GNSS接收機基帶信號處理算法

內容概要

何秋生編寫的《GNSS接收機基帶信號處理算法》主要介紹全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS)接收機基帶信號處理算法和相應的電路結構。全書分為7章，共介紹了有關GPS的C／A碼和Galileo的E1碼的11種不同的基帶信號處理算法，包括本地信號的產(chǎn)生、捕獲和跟蹤算法、抗遠近干擾及抗多徑干擾算法等。捕獲算法包括串并行相關捕獲算法、改變積分長度提高相關處理增益的捕獲方法、匹配濾波捕獲算法及快速捕獲算法、弱信號的捕獲算法等。跟蹤算法包括多徑干擾下的碼跟蹤算法、抑制互相關的高靈敏度碼跟蹤算法等。本書中還討論了實現(xiàn)相關算法的電路結構及算法的仿真結果和結論。《GNSS接收機基帶信號處理算法》適用于從事擴頻通信、衛(wèi)星導航接收機技術研究和設計的人員閱讀、使用，也可以作為高等學校信息與通信工程，以及電子科學與技術專業(yè)的研究生的教學參考書。

書籍目錄

第1章緒論（1） 1.1引言（1） 1.2GNSS接收機的結構（4） 1.3常用信號捕獲技術（5） 1.4常用信號跟蹤技術（7） 1.5本書的安排（7） 第2章GNSS系統(tǒng)信號特性（9） 2.1GPS信號特性（9） 2.1.1C/A碼調制信號特性（9） 2.1.2自相關函數(shù)和功率譜密度（12） 2.2GPS信號功率電平（14） 2.3Galileo系統(tǒng)信號特性（15） 2.3.1BOC調制（15） 2.3.2MBOC調制（20） 2.3.3BOC調制信號的頻譜和相關函數(shù)（25） 2.4GLONASS信號特性（29） 2.5北斗系統(tǒng)信號特性（30） 第3章GNSS信號的數(shù)字下變頻算法（32） 3.1數(shù)字下變頻器的原理及實現(xiàn)（32） 3.1.1數(shù)字下變頻器的原理（32） 3.1.2數(shù)字下變頻器的實現(xiàn)方法（34） 3.2快速計算特殊角度的正弦和余弦值（35） 3.2.1傳統(tǒng)特殊角度的正弦和余弦值的算法（35） 3.2.2快速生成正弦和余弦離散波形的算法（38） 3.2.3三種算法計算精度的比較（42） 3.3直接數(shù)字下變頻抽取算法（43） 3.3.1壓縮抽取算法的原理（44） 3.3.2DDC對靈敏度和精度的影響分析（47） 3.3.3直接數(shù)字下變頻器壓縮抽取算法的仿真（48） 3.3.4算法總結（51） 3.4本章小結（51） 第4章GNSS信號的捕獲算法（52） 4.1優(yōu)化的串并行時分復用相關捕獲算法（52） 4.1.1影響捕獲GNSS信號的因素分析（52） 4.1.2傳統(tǒng)的捕獲方法（57） 4.1.3優(yōu)化的混合串并行時分復用相關捕獲算法（62） 4.1.4優(yōu)化的混合串并行時分復用相關捕獲方法的性能分析（70） 4.2匹配濾波器捕獲算法（73） 4.2.1匹配濾波器算法設計的理論基礎（73） 4.2.2優(yōu)化的數(shù)字匹配濾波器捕獲算法（77） 4.2.3影響優(yōu)化匹配濾波器算法的因素分析（87） 4.3本章小結（94） 第5章GNSS信號的跟蹤算法（95） 5.1碼跟蹤環(huán)的設計（95） 5.2載波跟蹤環(huán)的設計（99） 5.3GPS信號的窄相關碼跟蹤算法（102） 5.3.1傳統(tǒng)多徑干擾抑制方法（102） 5.3.2窄相關抗多徑算法（104） 5.3.3基于相關函數(shù)形變估計的多徑誤差補償方法（109） 5.3.4多徑估計輔助的LMS信號合成方法（113） 5.4抑制強信號干擾的弱信號跟蹤算法（115） 5.4.1衛(wèi)星信號的互相關特點（115） 5.4.2互相關抑制算法（121） 5.4.3多普勒效應影響下的互相關特性（132） 5.4.4計算頻移下粗碼之間的互相關值（134） 5.5基于位跳變檢測提高GPS信號處理增益方法（137） 5.5.1位跳變檢測原理（137） 5.5.2基于位跳變檢測提高增益的方法（140） 5.5.3位跳變檢測方法的仿真結果（142） 5.6本章小結（144） 第6章GNSS接收機基帶處理單元結構的設計（145） 6.1時分復用多通道捕獲結構的設計（145） 6.2強信號干擾弱信號的問題（148） 6.2.1遠近效應情況下弱信號的捕獲（148） 6.2.2遠近效應情況下弱信號的跟蹤（149） 6.3抗遠近（強弱）效應接收機結構的設計（151） 6.3.1逐次干擾消除（SIC）抑制偽衛(wèi)星強信號干擾算法（151） 6.3.2子空間投影法（151） 6.3.3偽衛(wèi)星測試場環(huán)境（153） 6.3.4接收機分離通道結構設計（155） 6.3.5MATLAB仿真及結果分析（156） 6.4抑制多徑干擾跟蹤環(huán)路的設計（159） 6.5本章小結（162） 第7章基帶信號處理算法在GNSS接收機中的應用（163） 7.1捕獲算法在GNSS接收機中的應用（163） 7.1.1HXM001—BB芯片中的相關處理（163） 7.1.2HXM002—BB芯片中的信號處理（165） 7.2多徑處理算法在HXM001芯片中的實現(xiàn)（165） 7.3HXM001芯片組的性能測試及功能驗證（166） 附錄縮略詞（170） 參考文獻（178）

