弱信號環(huán)境下高性能GPS接收機關鍵技術研究.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用，但大多是在信號條件較理想的環(huán)境中。當信號條件不理想時，例如在室內、森林和城市等環(huán)境中，遮擋、多徑和干擾等現(xiàn)象較嚴重，GPS就得不到很好的應用。而這些環(huán)境恰是人類活動的主要場所，在這些環(huán)境中有很多重要的GPS應用需求，高性能衛(wèi)星導航接收機正是為滿足這一需求而產生的，成了導航領域的主要研究方向。本文以弱信號環(huán)境下高性能GPS接收機為

2、出發(fā)點，圍繞接收機的高靈敏度捕獲及碼片內多徑分離技術展開了研究。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，指出了這些算法各自的優(yōu)缺點。分析了現(xiàn)有高靈敏度GPS信號捕獲算法中存在的殘余多普勒頻率效應及碼長多普勒效應對捕獲性能的影響，提出了將DBZP、頻差估計、差分相干和FFT等四種技術有機結合的捕獲方法，并從檢測概率、虛警概率、漏檢概率及信噪比(Sig

3、nal-to-Noise Ration，SNR)等參數(shù)對提出方法進行了性能分析。
　　 2.討論了小參數(shù)條件下，輸入信號、噪聲和雙穩(wěn)系統(tǒng)三者協(xié)調作用所產生的隨機共振(Stochastic Resonance，SR)現(xiàn)象，并從時域及頻域結構分析了SR產生的機制。研究了自適應SR、二次采樣SR的基本理論及其在弱信號檢測中的應用。提出了基于SR的高靈敏度GPS信號捕獲方法，該方法與傳統(tǒng)捕獲方法不同，在GPS信號捕獲過程中，它不但能抑制

4、噪聲，而且能將部分噪聲能量轉換成信號能量，極大地提高了GPS信號的捕獲靈敏度。利用實測數(shù)據(jù)集和仿真數(shù)據(jù)集對所提方法進行了實驗分析，驗證了其在捕獲弱GPS信號方面的優(yōu)越性。
　　 3.研究了基于陣列雙穩(wěn)SR的弱信號檢測技術，采用理論與數(shù)值仿真相結合的方法，通過穩(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)可利用噪聲在單個雙穩(wěn)SR系統(tǒng)的基礎上進一步增強微弱信號的檢測能力。并進一步分析了陣列噪聲，外部噪聲及陣

5、列單元數(shù)對檢測性能的影響。提出了基于陣列雙穩(wěn)SR的高靈敏度GPS信號捕獲方法，通過實測數(shù)據(jù)集和仿真數(shù)據(jù)集的實驗驗證了該方法在單個雙穩(wěn)SR的基礎上，進一步提高了GPS信號的捕獲能力。
　　 4.討論了多徑信號特點及誤差模型。分析了多徑效應對接收機性能的影響。研究了凸集投影的碼片內多徑時延估計算法。提出了基于約束增量維納濾波的多徑時延估計算法，該算法利用GPS信號C/A碼延時先驗估計，對多徑?jīng)_激信道時延估計值和衰減系數(shù)估計值進行區(qū)間