衛(wèi)星導航軟件接收機原理與設(shè)計

內(nèi)容概要

　　本書的研究思路遵循從GPS到GNSS、從一般模型到具體信號處理功能實現(xiàn)、從仿真語言到高級語言、從非實時到實時循序漸進進行。具體章節(jié)安排如下?！　〉?章概述GNSS接收機技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，從我國北斗雙星導航定位系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展的實際需求出發(fā)，論述了衛(wèi)星導航軟件接收機關(guān)鍵技術(shù)研究的重要意義；介紹了國內(nèi)外在衛(wèi)星導航軟件接收機研究上的代表性成果；比較了目前軟件接收機實現(xiàn)的各種平臺與優(yōu)缺點。第2章從衛(wèi)星導航軟件接收機和軟件中頻信號模擬器設(shè)計的雙重要求出發(fā)，介紹了GNSS導航信號的發(fā)展與現(xiàn)代化現(xiàn)狀，總結(jié)出導航信號發(fā)展的一般規(guī)律；分析了導航信號生成方式、自相關(guān)特性以及跟蹤性能；建立了信號在發(fā)射時刻、到達接收機天線相位中心以及RF前端ADC輸出3個關(guān)鍵節(jié)點的數(shù)學模型。第3章闡述了GPS／Galileo L1中頻軟件信號模擬器結(jié)構(gòu)，并設(shè)計了各模塊的功能；有所側(cè)重地在衛(wèi)星鐘差模型、電離層閃爍模型以及多徑效應(yīng)模型的建立上提出了一些新的方法與思路；為滿足軟件接收機測試的實際需要，對載噪比、信號傳播時間以及多普勒頻移的計算作了說明。第4章介紹了導航衛(wèi)星信號捕獲的基本原理及捕獲的一般過程；闡述了軟件接收機基于FFT的并行碼相位搜索捕獲策略；推導了差分相干積累和非相干積累的檢測量的統(tǒng)計分布；依據(jù)實際應(yīng)用背景，對前人提出的差分相干積累作了有益簡化，完整給出了一種新的基于FFT的簡易差分相干積累高靈敏度軟件接收機的捕獲方法。第5章重點討論了一種新的基于模糊控制邏輯器的軟件接收機智能載波跟蹤軟環(huán)設(shè)計方案，從模糊產(chǎn)生器、模糊推理機、模糊規(guī)則庫、模糊消除器4個方面詳細說明了模糊邏輯控制器的設(shè)計方法，并推導了基于雙線性變換的三階鎖相環(huán)的數(shù)字實現(xiàn)形式。第6章重點研究了低信噪比條件下軟件接收機多徑估計技術(shù)，給出了一種新的基于有色噪聲卡爾曼濾波的最大似然多徑估計算法。第7章研究了實時單頻GPS軟件接收機的信號快捕算法和基于SIMD指令的相干積分累加計算優(yōu)化技術(shù)；從軟件接收機整體實現(xiàn)的角度，分析了軟件接收機與數(shù)字硬件接收機在偽距計算上的不同，利用NordnavR30軟件接收機接收并保存的實際中頻GPS信號數(shù)據(jù)對本書設(shè)計的軟件接收機進行了驗證測試。第8章分析了采用FFT方法跟蹤微弱GPS信號的原理，提出了使用FFT和鎖頻環(huán)(或鎖相環(huán))結(jié)合的復(fù)合軟環(huán)跟蹤微弱GPS信號的方法，該方法可以改善環(huán)路的動態(tài)性能；給出了一種新的減小互相關(guān)干擾的方法——Q路濾波法，推導了該方法的有關(guān)模型，通過Matlab仿真程序驗證了該方法可以有效地減小互相關(guān)干擾。

