本文關(guān)鍵詞：GPS軟件仿真系統(tǒng)的研究

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【摘要】：GPS (Global Positioning System)全球定位系統(tǒng),可提供全球全天候的高精度時間和空間位置基礎(chǔ)信息,在軍事、交通、生活等各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,使GPS系統(tǒng)的研究成為了研究的熱點。本文重點研究采用通用處理器完成的純軟件GPS仿真系統(tǒng),解決了硬件仿真系統(tǒng)成本高、兼容性差、更新慢的問題。本文主要工作及創(chuàng)新點如下：(1)搭建了基于matlab編程實現(xiàn)的GPS軟件仿真系統(tǒng),包括GPS軟件信號源和GPS軟件接收機(jī)。其中,信號源中用戶通過設(shè)置界面設(shè)置用戶位置和信號接收時間,信號源獲取設(shè)置參數(shù)計算衛(wèi)星速度和位置,從而篩選出可見星,然后計算出各可見衛(wèi)星的電離層誤差、對流層誤差、時鐘誤差和多普勒頻移,并且生成對應(yīng)衛(wèi)星的C／A碼和導(dǎo)航電文,最后利用本文提出的內(nèi)插算法將各種誤差引起的時延以相對時延形式加入到信號中,完成信號調(diào)制,得到特定信號,用于對接收機(jī)進(jìn)行性能測試。同時,軟件接收機(jī)能完成GPS信號的捕獲、跟蹤、同步和定位解算過程,輸出基帶信號處理各階段結(jié)果圖及最終定位結(jié)果經(jīng)緯度坐標(biāo)圖。(2)在GPS軟件信號源研究過程中發(fā)現(xiàn),在中頻基帶信號生成中常常被忽略的C／A碼多普勒頻移,對信號最終的定位結(jié)果有著重要的影響。本文針對這個問題,利用GPS軟件仿真系統(tǒng)生成加入和未加入C／A碼多普勒頻移的兩種信號,處理得到定位結(jié)果圖和GDOP曲線圖,并將其與真實信號的定位結(jié)果進(jìn)行對比分析。實驗結(jié)果表明,加入C／A碼多普勒頻移的信號定位結(jié)果誤差較小,幾何精度因子數(shù)值小,定位精度高,仿真結(jié)果更接近于真實信號。(3)GPS信號在衛(wèi)星發(fā)射到接收機(jī)接收的傳播過程中,常常會由于電離層、對流層、時鐘誤差等原因產(chǎn)生時延,在軟件信號源的研究中,研究者們往往更為關(guān)注于各時延模塊的優(yōu)化和計算,而本文研究的側(cè)重點則是時延模塊在matlab語言程序中的實現(xiàn)。本文詳細(xì)描述了信號調(diào)制算法的實現(xiàn)步驟,并通過示意圖說明在傳播過程中各衛(wèi)星信號間產(chǎn)生的相對時延。針對信號的相對時延,本文提出了一種新的內(nèi)插算法,通過該內(nèi)插算法公式,將信號內(nèi)插為1／ts頻率信號,以ts的精度將相對時延加入信號中。通過實驗數(shù)據(jù)對比,得到接收機(jī)相對時延與信號源相對時延間誤差小于算法設(shè)定精度ts,實驗結(jié)果表明,該算法能夠成功的實現(xiàn)信號的相對時延。(4)GPS信號跟蹤的過程涉及到大量相關(guān)運算,導(dǎo)致接收機(jī)跟蹤耗時較長,從而影響整個軟件接收機(jī)的工作效率。為了加快接收機(jī)跟蹤速度,縮短接收機(jī)首次定位時間,本文引入了pMatlab程序集,通過調(diào)用MatlabMPI程序庫函數(shù),實現(xiàn)跟蹤處理并行化,充分利用了CPU的多核并行處理性能,使軟件接收機(jī)性能得到了很大的提高。
【關(guān)鍵詞】：全球定位系統(tǒng) matlab 軟件信號源 軟件接收機(jī) C/A碼多普勒頻移 多核并行處理
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P228.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 研究背景與意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述12-13
• 1.3.1 空間星座部分12-13
• 1.3.2 地面監(jiān)控部分13
• 1.3.3 用戶設(shè)備部分13
• 1.4 本文研究內(nèi)容及組織13-15
• 第二章 GPS信號源功能模塊15-31
• 2.1 時間轉(zhuǎn)換15-17
• 2.2 可見星選擇17-19
• 2.3 電離層誤差模型19-20
• 2.3.1 Klobuchar模型19-20
• 2.4 對流層誤差模型20-22
• 2.4.1 Hopfeild模型20-22
• 2.5 時鐘誤差模型22-23
• 2.6 多普勒效應(yīng)23-31
• 2.6.1 多普勒頻移24-26
• 2.6.2 幾何精度因子26
• 2.6.3 C/A碼多普勒頻移對定位結(jié)果的影響26-31
• 第三章 GPS軟件信號源31-47
• 3.1 GPS信號32-34
• 3.1.1 載波32-33
• 3.1.2 導(dǎo)航電文33
• 3.1.3 偽碼33-34
• 3.2 信號調(diào)制34-37
• 3.3 信號相對時延內(nèi)插算法37-39
• 3.4 GPS信號源仿真39-41
• 3.5 實驗結(jié)果與分析41-47
• 第四章 GPS軟件接收機(jī)47-63
• 4.1 信號捕獲48-55
• 4.1.1 FFT捕獲算法49-51
• 4.1.2 實驗結(jié)果51-55
• 4.2 信號跟蹤55-63
• 4.2.1 Costas環(huán)55-57
• 4.2.2 DLL延時鎖相環(huán)57-58
• 4.2.3 跟蹤過程并行化58-60
• 4.2.4 并行跟蹤實驗結(jié)果60-63
• 第五章 總結(jié)與展望63-66
• 5.1 全文總結(jié)63-64
• 5.2 工作展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 致謝70-71
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文71

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 王莉;;衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度估計[J];飛行器測控學(xué)報;2008年02期

2 于軍;鄧明鏡;王星星;;幾何精度因子對GPS定位結(jié)果的影響[J];測繪通報;2012年S1期

3 覃新賢;姚相振;黃旭方;;提高GPS接收機(jī)多普勒頻移估計精度的精捕獲算法[J];計算機(jī)應(yīng)用與軟件;2011年10期

4 張建文;陳軍;王強(qiáng);;并行程序加速比計算和分析[J];科技廣場;2006年01期

5 陳榮;管吉興;張喜明;;數(shù)字Costas環(huán)的設(shè)計與實現(xiàn)[J];無線電工程;2010年03期

6 陸娟,常青,張其善,張軍;十二通道GPS信號發(fā)生器的硬件設(shè)計[J];遙測遙控;2003年03期

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本文編號：899875