GPS软件仿真系统的研究

发布时间：2017-09-22 08:43

  本文关键词：GPS软件仿真系统的研究

  更多相关文章： 全球定位系统 matlab 软件信号源 软件接收机 C/A码多普勒频移 多核并行处理

【摘要】：GPS (Global Positioning System)全球定位系统,可提供全球全天候的高精度时间和空间位置基础信息,在军事、交通、生活等各个领域有着广泛的应用,使GPS系统的研究成为了研究的热点。本文重点研究采用通用处理器完成的纯软件GPS仿真系统,解决了硬件仿真系统成本高、兼容性差、更新慢的问题。本文主要工作及创新点如下：(1)搭建了基于matlab编程实现的GPS软件仿真系统,包括GPS软件信号源和GPS软件接收机。其中,信号源中用户通过设置界面设置用户位置和信号接收时间,信号源获取设置参数计算卫星速度和位置,从而筛选出可见星,然后计算出各可见卫星的电离层误差、对流层误差、时钟误差和多普勒频移,并且生成对应卫星的C／A码和导航电文,最后利用本文提出的内插算法将各种误差引起的时延以相对时延形式加入到信号中,完成信号调制,得到特定信号,用于对接收机进行性能测试。同时,软件接收机能完成GPS信号的捕获、跟踪、同步和定位解算过程,输出基带信号处理各阶段结果图及最终定位结果经纬度坐标图。(2)在GPS软件信号源研究过程中发现,在中频基带信号生成中常常被忽略的C／A码多普勒频移,对信号最终的定位结果有着重要的影响。本文针对这个问题,利用GPS软件仿真系统生成加入和未加入C／A码多普勒频移的两种信号,处理得到定位结果图和GDOP曲线图,并将其与真实信号的定位结果进行对比分析。实验结果表明,加入C／A码多普勒频移的信号定位结果误差较小,几何精度因子数值小,定位精度高,仿真结果更接近于真实信号。(3)GPS信号在卫星发射到接收机接收的传播过程中,常常会由于电离层、对流层、时钟误差等原因产生时延,在软件信号源的研究中,研究者们往往更为关注于各时延模块的优化和计算,而本文研究的侧重点则是时延模块在matlab语言程序中的实现。本文详细描述了信号调制算法的实现步骤,并通过示意图说明在传播过程中各卫星信号间产生的相对时延。针对信号的相对时延,本文提出了一种新的内插算法,通过该内插算法公式,将信号内插为1／ts频率信号,以ts的精度将相对时延加入信号中。通过实验数据对比,得到接收机相对时延与信号源相对时延间误差小于算法设定精度ts,实验结果表明,该算法能够成功的实现信号的相对时延。(4)GPS信号跟踪的过程涉及到大量相关运算,导致接收机跟踪耗时较长,从而影响整个软件接收机的工作效率。为了加快接收机跟踪速度,缩短接收机首次定位时间,本文引入了pMatlab程序集,通过调用MatlabMPI程序库函数,实现跟踪处理并行化,充分利用了CPU的多核并行处理性能,使软件接收机性能得到了很大的提高。
【关键词】：全球定位系统 matlab 软件信号源 软件接收机 C/A码多普勒频移 多核并行处理
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 GPS卫星导航系统概述12-13
• 1.3.1 空间星座部分12-13
• 1.3.2 地面监控部分13
• 1.3.3 用户设备部分13
• 1.4 本文研究内容及组织13-15
• 第二章 GPS信号源功能模块15-31
• 2.1 时间转换15-17
• 2.2 可见星选择17-19
• 2.3 电离层误差模型19-20
• 2.3.1 Klobuchar模型19-20
• 2.4 对流层误差模型20-22
• 2.4.1 Hopfeild模型20-22
• 2.5 时钟误差模型22-23
• 2.6 多普勒效应23-31
• 2.6.1 多普勒频移24-26
• 2.6.2 几何精度因子26
• 2.6.3 C/A码多普勒频移对定位结果的影响26-31
• 第三章 GPS软件信号源31-47
• 3.1 GPS信号32-34
• 3.1.1 载波32-33
• 3.1.2 导航电文33
• 3.1.3 伪码33-34
• 3.2 信号调制34-37
• 3.3 信号相对时延内插算法37-39
• 3.4 GPS信号源仿真39-41
• 3.5 实验结果与分析41-47
• 第四章 GPS软件接收机47-63
• 4.1 信号捕获48-55
• 4.1.1 FFT捕获算法49-51
• 4.1.2 实验结果51-55
• 4.2 信号跟踪55-63
• 4.2.1 Costas环55-57
• 4.2.2 DLL延时锁相环57-58
• 4.2.3 跟踪过程并行化58-60
• 4.2.4 并行跟踪实验结果60-63
• 第五章 总结与展望63-66
• 5.1 全文总结63-64
• 5.2 工作展望64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士期间发表的学术论文71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 王莉;;卫星导航系统定位精度估计[J];飞行器测控学报;2008年02期

2 于军;邓明镜;王星星;;几何精度因子对GPS定位结果的影响[J];测绘通报;2012年S1期

3 覃新贤;姚相振;黄旭方;;提高GPS接收机多普勒频移估计精度的精捕获算法[J];计算机应用与软件;2011年10期

4 张建文;陈军;王强;;并行程序加速比计算和分析[J];科技广场;2006年01期

5 陈荣;管吉兴;张喜明;;数字Costas环的设计与实现[J];无线电工程;2010年03期

6 陆娟,常青,张其善,张军;十二通道GPS信号发生器的硬件设计[J];遥测遥控;2003年03期

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本文编号：899875