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   2）可以用于捕獲的最大數(shù)據(jù)長度 在捕獲信號時，最小的數(shù)據(jù)長度會因信號的不同而不同。同樣，可以用于捕獲的最大數(shù)據(jù)長度也不是無限的，會受到兩個因素的限制：一是導航電文的限制；二是多普勒頻移的影響。 由于偽隨機噪聲碼受到導航電文信息的調制，所以導航電文中數(shù)據(jù)信息的變化會導致偽隨機碼相位的變化或偽隨機噪聲碼的不連續(xù)，于是可以直接用于捕獲的最大數(shù)據(jù)長度是由導航電文的廣播速度限制的。對于GPS而言，導航電文的廣播速度是50Hz，因此，偽隨機噪聲碼相位將會由于導航電文的調制每20ms發(fā)生一次變化，這樣就可以知道在GPS中可以直接使用的最大數(shù)據(jù)長度應該是10ms。但是對于Galileo系統(tǒng)而言，其兩個通道的情況還有所區(qū)別：B通道是一個由導航電文調制一級碼的數(shù)據(jù)通道，導航電文的廣播速度是125bps，利用分析GPS中所用的方法進行分析，可以知道B通道上碼的持續(xù)周期是8ms，因此可以直接用于捕獲的最大數(shù)據(jù)長度應該是4ms：而C通道是一個不攜帶導航電文的通道，但是在該通道上存在二級碼，二級碼用于調制一級碼，調制后的碼周期是100ms，這樣C通道從理論上講，可以直接用于捕獲的最大數(shù)據(jù)長度是沒有限制的。 下面分析關于多普勒頻移對最大數(shù)據(jù)長度的影響：對于GPS而言，假設允許最大的碼偏移是半個碼片，則改變半個碼片需要的時間是1/（2×3.17Hz）≈158ms，也就是說，此時最大的數(shù)據(jù)長度應該不超過158ms，這遠遠大于上面所述的10ms；對于Galileo系統(tǒng)的B通道而言，要改變半個碼片需要的時間是1/（2×2.64Hz）≈189ms，這也遠遠大于B通道要求的4ms和C通道要求的100ms。 上面分析了可以直接用于捕獲的數(shù)據(jù)長度及限制使用數(shù)據(jù)長度的因素，但是這并不意味著只能使用上述長度的數(shù)據(jù)。如果采用非相干積分方式，則可用的數(shù)據(jù)長度從理論上講是不受限制的。也可以使用其他長度的數(shù)據(jù)，如在參考文獻[49]中就使用了各種不同長度的數(shù)據(jù)，只是需要采用不同的方法來使所用的數(shù)據(jù)不受到各種限制因素的限制而已。 3.相關捕獲中頻率步長的分析 正如前面所說的，為了簡便，一般統(tǒng)一使用±5kHz來表示載波的偏移范圍，但是考慮到高速移動的用戶也會造成最大的多普勒速度變化，因此在這里確定載波頻率的搜索范圍使用±10kHz，這就是在捕獲過程中需要搜索的頻率范圍。 在士10kHz范圍內進行搜索時，所采用的搜索步長的大小與捕獲所使用的數(shù)據(jù)長度有關。當輸入信號和本地復現(xiàn)的信號的相位偏差大于一個載波周期時，兩個信號的相關值為0；當兩個信號的相位偏差小于一個載波周期時，這兩個信號為部分相關。因此，如果使用的數(shù)據(jù)長度為1ms，則1kHz的信號在1ms之內會改變一個周期。 為了保證在1ms內兩個信號的頻率相差0.5個周期，頻率步長應該選取為1kHz。同樣，如果選10ms的數(shù)據(jù)用于捕獲，則頻率步長應該選取為100Hz。因此，頻率步長可以通過捕獲所使用的數(shù)據(jù)長度來確定。

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