高灵敏度GPS接收机中的互相关减轻算法研究

一种快速精确GPS多径误差消除组合算法作者：张洋王新龙来源：《航空兵器》2013年第05期摘要：多径效应是影响GPS定位精度的一个重要因素，由于多径信号的数量与路径无法确定，且其衰减幅度与延迟时间难以模型化，导致多径效应难以预测，其误差也难以消除。

在分析 TK和MLE两种典型算法特点的基础上，提出了一种TK-MLE组合多径参数估计算法。

该算法通过使用TK算法快速粗估计多径信号延迟路径数和延迟时间，以确定MLE算法搜索维数并缩小了其搜索范围，使得组合算法具有计算量小、精度高以及适用范围更广的优点。

仿真结果表明组合多径参数估计算法在复杂情况下具有良好的工作性能。

关键词：GPS接收机；多径误差；TK算法；MLE算法中图分类号：V249.32+8 文献标识码：A 文章编号：1673-5048（2013）05-0030-06AFast&PreciseCombinedAlgorithmforGPS MultipathErrorEliminationZHANGYang，WANGXinlong（SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China）Abstract：MultipatheffectisamaincauseoftheerrorsinthepositionbyGPS.Asitisimpossibleto directlymeasurethepathandnumberofsignals，anddifficulttoestablishamodelofitsattenuationextent anddelaytime，itishardtopredicttheeffectcausedbymultipathsignalaswellasreducetheerrorsof theGPS.Basedonseparateanalysis，twotraditionalalgorithms，TKandMLE，arecombinedintoanew algorithm.Whilecomputingmultipathparameterwiththenewalgorithm，TKalgorithmisusedtoestimate thedelaypathnumberandtimeofmultipathsignalcoarsefasttomakeclearsearchdimensionandreduce searchrange.Thusthecombinedalgorithmhascharacteristicsoflesscomputation，highprecisionand largeusingscale.Theresultofsimulationresearchshowsthatthisnewalgorithmhasagoodperformance incomplexsituations.Keywords：GPSreceiver；multipatherror；TKalgorithm；MLEalgorithm0 引言GPS接收机所接收的信号有两类，包括直达以及反射的信号，这两种信号相叠加，被接收机接收后产生干涉从而影响码和相位的量测。

高灵敏度GPS软件接收机捕获算法魏玲玲;范胜林;王顺亮;刘建业【摘要】针对传统方法难以实现室内环境下GPS信号的捕获以及传统弱信号捕获算法的一系列弊端,介绍了一种新的捕获算法.由于数据段通过“先累加后相关”的方式进行相干积分可以减少运算量,以此方法改进的半位捕获法进行数据段选择可以避免导航数据位翻转,并且改进后的差分相干积分能够减小非相干积分造成的“平方损失”和改善信噪比.融合上述优点,提出了一种新的算法,为高灵敏度GPS软件接收机的实现提供了保证.仿真结果表明,此算法极大的提高了接收机的捕获性能,并且能够快速捕获到载噪比低至25dB/Hz的微弱信号.%Traditional method is difficult to achieve the acquisition of GPS signals in indoor environments, as well as the traditional weak signal acquisition algorithm for a series of problems, a new acquisition algorithm was introduced to solve this problem. Because the coherent integration which uses the data segments that use fusion of first summation then relevance idea can reduce the computational complexity, and the improving semi-bit acquisition method can avoid navigation data bit transition, the improving differential correlation method can reduce "square loss" which produced by non-coherent integration and improve the signal to noise ratio, a new algorithm was proposed which merges all the advantages. The new method can provide a basis for GPS receiving technology with high sensitivity. The experimental results showed that, the algorithm greatly improves the acquisition performance of the receiver and was able to acquire the GPS signal with carrier noise ratio down to 25 dB/Hz.【期刊名称】《指挥控制与仿真》【年(卷),期】2012(034)005【总页数】5页(P50-54)【关键词】先累加后相关;差分相干积分;载噪比;快速捕获【作者】魏玲玲;范胜林;王顺亮;刘建业【作者单位】南京航空航天大学导航研究中心,江苏南京210016;南京航空航天大学导航研究中心,江苏南京210016;南京航空航天大学导航研究中心,江苏南京210016;南京航空航天大学导航研究中心,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TN976.1全球定位系统(GPS)作为目前世界上最完善的全球导航卫星系统,可为地球表面、近地表和地球外空任意地点用户提供全天候、实时、高精度的三维位置、速度以及精密的时间信息,在军事和民用领域已经得到了非常广泛应用[1]。

