第七章GPS信號的捕獲與跟蹤

1GPS信號捕獲與跟蹤

GPS信號的組成GPS信號捕獲的兩個參數捕獲原理及步驟GPS信號的跟蹤載頻跟蹤碼跟蹤SchoolofElectronicEngineering

2接收機通道Receiverchannel接收機通道接收機通道接收機通道接收機通道接收機通道射頻前端A/D轉換器捕獲接收機通道用戶位置計算碼跟蹤載頻跟蹤數據位同步解碼導航數據讀取衛(wèi)星位置計算偽距捕獲和跟蹤在接收機中的位置

3GPS衛(wèi)星信號

4GPS中的多普勒頻移衛(wèi)星周期11小時58分衛(wèi)星軌道半徑26560km

5GPS中的多普勒頻移

6在衛(wèi)星可能引起多普勒效應的方向上的最大速度：C/A信號的載頻：衛(wèi)星運動造成的最大多普勒頻：衛(wèi)星造成的多普勒頻移

7捕獲的三維搜索

8捕獲的三維搜索信號中存在哪些衛(wèi)星的信號，即存在哪些PRN碼調制的信號；對每一個存在的PRN碼信號，提取其多普勒頻移；對每一個存在的PRN碼信號，提取其偽碼相位。

9GPS信號捕獲的關鍵參數衛(wèi)星搜索的數量捕獲使用數據的長度載波頻率搜索范圍和頻率搜索步長碼相位搜索空間，碼相位搜索步長

10衛(wèi)星搜索的數量衛(wèi)星搜索的數量范圍：0~32顆；衛(wèi)星搜索數量對捕獲精度沒有影響;必須能成功捕獲到4顆或更多顆衛(wèi)星;兩種搜索方式：利用星歷搜索方式：利用用戶位置估計值、GPS時間估計值和最近幾天內的歷書，計算出衛(wèi)星的位置，然后確定哪顆衛(wèi)星為可見衛(wèi)星；滿天搜索方式：搜索所有可能的衛(wèi)星PRN碼。

11捕獲使用數據的長度使用的數據越長，捕獲效果就越好，但使用較長的數據必然會使運算量增加；限制捕獲使用的數據長度的因素有兩個：導航電文的跳變和C/A碼的多普勒效應；C/A碼的周期是1ms，所以至少需要1ms的數據才能完成捕獲操作。導航電文每個數據位的長度是20ms或者說是20個C/A碼的長度選用10ms的數據進行捕獲時，可以不用考慮C/A碼多普勒頻移的影響。

12頻率搜索步長與數據長度的關系

1301234567

搜索捕獲原理IncomingcodeGeneratedcodeCorrelation起始位置估計

14

捕獲原理12345678Correlation載頻估計

15串行搜索捕獲方法

16串行搜索捕獲方法串行搜索捕獲方法

18FFT頻域捕獲方法

19SchoolofElectronicEngineeringPRNcodedemodulationIncomingsignalLocalPRNcodeResultofmultiplicationFFT頻域捕獲方法基于循環(huán)相關的快速捕獲方法基于循環(huán)相關的快速捕獲方法

23快速算法的改進

24GPS信號的跟蹤GPS衛(wèi)星信號是動態(tài)變化的，變化包括：多普勒效應引起載波頻率發(fā)生動態(tài)偏移；偽隨機碼的起始時間回隨著衛(wèi)星與接收機間距離的變化而變化。兩個跟蹤環(huán)：載波跟蹤環(huán)和碼跟蹤環(huán)

25載波跟蹤環(huán)接收到的GPS信號

26載波跟蹤環(huán)解擴頻后的信號I、Q支路的輸出

27載波跟蹤環(huán)噪聲信號的表示積分、去高頻的后的I、Q支路的輸出

28鑒相器

29鑒相器

30載波跟蹤環(huán)的輸出

31鎖相環(huán)

32濾波器前的鑒相器輸出

33濾波器后的鑒相器輸出

34環(huán)路濾波器和VCO的傳遞函數環(huán)路傳遞函數

二階鎖相環(huán)的特性

35

自然頻率

阻尼系數

二階鎖相環(huán)的特性

36

噪聲帶寬自然頻率與噪聲帶寬的關系

二階鎖相環(huán)的特性

37阻尼系數

38噪聲帶寬

39SchoolofElectronicEngineeringFrequencyoffsetsis20Hz

40SchoolofElectronicEngineering

41SchoolofElectronicEngineering

42CodeTracking:

Threelocalcodesaregeneratedandcorrelatedwiththeincomingsignal碼跟蹤環(huán)-延遲鎖定環(huán)

43碼跟蹤環(huán)-延遲鎖定環(huán)

44延遲鎖定環(huán)基本結構

45碼跟蹤環(huán)結構

46SchoolofElectronicEngineering

47SchoolofElectronicEngineering

48SchoolofElectronicEngineering

49SchoolofElectronicEngineering

50Sch