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高灵敏度GPS接收技术中几个关键问题的研究

梁坤  
【摘要】: 目前,GPS (Global Positioning System,全球定位系统)已经在全世界得到了广泛的应用,但大多都是在信号条件较理想的环境中。当信号条件不理想时,例如在室内、森林和城市环境条件下,遮挡、多径和干扰等现象较严重,GPS就不能得到很好的应用。在GPS领域内,室内、森林和城市等复杂环境被统称为室内环境。与普通环境相比,GPS信号在室内环境中,能量有更多的削弱和衰落,到达时间有更大的延迟,接收信噪比有更大程度的恶化,所以,其可用性和普通GPS接收机的定位精度都会大大下降,GPS的总体性能会严重恶化,这样普通的GPS接收机将难以捕获和跟踪导航卫星信号。而室内环境恰是人类活动的主要环境之一,在室内环境中有很多重要的GPS应用需求,又高灵敏度GPS接收技术是一种满足室内环境要求的定位技术,所以,高灵敏度GPS接收技术的研究非常必要,高灵敏度GPS接收机已成为当前的研究热点。 本文介绍了GPS信号特点,分析了室内环境GPS信号的特性,针对高灵敏度GPS接收技术中的几个关键问题,设计并实现了高灵敏度GPS接收技术研究平台。在此基础之上,设计了高灵敏度GPS接收机系统结构,对高灵敏度GPS捕获和跟踪技术进行了较深入的分析和研究,构造了高灵敏度GPS载波跟踪结构和高灵敏度GPS码多普勒补偿方法,创造性地提出了两种高灵敏度GPS互相关减轻方法∶并行互相关减去法和基于频差因子的并行互相关减去法,及两种高灵敏度GPS码相位测量精化方法∶二阶最小二乘拟合精化法和广义延拓逼近精化法。 仿真实验结果表明∶互相关减轻的两种新方法去除互相关效果良好,较前人构造的方法实用性更强,基于频差因子的并行互相关减去法在计算量方面有更大的优势,可以加快高灵敏度GPS接收机信号捕获速度,节省基带信号处理时间;与其它方法相比,码相位测量精化的两种新方法在精确性、稳定性和跟踪作用等方面都分别具有较大优势。广义延拓逼近精化法的精化精度和跟踪精度最高,二阶最小二乘拟合精化法的稳定性最好,且该两种方法计算量小、易于实现,在低信噪比、大码多普勒的情况下引导跟踪,可以使码相位测量达到更好的效果。 总之,这些方法在室内环境的高灵敏度GPS接收机中有较好的应用价值。


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