最近中国成功发射了第三颗“北斗一号”导航定位卫星，它预示着中国GPS应用的高潮即将来临。

本文向(中国)GPS设计工程师介绍在将GPS模块嵌入到其它无线通信系统过程中，如何将无源天线与GPS芯片组紧密结合起来，并达到噪声极低、灵敏度极高、线性度极佳和成本最低的设计策略。

本文分析了直接将无源天线集成至GPS系统对系统性能的影响问题。

由于我们所讨论的系统采用了低增益低噪声的射频前端，系统间干扰较低，而且优化了模数转换器的装载方式，所以可以实现系统中GPS射频部分和高灵敏无源天线之间的连接。

同时，耦合结构的精心设计又降低了接收机内的干扰。

因而，得到的GPS接收机能够应用于移动无线通信频率范围，并具备高灵敏度和优化的抗干扰性能。

本文给出了接收机动态范围、灵敏度和干扰情况的试验结果和仿真结果。

由于系统内部隔离度较好，所以包括射频和数字基带部分在内，载噪比(carrier-to-noise ratio)总衰减低于5dB。

问题的提出将GPS集成到便携式移动设备中可以提供覆盖面积更广的定位服务。

最近已有人提出并实现了基于定位技术的网络，然而这类基于网络的定位方法准确度依赖于基站的数目、基站与移动用户的几何位置，以及多径效应。

混合定位方法则将具备定位能力的GPS和蜂窝通信系统结合起来，不论在农村或城市均能提供覆盖面积很广的定位能力。

将GPS集成到无线移动通信应用中时，所需成本、占位面积和功耗会严重束缚GPS接收机的设计，这一点与独立式GPS一样会降低载噪比。

为了满足要求，必须采用高线性度、低噪声和低功耗的GPS接收机。

而且，如果接收机的各个电路区域之间以及各电路和天线结构之间隔离不足，均会引发系统内干扰(或称内部噪声)和系统间干扰(也称外部噪声)，从而造成GPS性能下降。

本文描述了GPS接收机中，由系统间或系统内隔离不足造成的载噪比下降，以及下降机制，还描述了单独的GPS接收机特性和带无源天线的GPS接收机集成到无线应用中之后得到的性能结果。

高精度GPS信号处理技术研究一、绪论GPS定位技术已经成为了现代导航和地理信息领域中最为重要的技术手段之一。

而高精度GPS信号处理技术是GPS定位技术发展的关键因素之一，其在农业、交通、航空等领域中都有着广泛的应用。

因此，我们有必要对高精度GPS信号处理技术进行系统研究和探讨。

二、高精度GPS信号处理技术的基本原理对于GPS定位技术的原理，我们不再赘述。

在GPS定位技术中，接收机一般采用P码或者C/A码（精确码和普通码）解码技术，通过对GPS卫星信号的处理，计算出接收机与卫星的距离，再根据至少4颗卫星的距离可计算出接收机的位置。

而高精度GPS信号处理技术则需要对GPS信号进行更精细的处理，以得到更为精确和可靠的定位结果。

其中主要有以下几种处理技术：1.差分GPS技术：该技术主要是指对接收机和参考站之间的距离进行实时差分计算，以消除大气等误差，并提高信号精度。

2.多晶体振荡器技术（MDP）：该技术是利用高性能的多晶体振荡器对GPS信号进行更为精细的同步处理，以提高信号精度和时间分辨率。

3.数字信号处理（DSP）技术：该技术主要是指对GPS信号进行数字处理，包括滤波、去噪、降采样等，以提高定位精度。

4.高精度数据解码技术：该技术是将相邻两段数据进行匹配，并用Kalman滤波技术进行平滑处理，以减少数据收集过程中的误差。

5.高精度时钟技术：该技术是通过使用更为精细的时钟，以减少定位过程中时间差的误差。

6.高精度卫星轨道预报技术：该技术是利用卫星公开的轨道元素数据，对卫星的轨道进行高精度预报，以提高GPS信号的精度。

三、高精度GPS信号处理技术的应用随着GPS技术的不断发展和应用，高精度GPS信号处理技术也在不断完善和提高。

目前，高精度GPS信号处理技术在以下领域都得到了广泛的应用：1.航空领域：高精度GPS信号处理技术可以应用于飞机和其他航空器的导航和控制系统中，以提供更为精确和可靠的定位和导航服务。

