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GPS接收机自适应多径抑制技术研究

作　者: 赵健
导　师: 闫保中
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: GPS 多径抑制自适应滤波软件接收机
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

全球定位系统GPS(Global Positioning System)，是在无线通信技术、导航卫星技术的基础上发展起来的卫星导航定位系统。现在GPS广泛应用在车辆、飞行器以及船舶等各个导航定位领域。随着GPS的应用范围越来越广泛，逐渐深入到人们的日常生活之中，用户对接收机的定位导航性能提出了更高的要求。作为扩频测距系统，对流层误差、电离层误差、卫星轨道误差和多径误差仍是影响GPS定位性能的主要误差源。其中，前三项误差属于系统误差，通过建模以及差分就能将其消除，使其对定位误差的影响减小到令人满意的程度。多径信号误差属于偶然误差，与接收机天线周围反射物体的介质和远近距离有关，随环境而变化，难以通过建模等手段进行抑制，因而多径抑制技术一直是卫星导航领域研究的热点。自上世纪70年代初，最早针对多径信号的研究开始至今，众多卫星导航和无线通信的科研工作者对多径信号的抑制研究做出了大量的工作，促进了不同的多径抑制技术的发展。提出了许多多径抑制技术，比较经典的如窄相关器技术、双Δ鉴相器、MEDLL以及Vision相关器技术等。这些技术都已经应用到实际的定位接收机中，并且取得可喜的成果，但对短延迟多径的抑制存在着效果不理想，计算量大等不足。在实际应用中，短延迟多径难以被抑制会导致GPS接收机产生较大定位误差。本课题以GPS接收机在实际应用中存在由多径信号引起的定位误差为切入点，对多径抑制技术展开进一步研究。通过消除GPS接收机中存在的多径干扰，尤其是短延迟多径干扰进而提高GPS接收机定位的准确性与稳定性。本文首先介绍了课题的研究背景以及多径抑制技术的研究现状。通过对多径信号的产生以及其传播特征的详细分析，研究直达信号分量与多径信号的叠加效果。在对接收机码跟踪及载波跟踪的工作原理进行深入分析的基础上，研究多径信号对信号跟踪过程的影响，以及引起的码多径误差、载波多径误差及综合多径误差。对环路多径抑制技术中比较典型的窄相关器、双Δ鉴相器及MEDLL技术进行详细的理论分析和仿真验证。然后在分析自适应滤波器基本原理的基础上，提出了自适应多径抑制技术方案，它通过对多径信号的幅值、延迟等参数进行估计，得到多径信号对接收信号相关值的影响，进而消除其对接收机信号跟踪过程的干扰。在理论深入分析的基础上，对所提出的算法进行仿真验证，并给出所提算法的多径误差包络，结果证明了该方案的有效性。针对前文的理论分析设计了基于自适应多径抑制技术的接收机码跟踪环路。在MATLB上实现具有捕获、跟踪和定位解算功能的GPS软件接收机，分别通过仿真GPS中频信号与真实中频信号，验证所提出的自适应多径抑制技术的多径抑制性能。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章绪论  11-16
  1.1 课题研究的背景和意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
  1.3 本文的主要研究内容和章节安排  15-16
第2章多径信号及其特征分析  16-25
  2.1 GPS 信号结构  16-19
    2.1.1 GPS 信号伪码  16-18
    2.1.2 GPS 信号的产生  18-19
  2.2 多径信号特征  19-21
    2.2.1 多径信号定义  19-20
    2.2.2 多径信号建模  20-21
  2.3 多径误差的产生  21-24
    2.3.1 多径信号与直达信号的叠加  21-23
    2.3.2 多径误差的产生  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章多径对接收机的影响及多径抑制技术研究  25-40
  3.1 GPS 接收机跟踪环路  25-28
    3.1.1 码跟踪环  25-27
    3.1.2 载波跟踪环  27-28
  3.2 多径对信号跟踪影响分析  28-33
    3.2.1 多径对码跟踪的影响  28-30
    3.2.2 多径对载波跟踪的影响  30-32
    3.2.3 综合多径误差  32-33
  3.3 环路多径抑制技术研究  33-39
    3.3.1 窄相关器  33-35
    3.3.2 双Δ鉴相器  35-36
    3.3.3 多径估计延迟锁定环  36-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章自适应多径抑制技术研究  40-56
  4.1 自适应滤波器基本原理  40-43
    4.1.1 自适应滤波器结构  40-41
    4.1.2 自适应滤波器算法  41-43
  4.2 自适应多径抑制技术设计  43-51
    4.2.1 自适应多径抑制技术总体设计  43-44
    4.2.2 自适应多径估计滤波器  44-49
    4.2.3 相关值分离器  49-50
    4.2.4 基于自适应多径抑制技术的跟踪环路设计  50-51
  4.3 多径抑制性能仿真与分析  51-55
    4.3.1 仿真信号参数设置  51-52
    4.3.2 性能仿真与分析  52-55
  4.4 本章小结  55-56
第5章多径抑制性能测试  56-68
  5.1 中频信号采集  56-57
  5.2 GPS 软件接收机  57-60
    5.2.1 GPS 信号捕获  58-59
    5.2.2 GPS 信号跟踪  59-60
  5.3 多径抑制性能测试  60-67
    5.3.1 仿真 GPS 信号测试及分析  60-62
    5.3.2 实际信号测试及分析  62-67
  5.4 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-73
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  73-74
致谢  74

GPS接收机自适应多径抑制技术研究

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