5 陈毅滨;蔡灿辉;;基于运动和视差特性的立体视频对象分割算法[A];第十四届全国图象图形学学术会议论文集[C];2008年
6 朱建锋;安建平;王爱华;;导航电文BCH(15,11)编码的低复杂度软判决译码[A];第四届中国卫星导航学术年会论文集-S7 北斗/GNSS用户终端技术[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 丁继成;弱信号条件下GPS接收机关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 卢思军;立体匹配关键技术研究[D];南京理工大学;2011年
3 孙良;有限元/边界元法腔体分析及圆极化天线研究[D];西安电子科技大学;2011年
4 叶萍;MEMS IMU/GNSS超紧组合导航技术研究[D];上海交通大学;2011年
5 黄仰博;高性能导航接收机基带处理算法与实现技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
6 宁晓燕;基于分数傅立叶变换的脉冲超宽带系统研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 刘文祥;卫星导航系统高精度处理与完好性监测技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
8 马高峰;VLBI2010与GNSS联合数据分析理论及方法研究[D];解放军信息工程大学;2011年
9 张晶泊;GNSS软件接收机高动态载波跟踪环路关键技术研究[D];大连海事大学;2012年
10 袁渊;小波域盲水印检测算法研究[D];国防科学技术大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 舒宇;GPS软件接收机基带处理算法研究与FPGA实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 宋愈珍;基于感知模型的鲁棒图像水印技术研究[D];电子科技大学;2010年
3 曾晓飞;GPS软件接收机微弱信号捕获跟踪算法研究[D];解放军信息工程大学;2010年
4 李云飞;高灵敏度GNSS跟踪关键技术研究[D];浙江大学;2011年
5 陈东;抗多径多模卫星导航天线的研究[D];大连海事大学;2011年
6 周梓发;北斗高精度测量型天线的研究[D];广东工业大学;2011年
7 陈红光;GPS微弱信号捕获关键技术研究[D];电子科技大学;2011年
8 万青;现代化GNSS数据/导频信号联合捕获算法的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 马若飞;GPS弱信号捕获算法研究及其在软件接收机上的实现[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 何程鹄;压电型微固体模态陀螺的微弱信号检测与降噪技术研究[D];上海交通大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 李飞;段哲民;龚诚;贺卫东;;GNSS接收机自主完好性监测算法研究[J];测绘通报;2007年08期
2 李蝉;刘旭东;;钟滑动辅助GNSS定位算法研究[J];飞行器测控学报;2011年05期
3 陈金平,许其凤,刘广军;GPS RAIM水平定位误差保护限值算法分析[J];测绘学院学报;2001年S1期
4 黄磊;莫钧;;GNSS信号兼容捕获算法[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2011年05期
5 刘洋;赵文华;吴有杏;季燕青;;移动站GNSS软件对外弹道测量的优化方案[J];无线电工程;2007年01期
6 孙明菡;孙国良;郑玉簋;;接收机自主完好性监测可用性判断方法研究[J];遥测遥控;2006年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 魏立栋;GNSS地面站观测数据仿真系统核心算法研究[D];国防科学技术大学;2008年
2 孙晓剑;GNSS完备性监测RAIM算法研究[D];中南大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵昀;张其善;;软件GPS接收机架构与捕获算法实现[J];北京航空航天大学学报;2006年01期
2 赵昀;寇艳红;黄智刚;张其善;;软件GNSS信号模拟器架构与中频信号生成[J];北京航空航天大学学报;2009年07期
3 陈南;陈大恒;贾小林;;GPS新民用导航电文简约历书的算法和性能分析[J];测绘工程;2006年06期
4 蔡艳辉,程鹏飞,李加洪;伽利略计划进展简述[J];测绘科学;2003年02期
5 丁翔宇;;GPS+GLONASS双星系统在石油勘探测量中的应用[J];测绘技术装备;2008年03期
6 杨元喜;国际卫星导航系统的发展及其对我国导航事业的影响[J];测绘通报;1999年09期
7 陈俊勇;美国GPS现代化概述[J];测绘通报;2000年08期
8 陈俊勇;GPS现代化和Galileo运行准备的进展[J];测绘通报;2005年03期
9 魏二虎,史冠军,胡雪霁;GPS现代化及其影响[J];测绘通报;2005年07期
10 陈俊勇;党亚明;程鹏飞;;全球导航卫星系统的进展[J];大地测量与地球动力学;2007年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张婧;基于非线性滤波的GPS微弱信号处理的研究[D];上海交通大学;2007年
2 杨春;GPS卫星导航信号仿真研究[D];国防科学技术大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李少华;全球卫星导航定位系统发展现状与动态[J];电脑开发与应用;1997年03期
2 邓皓;不受控于美国的全球导航卫星系统——GNSS[J];电信技术;1999年10期
3 唐斌;刘富;张益青;;GNSS接收机发展趋势与研究思路分析[J];数字通信世界;2011年S1期
4 郝建军;;GNSS接收机的消除互相关干扰算法及其实现[J];微电子学;2009年06期
5 王海军;魏冲;祝益芳;;北斗卫星导航系统的发展与思考[J];信息与电脑(理论版);2010年08期
6 巴晓辉;刘海洋;郑睿;陈杰;;一种有效的GNSS接收机载噪比估计方法[J];武汉大学学报(信息科学版);2011年04期