弹载高灵敏度测频接收机的研究与实现的开题报告题目：弹载高灵敏度测频接收机的研究与实现一、选题背景及意义随着现代战争的发展，电子战已经成为一种不可缺少的作战手段。

在电子战中，载波频率的监测和识别是非常重要的，这就需要高灵敏度的测频接收机来完成。

然而，在弹头等高速飞行器上安装这样的设备非常复杂，需要考虑到电磁干扰、机械振动、温度变化等因素。

因此，开发一种弹载高灵敏度测频接收机是非常有必要的。

二、研究内容及方法本项目旨在研究一种适用于弹头等高速飞行器的高灵敏度测频接收机，具体内容包括以下几个方面：1. 分析电子干扰的特点，设计适应弹载环境的高灵敏度测频接收机。

2. 设计高灵敏度的射频前端，包括低噪声放大器、射频滤波器等。

3. 确定适合弹载环境的数字信号处理系统，包括采样、滤波、数字信号处理等。

4. 进行实验验证，考虑到实际应用中的噪声、干扰等因素，测试接收机的灵敏度和可靠性，并对实验结果进行分析。

方法上，将采用文献调研、仿真建模、实验验证等方法进行研究。

三、预期成果及应用价值本项目的预期成果包括：1. 完成一种适用于弹头等高速飞行器的高灵敏度测频接收机的设计与实现。

2. 对接收机的性能进行测试，包括灵敏度、稳定性等指标，验证其在实际应用中的可靠性。

3. 对接收机的应用进行探索，如在电子战中的频率监测、识别、干扰等方面的应用。

本项目的应用价值主要在于：1. 为电子战等领域提供了一种高灵敏度、适应弹载环境的测频接收机设备。

2. 推动国内电子战技术的发展，提高我国军队的战斗力和综合实力。

3. 拓展电子信息领域的新技术、新应用，促进相关产业的发展。

四、研究进度安排1. 第一阶段（3周）：对弹载高灵敏度测频接收机进行需求分析和文献调研。

2. 第二阶段（4周）：设计高灵敏度的射频前端，并开展相关仿真实验。

3. 第三阶段（4周）：确定数字信号处理系统，完成接收机的设计和实现。

4. 第四阶段（3周）：对接收机进行实验验证，并分析实验结果。

GPS接收机的灵敏度分析GPS接收机的灵敏度分析根据GPS 接收机的定位原理和GPS 接收机灵敏度分析接收机性能，发现灵敏度主要与前端电路和基带有着密切关系。

据此对GPS 的天线前端电路设计滤波器和低噪声放大器，并对电路的其他方面提出要求，考虑包含处理器和大量逻辑门电路的Cyclo ne 器件，并通过配置嵌入式软核处理设计GPS 接收机。

GPS 系统在海运方面因能够提供连续、高精度的船位，在保证船舶安全经济方面和保证在计划航线上航行有着极为重要的作用。

高灵敏度的GPS 接收机要求接收机在卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪。

GPS 接收系统的灵敏度指标包括跟踪灵敏度、捕获灵敏度和初始启动灵敏度。

目前GPS 接收机基本上可以实现跟踪灵敏度在- 160 dBm 以下，同时初始启动的灵敏度和捕获灵敏度也分别可以达到- 142dBm 和- 148 dBm 以下。

1 GPS 接收机灵敏度分析GPS 接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。

接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比; 基带算法则决定了解调、捕获、跟踪过程需要最小信噪比。

GPS 卫星的导航载波信号是L 频段（L 1 ：19cm; L2 ：24 cm）的电波信号，现行GPS 工作卫星采用L 波段的三种导航信号，分别为L 1、L2、L3 ，其载波频率分别为：1 575 42、1 227 60 和1 381. 05 MHzGPS 信号是从距地面20 000 km 的卫星发送到地面，其L 1频段（f L1 = 1 575. 42 MHz）自由空间衰减为：根据GPS 接口控制文档（interface cONt ro ldocument ，ICD）规定GPS 系统L 1频段C/ A 码信号强度的最小值为- 160 dBW，而GPS 系统设计该频段中C/ A 码信号发射的有效通量密度（effect ive isot ro pic radiated pow er，EIRP）为P=478. 63 W（26. 8 dBW）［4］，若大气层衰减为2. 0dBW，那么GPS 系统L 1 频段C/ A 码信号到达地面的强度为：。

