高动态GNSS信号快速捕获算法研究

发布时间：2017-07-20 08:21

  本文关键词：高动态GNSS信号快速捕获算法研究

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【摘要】：近年来，随着全球卫星导航系统(GNSS)的迅速发展以及各个领域对定位，导航服务需求量的飞速上升，用户端对导航定位的精度等性能提出了越来越高的需求。而高动态下的实时捕获是保证接收机高精度的一个至关重要的问题。接收机对导航信号的捕获过程实质上就是对伪码相位和载波多普勒频移的二维搜索过程。高动态环境下接收信号的载波多普勒频移非常大，不利于信号的快速捕获。本文研究的基于PMF-FFT的捕获算法着眼于解决高动态大多普勒频移下的快速捕获问题。 本文首先对GNSS系统进行了简要的分析介绍。分析可GPS的C/A码的产生以及相关特性，并分析了高动态环境下GNSS信号的特点。 其次深入研究了GNSS系统中信号捕获的基本原理。并对时域滑动相关捕获算法和基于FFT捕获算法这两种传统方法进行了分析和比较，之后重点研究了匹配滤波捕获算法，对其捕获原理进行了详细的推导，，分析了匹配滤波算法的捕获性能，指出其在多普勒频移较大时的缺陷。针对在多普勒频移较大时的衰减问题，基于匹配滤波算法而引入的PMF-FFT算法是通过FFT方法来补偿匹配滤波器的衰减，但同时PMF-FFT算法由于引入FFT运算也引入了扇贝损失。本文给出了PMF-FFT算法的数学模型，分析了捕获基本原理，从数学上推导并分析了其幅频响应的特点。 针对了PMF-FFT捕获系统设计中部分匹配滤波器长度的选择问题，本文研究了部分匹配滤波器长度的改变对多个性能指标产生的影响，给出了部分匹配滤波器长度的选取准则。本文针对PMF-FFT算法中的扇贝及相关损失采取了两种补偿方式：补零和加窗来进行改进。并对各种升余弦窗进行了研究比较并提出了改进的窗函数方法。后对改进的算法进行了性能分析，论证了其较原算法具有更优秀的检测概率与更短的捕获时间，证实了改进后算法的优越性。
【关键词】：快速捕获 多普勒频移 PMF-FFT 扇贝损失
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.1.1 GNSS 系统的形成9-10
• 1.1.2 GNSS 系统的信号体制10-11
• 1.1.3 GNSS 信号的捕获11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 本文主要研究内容13-14
• 第2章 GNSS 系统及信号特性14-26
• 2.1 GNSS 系统的组成14-16
• 2.1.1 空间段14-15
• 2.1.2 控制段15
• 2.1.3 用户段15-16
• 2.2 GNSS 信号特性16-21
• 2.2.1 美国 GPS 系统16-20
• 2.2.2 欧洲 Galileo 系统20
• 2.2.3 俄罗斯 GLONASS 系统20-21
• 2.2.4 中国北斗卫星导航系统21
• 2.3 GNSS 系统的定位原理21-22
• 2.4 GNSS 接收机的基本结构22-23
• 2.5 高动态下 GNSS 信号的特点23-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 GNSS 系统信号的同步捕获算法研究26-43
• 3.1 GNSS 信号捕获原理26-27
• 3.1.1 二维搜索26
• 3.1.2 频率搜索步长26-27
• 3.1.3 码相位搜索步长27
• 3.2 GNSS 的传统捕获算法27-31
• 3.2.1 时域滑动相关捕获算法27-29
• 3.2.2 基于快速傅立叶变换的捕获算法29-31
• 3.3 基于匹配滤波器的捕获算法31-38
• 3.3.1 匹配滤波器原理31-35
• 3.3.2 匹配滤波器算法的捕获性能35-38
• 3.4 基于 PMFFFT 的捕获算法38-42
• 3.4.1 PMFFFT 算法的结构及原理38-40
• 3.4.2 PMFFFT 算法的数学分析40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 PMFFFT 的捕获算法特性研究及优化43-63
• 4.1 PMFFFT 算法中部分匹配滤波器长度设计准则43-50
• 4.1.1 多普勒频率估计范围43-44
• 4.1.2 相关损失44
• 4.1.3 扇贝损失44-46
• 4.1.4 虚警概率46-47
• 4.1.5 检测概率47-48
• 4.1.6 平均捕获时间48-49
• 4.1.7. PMFFFT 算法滤波器的长度选取因素总结49-50
• 4.2 PMFFFT 算法优化50-60
• 4.2.1 扇贝损失的改善50-54
• 4.2.2 相关损失的改善54-59
• 4.2.3 改进后 PMFFFT 的系统结构框图59-60
• 4.3 改进后的捕获性能分析60-62
• 4.3.1 检测概率60-61
• 4.3.2 捕获时间61-62
• 4.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：567069