7 ;GNSS-200型GPS/GLONASS接收机性能简介[J];导弹与航天运载技术;1997年01期
8 赵晓林;周柏贾;;基于GNSS技术的地震应急系统和救援装备建设[J];中国科技资源导刊;2010年02期
9 ;GPS术语及定义[J];信息技术与标准化;2003年05期
10 曹云昌;陈永奇;李炳华;方宗义;;导航卫星信号湿延迟参数化模型和数值模式的比较[J];全球定位系统;2005年05期
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1 宋欣;毕琰;王炜;;GNSS接收机中一种新的基于相位角的多普勒频偏去除方法[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
2 胡晓;高伟;李本玉;;GNSS卫星导航系统关键技术的研究与思考[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年
3 Zeynep Elmas;Chris Hill;Marcio Aquino;Terry Moore;;Innovative Atmosphere Effect Mitigation Using New GNSS Signals[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
4 韩涛;卢晓春;王雪;绕永南;;基于微分动力系统的GNSS互操作评价模型[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
5 ;A Data Assisted GNSS Code Tracking Loop[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
6 邓志鑫;赵彦雷;司东晓;;GNSS终端抗干扰技术综述[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
7 杨峻;黄波;张达文;戴忠东;;GNSS接收机实现中对硬件位长的选择[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
8 桑怀胜;;一种全局最优的空时抗干扰GNSS接收机设计[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
9 ;Performance Analysis of Carrier Loop on the Deep Coupling of Low Cost INS/GNSS[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S09组合导航与导航新方法[C];2012年
10 张萌;寇艳红;;多通道GNSS信号直接射频采样系统设计和验证[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S07北斗/GNSS用户终端技术[C];2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 陶渝;重庆建成国土资源GNSS网络信息系统[N];中国测绘报;2011年
2 通讯员 张峰;宝鸡市局加强GNSS参考站网建设[N];中国气象报;2010年
3 记者 裴蕾;测绘气象共建GNSS基准站[N];四川日报;2010年
4 记者 张敏霞 通讯员 王存林;陆态网沱沱河GNSS基准站建成并试运行[N];格尔木日报;2011年
5 记者 万勇治;青海海东地区GNSS连续运行参考站建成试运行[N];中国测绘报;2011年
6 通讯员 彭祥荣;“陆态网”民勤GNSS基准站投入试运行[N];中国气象报;2010年
7 驻站记者 李云飞 通讯员 田鹏程;中国大陆构造环境监测网络阿鲁科尔沁GNSS基准站投入试运行[N];赤峰日报;2010年
8 王岩;包头用GNSS管理市政布局[N];中国建设报;2010年
9 记者 谢必如 特约记者 白文起 通讯员 陶渝;重庆建成国土资源GNSS网络系统[N];中国国土资源报;2011年
10 中国电波传播研究所青岛分所 曹冲;车载卫星导航离我们很近[N];计算机世界;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 韩帅;GNSS系统弱信号捕获方法研究与应用[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 叶萍;MEMS IMU/GNSS超紧组合导航技术研究[D];上海交通大学;2011年
3 周艳玲;GNSS信号接收与波形技术研究[D];华中科技大学;2012年
4 刘卫;GNSS兼容与互操作总体技术研究[D];上海交通大学;2011年
5 吴学睿;GNSS-R陆面遥感散射特性研究[D];大连海事大学;2012年
6 朱庆林;基于单站地基GNSS的电波折射参数估计[D];西安电子科技大学;2010年
7 王立端;星载GNSS/INS超紧组合技术研究[D];上海交通大学;2010年
8 张欣;GNSS实时矢量跟踪技术研究[D];上海交通大学;2013年
9 徐洪亮;GNSS性能增强技术研究[D];上海交通大学;2013年
10 邹璇;GNSS单频接收机精密点定位统一性方法的研究[D];武汉大学;2010年
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1 沈颖洁;微弱GNSS信号捕获与码跟踪技术研究[D];浙江大学;2012年
2 万青;现代化GNSS数据/导频信号联合捕获算法的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 付欣;基于DTMB-GNSS的联合定位方法研究[D];西安科技大学;2010年
4 吴华兵;GNSS P码直捕算法研究与实现[D];中国科学院研究生院(国家授时中心);2011年
5 李云飞;高灵敏度GNSS跟踪关键技术研究[D];浙江大学;2011年
6 严细辉;GNSS/INS紧组合列车自主定位融合算法研究[D];北京交通大学;2011年
7 马小东;GNSS-R反射信号特征分析及仿真[D];北京化工大学;2013年
8 刘思睿;GNSS接收机性能综合测试技术研究[D];北京化工大学;2013年
9 李慧;GNSS中频信号仿真及弱信号接收算法研究[D];南京理工大学;2013年
10 吴娜;GNSS接收机捕获算法的研究及实现[D];北京邮电大学;2010年
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