高精度GPS定位算法改进与实现GPS（全球定位系统）是一种通过接收来自卫星的信号进行定位的技术。

在现代社会，GPS定位广泛应用于导航、地图、交通监控等领域。

然而，由于各种因素的影响，GPS定位存在一定的误差。

为了提高GPS定位系统的精度和准确性，许多研究人员持续努力改进GPS定位算法，并且取得了显著的成果。

在本文中，我们将介绍几种常见的高精度GPS定位算法的改进方法以及实现的步骤。

首先，差分GPS（Differential GPS）是一种用于提高GPS定位精度的常见技术。

差分GPS利用基准站的精确位置信息与接收机测量值之间的差异来纠正GPS接收机的误差。

基准站通过对GPS信号进行精确测量，并将测量结果与接收机的测量结果进行比较，计算得出差异值，然后传输给接收机进行误差校正。

这种方法可以显著提高GPS定位的精度，并广泛应用于实时定位和导航系统中。

其次，多路径效应是GPS定位中常见的一个误差源。

多路径效应是由于GPS信号在传播过程中经过建筑物、地形等物体的反射而产生的。

为了解决多路径效应带来的精度损失问题，研究人员提出了许多方法。

比如，使用信号处理技术对多路径反射信号进行滤波处理，排除错误的测量结果；利用反射信号与直射信号之间的差异，通过建立模型进行误差估计和校正。

这些方法旨在减少多路径反射对GPS定位的影响，提高定位精度。

另外，时钟偏移和卫星轨道误差也是影响GPS定位精度的重要因素。

为了解决这些问题，研究人员提出了时钟同步技术和卫星轨道校正方法。

时钟同步技术通过比较接收机和卫星之间的时间差异来补偿时钟偏移。

卫星轨道校正方法则通过对卫星运动模型的建立和卫星运行轨迹的测量来校正卫星轨道误差。

这些方法可以有效减少时钟偏移和轨道误差对GPS定位的影响，提高定位精度。

此外，还有一些增强GPS定位精度的方法可以应用于特定的环境和应用场景。

比如，使用地面站网络对GPS信号进行监测和校正，通过多站组合技术提高定位精度；利用惯性测量单元（IMU）与GPS定位技术相结合，实现高精度的惯性导航；利用卫星接收机的测距和测速能力，实现高动态条件下的高精度定位等。

高灵敏度GPS接收技术中几个关键问题的研究的开题报告
一、研究背景
随着现代社会信息化的快速发展，定位、导航、遥感等技术应用越来越广泛，高灵敏度GPS接收技术的重要性也越来越突显。

本研究旨在探讨高灵敏度GPS接收技术中几个关键问题的研究，以期提高GPS接收器的信号接收能力，提高定位精度和鲁棒性。

二、研究内容
1. GPS信号检测技术研究
GPS信号弱，对于接收机的灵敏度要求较高。

本研究将探讨GPS信号检测技术，如何有效地利用现有的GPS信号弱信号特性，提高接收机的灵敏度，包括利用方差估计、相关性估计等方法。

2. GPS信号跟踪技术研究
高灵敏度GPS接收技术中另一个关键问题是GPS信号跟踪。

跟踪算法的性能直
接影响GPS接收器的定位精度和鲁棒性。

本研究将研究GPS信号跟踪技术，包括常用的PLL跟踪算法、卡尔曼滤波跟踪算法以及基于神经网络的跟踪算法等。

3. 多路径干扰抑制技术研究
GPS信号的多路径传播干扰是影响GPS接收器定位精度和鲁棒性的主要因素之一。

本研究将探讨多路径干扰抑制技术，如何有效地抑制多路径干扰，包括正交码、
空间滤波等方法。

三、研究意义
本研究将对高灵敏度GPS接收技术的研究做出一定的贡献，不仅可以提高GPS
接收器的信号接收能力和定位精度，还可以提高GPS接收器的抗干扰能力和鲁棒性，
从而更好地为现代社会的定位、导航、遥感等应用服务。

