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基于C#的GPS软件接收机开发平台的研究与实现

陈晓艳  
【摘要】:全球定位系统(Global Positioning System),简称GPS,是美国开发的基于无线电的定位、导航和授时系统,在军用以及民用市场都有了广泛的应用,是继互联网、移动通信之后信息社会发展最快的支柱产业之一。随着美国E911法令的颁布,以及GPS现代化,基于位置的服务(LBS Location Based Service)概念日益普及。LBS指的是通过移动运营商的无线电通讯网络或外部定位方式(如GPS)获取移动终端用户的位置信息,这使得基于GPS卫星的定位服务面临巨大的挑战。本文解决目前无法采用通用CPU完成纯软件的GPS基带信号处理难题。通过优化基带信号处理算法、采用多线程和并行计算技术并充分利用目前通用CPU的多核处理能力,在不依赖任何外部辅助硬件加速部件的情况下,解决软件GPS接收机基带信号处理中运算量巨大的信号捕获和跟踪问题,使软件GPS接收机在具备高灵敏度接收和处理GPS导航系统定位信息的同时具有兼容多系统的灵活性和适应性。 本文在研究高灵敏度GPS软件接收机的理论基础上,重点研究了基于C#的GPS软件接收机的实现算法,获得的科研成果分为下面三点: (1)采用C#语言实现GPS软件接收机基带信号处理算法,搭建了基于C#的GPS软件接收机基带信号处理平台,包括GPS软件接收机系统体系结构、信号捕获以及跟踪最终实现导航定位解算算法。该平台以软件无线电为基本架构,能够对接收机的基带处理算法进行有效验证的同时还能够详细输出基带处理各个阶段的中间结果以及接收机用户准确的经纬度信息。 (2)围绕恶劣环境下误码率及容错码元个数与帧同步性能的关系展开研究,详细阐述了自相关的帧同步方法,并针对帧同步的两个性能指标—漏同步概率和假同步概率与容错码元的关系进行了实验仿真,利用实际采集的GPS中频信号进行了验证。实验结果表明,增加容错码元数可以实现在恶劣环境下提高定位精度的目的。针对不同信噪比的卫星信号,增加一定的容错码元数的帧同步算法能够同步信噪比SNR=-28dB的微弱信号,相对于常规的-19dB的信噪比门限,灵敏度提高了近9dB。 (3)详细讨论了基于C#的GPS软件接收机捕获、跟踪以及定位解算的实现算法。针对软件GPS接收机基带信号处理中大量相关运算和没有专门的硬件加速部件之间的矛盾,充分考虑了PC机CPU的使用效率,内存分配效率,同时采用并行化的软件架构,依靠通用CPU的多核处理能力,研究基带信号处理中跟踪的并行加速算法旨在减少首次定位时间(TTFF)。


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