弱信號(hào)環(huán)境下高性能GPS接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、目前，全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)已經(jīng)在全世界得到了廣泛的應(yīng)用，但大多是在信號(hào)條件較理想的環(huán)境中。當(dāng)信號(hào)條件不理想時(shí)，例如在室內(nèi)、森林和城市等環(huán)境中，遮擋、多徑和干擾等現(xiàn)象較嚴(yán)重，GPS就得不到很好的應(yīng)用。而這些環(huán)境恰是人類(lèi)活動(dòng)的主要場(chǎng)所，在這些環(huán)境中有很多重要的GPS應(yīng)用需求，高性能衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)正是為滿(mǎn)足這一需求而產(chǎn)生的，成了導(dǎo)航領(lǐng)域的主要研究方向。本文以弱信號(hào)環(huán)境下高性能GPS接收機(jī)為

2、出發(fā)點(diǎn)，圍繞接收機(jī)的高靈敏度捕獲及碼片內(nèi)多徑分離技術(shù)展開(kāi)了研究。其主要研究成果如下：
　　 1.研究了常用的高靈敏度GPS信號(hào)捕獲算法，包括相干積分、非相干積分、差分相干積分、圓周相關(guān)，指出了這些算法各自的優(yōu)缺點(diǎn)。分析了現(xiàn)有高靈敏度GPS信號(hào)捕獲算法中存在的殘余多普勒頻率效應(yīng)及碼長(zhǎng)多普勒效應(yīng)對(duì)捕獲性能的影響，提出了將DBZP、頻差估計(jì)、差分相干和FFT等四種技術(shù)有機(jī)結(jié)合的捕獲方法，并從檢測(cè)概率、虛警概率、漏檢概率及信噪比(Sig

3、nal-to-Noise Ration，SNR)等參數(shù)對(duì)提出方法進(jìn)行了性能分析。
　　 2.討論了小參數(shù)條件下，輸入信號(hào)、噪聲和雙穩(wěn)系統(tǒng)三者協(xié)調(diào)作用所產(chǎn)生的隨機(jī)共振(Stochastic Resonance，SR)現(xiàn)象，并從時(shí)域及頻域結(jié)構(gòu)分析了SR產(chǎn)生的機(jī)制。研究了自適應(yīng)SR、二次采樣SR的基本理論及其在弱信號(hào)檢測(cè)中的應(yīng)用。提出了基于SR的高靈敏度GPS信號(hào)捕獲方法，該方法與傳統(tǒng)捕獲方法不同，在GPS信號(hào)捕獲過(guò)程中，它不但能抑制

4、噪聲，而且能將部分噪聲能量轉(zhuǎn)換成信號(hào)能量，極大地提高了GPS信號(hào)的捕獲靈敏度。利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)集和仿真數(shù)據(jù)集對(duì)所提方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，驗(yàn)證了其在捕獲弱GPS信號(hào)方面的優(yōu)越性。
　　 3.研究了基于陣列雙穩(wěn)SR的弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，采用理論與數(shù)值仿真相結(jié)合的方法，通過(guò)穩(wěn)態(tài)自協(xié)方差函數(shù)，分析了陣列雙穩(wěn)SR系統(tǒng)SNR增益，發(fā)現(xiàn)陣列雙穩(wěn)SR系統(tǒng)可利用噪聲在單個(gè)雙穩(wěn)SR系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)微弱信號(hào)的檢測(cè)能力。并進(jìn)一步分析了陣列噪聲，外部噪聲及陣

5、列單元數(shù)對(duì)檢測(cè)性能的影響。提出了基于陣列雙穩(wěn)SR的高靈敏度GPS信號(hào)捕獲方法，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)集和仿真數(shù)據(jù)集的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法在單個(gè)雙穩(wěn)SR的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了GPS信號(hào)的捕獲能力。
　　 4.討論了多徑信號(hào)特點(diǎn)及誤差模型。分析了多徑效應(yīng)對(duì)接收機(jī)性能的影響。研究了凸集投影的碼片內(nèi)多徑時(shí)延估計(jì)算法。提出了基于約束增量維納濾波的多徑時(shí)延估計(jì)算法，該算法利用GPS信號(hào)C/A碼延時(shí)先驗(yàn)估計(jì)，對(duì)多徑?jīng)_激信道時(shí)延估計(jì)值和衰減系數(shù)估計(jì)值進(jìn)行區(qū)間