高灵敏GNSS接收技术研究(大作业)论文摘要近年来，卫星定位导航技术在民用领域的应用越来越受到人们的关注。

民用领域的应用主要有：1)城市环境下导航定位需求；2)车载导航仪、手机等便携式移动终端的导航定位需求；3)峡谷森林环境下的应用等。

这些应用环境的显著特征是信号比较徼弱，信号强度比空旷地带要低10,-,20 dB，有时甚至会有30 dB的衰减，并且存在多径和干扰。

在这些微弱信号环境下，接收机必须提高弱信号处理能力才能正常工作。

因而高灵敏度GNSS接收技术成为导航技术研究的热点之一。

本文就以下几个方面做一些分析：（1）分析了BPSK调制的扩频码自相关特性、互相关特性以及理想情况下相关器的工作原理。

分析了晶振误差统计量，并给出了模拟晶振频率误差序列的方法，介绍了接收机的一些其他误差源。

(2)针对弱信号频率估计问题，分析了时域差分、频域FFT以及频偏分割&能量比较的频率估计方法，比较了它们的性能。

介绍了三种比特同步的方法并比较了它们的性能。

(3)分析了导航电文的特点，提出了基于比特预测、载波辅助码环的高灵敏度跟踪方案。

当电文可预测时，载波和扩频码同时跟踪；当电文不可预测时，载波保持，扩频码跟踪。

关键词：高灵敏度 GNSS 频率精捕获比特同步弱信号跟踪。

第一章：绪论本章主要介绍了GNSS系统的发展历史以及未来的发展趋势；阐述了课题研究的背景和目标；分析概括了国内外关于高灵敏度GNSS接收技术的研究现状。

1.1 GNSS系统的介绍（一)无线电导航的基本原理1）基于距离测量的定位方法：在速度已知的情况下距离和时间是成比例的，因此这种方法有时也称为基于时间到达测量法(TOA，Tune of Arrive)，这样的系统称为TOA系统。

以2D定位为例，如果观测者知道到信号发射站S1的距离，并且知道S1的具体地理位置，那么观测者必然在一个以S1为圆心的圆上。

如果再知道S2的地理位置和距观测者的距离，那么观测者位置的不确定性缩小到两个点。

手机GPS接收灵敏度上层楼厘清讯号干扰为治本之道新通讯2008年11月号93期文．赖盈霖在九十二期专栏中已针对全球卫星定位系统(GPS)接收机和手机芯片整合模式进行完整介绍，同时亦剖析模拟和数字基频接口的设计考虑；本期专栏将继续探讨GPS与手机芯片整合时，手机电路对GPS接收机的干扰问题。

手机系统对GPS干扰问题重重GPS接收机和手机整合最容易面临的问题便是来自手机和主板的干扰会导致GPS接收机灵敏度(Sensitivity)降低、值降低以及造成卫星误判(False Alarm)。

一般说来，手机系统对GPS的干扰可以分类为外频(Out-of-band)和同频(In-band)干扰。

图1所示为干扰源的树形图。

图1GPS接收机干扰源树形图手机射频为GPS外频干扰元凶外频干扰主要是成因为手机发射机所发射的高功率载波。

一般手机的发射功率在全球行动通讯(GSM)频段最高发射功率可达33dBm，在DCS频段最高发射功率亦可达30dBm；就平均发射功率而言，手机的发射功率通常在20dBm 以上。

相较之下，卫星讯号抵达GPS接收机天线的功率在户外约为-130dBm，而在室内则降低到-150dBm左右。

虽然手机所发射的高功率载波落在GPS的外频，但这两种讯号的功率位准相差甚大(可达150～180dBm)，再加上低噪声放大器(LNA)本身是一种宽带的组件，因此会对第一级低噪声放大器产生非线性效应。

此一非线性效应会在GPS接收机内产生讯号饱合(Saturation)、压缩(Compression)和互调变(Inter-modulation)，进而导致GPS接收机值的降低，甚至产生同频的干扰讯号。

GPS的操作频率为1,575.42MHz，因此当手机操作在DCS频段时会对GPS接收机的值造成最大的影响。

理论上，当手机操作在DCS频段的最低频道(ARFCN为512，=1,710.2MHz)且发射功率亦为最大时(30dBm)，会对GPS接收机的值造成最大的负面冲击。