卫星定位信号 基带处理core
……
位同步和BCH译码、加解密处理、数据预处理 解算预航迹处理 操作系统 ARM处理器
基于ASIC实现的基带处理S第OC五系版统卫星芯导片号航捕与获定位卫星导航信
通道16： 捕获 跟踪 伪距测量 基带信息 信噪比
卫星导航与定位
GPS接收机基本原理
• 软件接收机
天线
RF链
卫星导航与定位
第七讲：卫星导航信号的捕获
——各种捕获算法
卫星导航与定位
第七章：卫星导航信号的捕获
§7.1 导航接收机框架 §7.2 导航信号捕获原理 §7.3 导航信号捕获的基础理论 §7.4 导航信号的多普勒效应 §7.5 导航信号捕获的考虑 §7.6 导航信号的捕获方法 §7.7 导航信号频率的精确估计
输入信号
导航数据
x(t) A CA (t)D(t)
sin(2 f1t )
C A (t)D (t) sin ( )
y(t) D(t) sin()
本地载
本地 C/ A
第五版卫星波导复航与现定位卫星导航信 码复现
号捕获
卫星导航与定位
卫星导航信号的捕获原理
• 卫星导航接收机对导航空间信号的捕获过程要 完成两个参量的捕获：码相位、载波频率。
• 定位基带处理包括定位解算、位置信息滤波、信 息格式处理，以及后端应用核解决方案的底层软 件开发等，通常由SOC处理器完成。
第五版卫星导航与定位卫星导航信 号捕获
卫星导航与定位
GPS接收机基本原理
LNA
射频 处理
中频 处理
AGC
ADC
通道1： 捕获 跟踪 伪距测量 基带信息 信噪比
通道2： 捕获 跟踪 伪距测量 基带信息 信噪比
第五版卫星导航与定位卫星导航信 号捕获
卫星导航与定位
卫星导航信号的捕获原理
第五版卫星导航与定位卫星导航信 号捕获
卫星导航与定位
3、GPS卫星信号捕获的相关理论 1）扩频通信
• 扩展频谱通信Spread Spectrum Communication 简称扩频通信，其特点是传输信息所用的带宽远 大于信息本身带宽。
第五版卫星导航与定位卫星导航信 号捕获
卫星导航与定位
卫星导航信号的捕获原理
• 捕获与跟踪过程所用到的数据都是从原始的卫星 信号经过下变频器（即与中频混频）之后收集到 的，其中频（IF）频率为 fIF , 采样频率 fs（比如 为5 MHz）的数字信号。
载波波形
×
+1
-1
数据
+ MOD 2
+1
扩频码
-1
第五版卫星导航与定位卫星导航信 号捕获
DSSS 调制后波形
卫星导航与定位
卫星导航信号的捕获原理
• 一旦捕获到GPS信号，立刻去测量两个重要参数：
C/A码的起始点和载波频率（因为多普勒频移而
变化）。捕获过程就是要找到C/A码的起始点， 并利用找到的起始点展开C/A码频谱，一旦复现 了C/A码的频谱， 输出信号将变成连续波CWContinuous Wave。
第一：码相位搜索，当C/A码相位对齐时， 码相关器有一个大的自相关值。
第五版卫星导航与定位卫星导航信 号捕获
卫星导航与定位
卫星导航信号的捕获原理
第二：载波频率搜索，所以搜索过程是一个 二维搜索。当CA相位对准时，剥离CA码后在 一个数据内是CW信号（20ms），因此在频域 上有一个大的分量；
• 所以搜索过程是一个二维搜索。
/
NO
DSSS 扩频
RCHIP
SI / N
RDATA
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卫星导航与定位
扩频增益
• 对于GPS系统，数据流50bit/s，扩频后CHIP速率 为1.023Mbit/s，理论上扩频的处理增益为： G 1023000 / 50 20460倍 46dB – 实际接收机能达到40dB左右！
第五版卫星导航与定位卫星导航信 号捕获
卫星导航与定位
3）扩频码
• 什么样的码序列作为扩频码? —伪随机码！ • 伪随机码最重要的特性是具有近似于随机信号的
性能。因为噪声具有完全的随机性，也可以说具 有近似于噪声的性能。 – 实际产生一种周期性的脉冲信号来近似随机
噪声的性能，故称为伪随机码或PN码； – 常用M序列或GOLD码。
第五版航与定位
扩频码
• 白噪声的相关性：
r( )
w(t
)w(t)dt
0
( ) 0
模/数转换 器（ADC)
基带信号处理
捕获
跟踪
子帧识别 导航解算
硬件（RF前端 ）
软件（基带信号处理 、导航解算 ）
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卫星导航与定位
2、卫星导航信号的捕获原理
• 为了解码GPS信号, 首先要捕获到GPS信号。将捕 获到的GPS信号的参数立刻传递给跟踪过程，再 通过跟踪过程便可得到卫星的导航电文。
• 扩频通信技术的基本特性： – 抗干扰性能好； – 单位带宽上的功率小，隐蔽性强、干扰小； – 易于实现码分多址。
第五版卫星导航与定位卫星导航信 号捕获
卫星导航与定位
扩频通信 — 扩展频谱与解扩过程
第五版卫星导航与定位卫星导航信 号捕获
卫星导航与定位
扩频通信-直接序列扩频
• 扩频通信可以获得较高的抗干扰和抗阻塞特性， 即对于窄带干扰有抑制作用。
第五版卫星导航与定位卫星导航信 号捕获
卫星导航与定位
1、GPS接收机基本框架
• GPS接收机包括天线、射频接收处理通道、自适 应量化的高速ADC、数字基带处理几个部分。其 中，GPS数字处理完成导航定位信号的基带处理 和定位应用处理。
• 导航信号的基带处理包括导航信号捕获、跟踪、 伪导航信号拾取和解码，以及伪距测量等。
• GPS卫星处于高速运动中，因此，其导航信号会 产生多普勒频移。为覆盖高速卫星预期中的所有 多普勒频率范围，捕获方法覆盖的频率范围必须 在±10 kHz之内。
• GPS导航信号到达用户位置较微弱，因此通过扩 频处理，接收信号时需要进行相关获得扩频增益， 因此需要搜索卫星的扩频码，即测距码CA码的 起始位置（又称为CA码相位）。
第五版卫星导航与定位卫星导航信 号捕获
卫星导航与定位
2）扩频增益
• 扩频通信可以获得较高的抗干扰和抗阻塞特性， 即对于窄带干扰有抑制作用。
第五版卫星导航与定位卫星导航信 号捕获
卫星导航与定位
扩频增益
• 扩频增益：又称为处理增益，定义为接收机相关
器输出信噪比和接收机相关器的输入信噪比之比，
即：
G
SO