高动态GPS信号快速捕获与跟踪技术研究

"这篇硕士学位论文主要探讨了动态GPS信号的快速捕获与跟踪技术，针对高动态环境下的GPS信号处理，旨在解决由于高动态引起的多普勒频移和伪码动态时延问题，以实现更高效、稳定的信号接收。作者杨明轩在导师张晓玲的指导下，对几种不同的捕获和跟踪算法进行了深入研究和仿真分析。" 在全球定位系统（GPS）中，C/A码是一种常用的伪随机噪声码，用于编码卫星发射的信号，以便接收机能够同步并解码信息。在高动态环境下，如快速移动的车辆或飞机上，GPS信号会受到显著的多普勒频移影响，导致伪码产生动态时延，这使得传统的捕获和跟踪方法面临挑战，可能导致载波和码跟踪环路失锁。 该论文首先详细介绍了C/A码的生成原理，并针对高动态条件下的特性，研究了几种不同的快速捕获方法，包括时域滑动相关捕获法、基于FFT（快速傅里叶变换）的并行捕获算法以及基于特征值的匹配滤波器捕获算法。通过仿真比较，发现时域滑动相关方法在高动态环境下并不适用，而FFT并行捕获和特征值匹配滤波器捕获算法则能有效地应用于快速捕获动态GPS信号，表现出优秀的性能。 此外，论文提出了一种基于特征值的匹配滤波器快速捕获算法，结合信号处理和模式识别的思想，建立了计算和选择特征值的理论基础。通过对这种新算法与FFT并行捕获算法进行仿真对比，证明了其在快速捕获性能上具有相似的优势，从而验证了该算法的有效性和实用性。 对于跟踪阶段，论文深入研究了载波和码跟踪环路的性能。锁频环用于测量本地载波频率与输入载波之间的频率差，保持频率跟踪，而锁相环则通过比较本地载波相位和输入载波相位差来保持相位跟踪。伪码跟踪主要采用延迟锁定环（DLL）的超前一滞后结构，载波跟踪则依赖于Costas环。 最后，通过Matlab进行的仿真验证了所提出的算法在实际应用中的正确性和有效性。这些研究成果对于改进高动态环境下的GPS接收机性能，尤其是缩短捕获时间、提高跟踪精度和增强系统的动态适应性具有重要意义。 关键词: GPS，C/A码，载波，捕获，跟踪