書籍目錄

第1章緒論1.1　引言1.2　衛(wèi)星導航系統(tǒng)概述1.2.1　GPS1.2.2　俄羅斯GLONASS1.2.3　歐盟Galile01.2.4　中國北斗雙星導航定位系統(tǒng)1.3　GNSS軟件接收機的研究背景與意義1.3.1　GNSS接收機的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1.3.2　我國衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展的現(xiàn)實需求1.3.3　研究的重要意義1.4　國內(nèi)外衛(wèi)星導航軟件接收機研究概況1.5　本書的組織1.5.1　軟件接收機數(shù)字處理實現(xiàn)技術(shù)比較分析1.5.2　本書研究的總體思路第2章　導航衛(wèi)星的信號特性與中頻信號數(shù)學模型2.1　GPS信號的特性2.1.1　頻率和調(diào)制格式2.1.2　功率電平2.1.3　相關(guān)函數(shù)2.1.4　GPS信號的現(xiàn)代化2.2　GLONASS信號的特性2.3　Galileo信號的特性2.3.1　頻率分配2.3.2　Galileo LIF信號2.3.3　LIF信號與LIC／A碼信號的比較2.4　導航信號的發(fā)展規(guī)律與BOC調(diào)制研究2.5　GPS／Galileo L1中頻信號的數(shù)學模型2.5.1　導航衛(wèi)星發(fā)射的信號2.5.2　到達接收天線相位中心的LOS信號2.5.3　RF前端ADC輸出的數(shù)字化信號2.6　本章小結(jié)第3章　中頻信號模擬器設(shè)計3.1　中頻軟件信號模擬器結(jié)構(gòu)3.2　導航信號的傳輸誤差模型3.2.1　衛(wèi)星時鐘誤差仿真模型3.2.2　電離層誤差仿真模型3.2.3　對流層誤差仿真模型3.2.4　多徑效應(yīng)仿真模型3.2.5　噪聲模型3.3　中頻信號模擬器的實現(xiàn)3.3.1　可見衛(wèi)星的確定3.3.2　信號傳播時間的確定3.3.3　導航電文的產(chǎn)生3.4　本章小結(jié)第4章　軟件接收機的信號高靈敏度捕獲4.1　捕獲技術(shù)概述4.1.1　二維搜索捕獲4.1.2　串行搜索捕獲策略4.2　軟件接收機并行碼相位搜索捕獲策略4.3　微弱信號的捕獲4.3.1　微弱信號的概念4.3.2　平方損耗分析……第5章　軟件接收機動態(tài)環(huán)境載波跟蹤技術(shù)第6章　軟件接收機碼跟蹤與多徑估計技術(shù)研究第7章　實時單頻GPS軟件接收機信號處理技術(shù)研究第8章　微弱GPS信號的跟蹤我址干擾抑制參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　引言　　全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS，Global Navigation Satellite System）是航天大國的重要特征，美國和俄羅斯已經(jīng)建成這種系統(tǒng)（GPS和GLONASS），歐盟也即將建成Galile0系統(tǒng)，即使13本也在建設(shè)QZSS（Quasi Zenith Satellite System）。我國建成的北斗雙星導航定位系統(tǒng)，是一個初級區(qū)域性衛(wèi)星定位系統(tǒng)，尚不能滿足日益發(fā)展的導航需要，發(fā)展新一代性能更高的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，勢在必行?！　∽鳛槟壳笆褂米顬閺V泛的GPS，無論在軍事還是民用上，都有很大的借鑒意義。1973年，為了滿足軍事部門和民用部門對實時和三維導航的迫切要求，美國軍方制定了“授時與測距導航系統(tǒng)／全球定位系統(tǒng)”（NAVSTAR／GPS，Navigation System Timing And Ranging／Global Positioning System）計劃，通常簡稱為“全球定位系統(tǒng)”（GPS），提供高精度的、可連續(xù)的、實時的導航定位服務(wù)。它能同時提供用戶的三維坐標、三維速度分量和精確定時。它是目前技術(shù)上最成熟且已實用的一種衛(wèi)星導航和定位系統(tǒng)。截至2004年7月23日，在過去的30年時間里，美國已經(jīng)發(fā)射了50顆GPS導航衛(wèi)星，基本上是發(fā)送一顆新衛(wèi)星，替換一顆舊衛(wèi)星。2006年底前美國又發(fā)射了11顆GPS衛(wèi)星。按計劃，2006年-2008年底再發(fā)射12顆GPS衛(wèi)星，2009年開始發(fā)射第三代GPS衛(wèi)星，2030年左右完成全球星基導航的全部部署。在世界范圍內(nèi)，目前，應(yīng)用的GPS處于第二代末期、第三代初期，標志著試驗系統(tǒng)的結(jié)束。

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