Software Defined Receiver

Published: 2020-01-12 | Lastmod: 2020-01-30

GPS信号组成 #

载波

载波即为一个个正弦波，没有任何标记，作为信号的载体发射出去。

信号	特点
\(L_1\)	\(f_1=1575.42MHz=154f_0\)，\(\lambda_1 \approx 19.0cm\)
\(L_2\)	\(f_1=1227.60MHz=120f_0\)，\(\lambda_2 \approx 24.4cm\)

其中，\(f_0=10.23MHz\)为原子钟所提供的基准频率。

伪码

伪码：伪随机噪声码。对于某一颗卫星的伪码，与其他卫星的伪码互相关值为0；与自身伪码相位完全对齐时相关值为1，相位不对齐时为0。 与随机噪声的特点相似，故称为伪码。

信号	特点
\(C/A\)码	仅调制在\(L_1\)上，长度为1023个码片，每毫秒重复一周，码宽约293m，一个码片的时间内载波\(L_1\)重复1540周
\(P码\)	同时调制在\(L_1\)和\(L_2\)上，每7天重复一周，码宽约30m

数据码

数据码解译出来，即为导航星历，用于计算某一时刻卫星的位置。

信号	特点
1帧	1500比特组成，每帧30s，分成5子帧
1子帧	300比特组成，每子帧6s，分成10字
1字	30比特组成，每字0.6s，最高位比特先被发送，6比特的奇偶校验码结束。
1比特	每比特20ms，期间\(C/A\)码重复20个周期

跟踪环路 #

载波相位观测值

1. 数字中频信号\(s_{IF}(n)\)与载波环所复制的载波混频相乘，其中\(I\)支路为正弦波，\(Q\)支路为余弦波：得到\(i\)和\(q\)；
2. 与码环所复制的即时\(C/A\)码做相关运算：剥离\(C/A\)码信号，得到\(i_P\)和\(q_P\)；
3. 进行相干积分：滤除高频信号，得到\(I_P\)和\(Q_P\)信号；
4. 输入到载波环鉴别器，得到\(\phi_e\)或\(f_e\)，用于调整载波数控振荡器；
5. 输出观测量：多普勒频移、积分多普勒、载波相位测量值、导航电文数据比特。

码观测值

1. 数字中频信号\(s_{IF}(n)\)与载波环所复制的载波混频相乘，其中\(I\)支路为正弦波，\(Q\)支路为余弦波：得到\(i\)和\(q\)；
2. 与码环所复制的超前、滞后\(C/A\)码做相关运算：剥离\(C/A\)码信号，得到\(i_E\)、\(q_E\)、\(i_L\)、\(q_L\)；
3. 进行相干积分：滤除高频信号，得到\(I_E\)、\(Q_E\)、\(I_L\)、\(Q_L\)信号；
4. 输入到码环鉴别器，得到\(IQ\)支路的幅值\(E\)和\(L\)，并进行非相干积分，并得到\(\delta_cp\)，用于调整\(C/A\)码数控振荡器；
5. 输出观测量：码相位、伪距测量值。

基带数字信号处理 #

位同步

帧同步

奇偶校验与电文译码

测量值的生成

\[ t^{(s)}=TOW+(30w+b)\times 0.020+\left(c+\frac{CP}{1023}\right)\times 0.001\ (s) \\[2mm] \rho (t)=c\left(t_u(t)-t^{(s)}(t-\tau)\right) \]

信号捕获 #

二维搜索范围包括41个搜索频带和2046个搜索码带，搜索范围太大。 通过并行频率搜索、并行码相位搜索，可以大幅度提高搜索效率。利用傅里叶变换实现并行搜索。

并行频率搜索

并行码相位搜索

两个序列\(x(n)\)与\(y(n)\)在时域内做相关运算，相当于他们的离散傅里叶变换\(X(k)\)与\(Y(k)\)的共轭\(\overline{Y(k)}\)在频域内做乘积运算。 反过来，成绩\(X(k)\overline{Y(k)}\)的离散傅里叶反变换正好是接收机需要进行检测的在各个码相位处的相关值\(\mathcal{z}(n)\)。

学习资料 #

GNSS-SDRLIB

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