惯性信息辅助高动态GPS接收机快速捕获方法研究

摘 要：本文研究了在高动态环境背景下，基于GPS普通信号的捕获原理及实现方法。对原有的FFT算法中传统的处理算法进行了改进，仿真了惯性信息辅助算法，实验结果验证了该方法的有效性和鲁棒性。

关键词：GPS；惯性辅助；捕获；FFT

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.123

1 引言

虽然现在的GPS定位系统已经很成熟，但是想要在高动态环境下，接收到完整又可靠的信息还是有一定困难的。导航定位技术最关键的一个就是要捕获gps信号，这对于箭载、星载里的GPS的接收机来说尤为重要。所以，怎样快速又高效的捕获GPS信号是目前研究的一个潮流。

2 GPS系统的基本介绍

GPS系统由空间部分、控制部分和用户部分组成。空间部分包含了24颗卫星，主要用于发送导航定位的卫星信号。控制部分由1个主控站，5个检测站，3个注入站组成，主要负责收集一些数据并对收集到的数据进行处理，然后反馈给卫星，对卫星的旧数据进行更新。GPS接收机构成了用户部分，可以来接收信号。GPS的定位原理是知道信号从出发地到达目标地点所需要的时间和速度，从而计算出发地点到目的端所经过的距离。

3 GPS信号捕获

GPU信号捕获过程必须检测出两个重要的参数，一个是C/A码周期的起始位置；另一个是输入信号的载波频率。一般来说，捕获过程包括载波捕获和码捕获两个部分。扩频通信是GPS系统普遍使用的一种方法。粗同步是指让本地的参考码，以及本地的接受码，他们之间的差距控制在一个码元，载波互相对准，这样就能完成同步。

在扩频系统中，常使用滑动相关法来进行计算，具体计算如公式1所示：

（1）

基于FFT的伪码快速捕捉技术的原理是，为接收到的信号，是当地的信号信息。为了减小实验过程中的运算量，在研究的时候对数据进行平均采样处理，这种预处理可以_保C/A码的捕获性能。利用频率为5.714MHz的时钟信号为C/A码进行平均采样，1024个点的FFT运算就代替了原先的5714个点的FFT运算。

本文改进之后的捕获信号模型如公式2所示：

（2）

产生的本地信号为

从系统中输出来的模型如公式3所示：

（3）

C/ A码片所代表的时间可以表示为；。

4 实验结果

试验中需要用到的仿真参数如下：全局时钟的频率是5.714MHz，数字类型的中频段信号的频率为4.12304MHz，中频段在采样时用的频率为16.1367667MHz，L1波段频率为1575.42MHz，载噪比是45dB。图1和图2分别是无惯性信息辅助捕获算法仿真结果和惯性信息速度辅助捕获算法仿真结果示意图。

5 总结

在高动态的环境下，FFT快速捕获法捕获需要的时间较短，运算量较小。再加上惯性信息辅助的方法，可以将GPS信号增强，使得工作的效率和性能提高了。

参考文献：

[1]赵晴，吴玉斌.INS辅助的GPS快速捕获方法研究[J].沈阳理工大学学报，2012.

[2]A Brown；M May.Benefits of Software GPS Receivers for Enhanced Signal Processing[J].GPS Solutions，2000.

[3]赵昀，张其善.软件GPS接收机架构与捕获算法实现[J].北京航空航天大学学报，2006.

作者简介：杨雨薇（1993-），女，江苏南通人，硕士研究生，研究方向为计算机图形学。