GPS软件接收机的设计结构分析

GPS软件的设计和结构分析: 信息技术: 王桂约3179文字摘要: 与硬件实现的GPS相比，GPS软件有了很大的改进，充分发挥了GPS软件的灵活性. 软件. GPS软件接收机的发展和成熟将是GPS现代化的重要保证. 在介绍了GPS软件接收机的设计结构之后，与传统的接收机进行了比较分析，最后总结了GPS软件接收机的关键技术. 关键字: GPS，软件，结构，关键技术1. GPS系统概述，全球定位系统（以下简称GPS）是美国于1970年发的，历时20年，耗资200亿美元，已全面投入使用. 1994年完成具有海上gps系统结构分析，陆地和空中全向实时三维导航和定位功能的新一代卫星导航和定位系统. 随着GPS系统的飞速发展，已广泛应用于军事和民用领域的各个方面，并取得了巨大的成就. GPS是目前最先进，应用最广泛的卫星导航和定位系统，它已成为导航技术现代化的里程碑. 一: GPS系统组成全球定位系统由三部分组成: 太空卫星星座，地面控制/监视网络和用户接收设备. 这三个具有各自独立的功能和功能，但是它们是有机协调和不可或缺的系统.

星形星座由24颗卫星组成. 卫星位于6个地心轨道平面中，每个轨道有4个卫星. GPS卫星的额定轨道周期为11小时58分钟. 每个轨道接近一个圆，并沿赤道以60个间隔均匀分布，相对于赤道平面的倾斜角为55度. 轨道半径约为20200 km. 这个星座为全球用户提供24小时导航和时间确定功能. 地面控制/监视网络的责任是维护卫星并维持其正常功能. 包括将卫星保持在正确的轨道位置，并监视卫星子系统的健康状况. 用户接收设备通常指的是“ GPS”，它处理卫星发送的L波段信号以确定用户的位置，速度和时间信息. 用户接收设备通常包括5个主要单元: 天线，，处理器，输入/输出，I / O单元（如控制显示单元）和电源. 2GPSGPS是GPS用户的核心，通常由主机，天线，电源和数据处理软件等组成. 其主要功能是接收GPS卫星广播的导航信号，捕获并跟踪每个卫星的信号. ，从中解调卫星星历，星钟校正数等，通过测量本地C / A码和卫星信号C / A码之间的时间延迟来确定伪距测量值，并通过测量获得伪距载波频率变化和载波相位. 距离变化率和载波相位的观测值. 根据获取的数据，计算用户的三维位置，速度和时间信息，并将这些结果显示在屏幕上，这些结果也可以通过输出端口输出.

根据其用途，GPS接收机可以分为三种类型: 导航型，大地测量型和定时型GPS接收机. 根据接收机接收到的卫星信号和观测值，可以分为C / A码伪距接收机: C / A码，P码伪距接收机，C / A码伪距接收机，Ll载波相位接收机，C / A码伪距，P码伪距，L1载波相位，L2载波相位根据动态性能，它可以分为高动态，中动态和低动态GPS. 2. GPS软件的结构分析: 一: GPS软件的设计结构GPS软件由以下部分组成: 天线，硬件前端，存储器，信号处理部分，应用程序处理和用户界面. GPS软件的天线和硬件前端与传统GPS相同. GPS软件中需要有一个存储器. 对于后处理GPS软件，此存储器用于存储所有要处理的数据块；对于实时GPS软件，此内存用作前端硬件和数字信号处理之间的缓冲区. 大小决定了信号处理软件的响应时间. 信号处理部分的信号捕获，跟踪，解码，导航解决方案和应用处理均由软件完成. 应用程序处理功能部分控制信号处理以提供必要的测量值和系统数据，并使用这些测量值和系统数据来完成一个或多个GPS应用程序.

用户界面部分是与用户的交互界面. 在GPS前端设计中，除了采样定理外，GPS信号采样频率的选择还必须满足另一个重要条件，即采样频率不能为采样信号编码率（1.023MHz）的整数倍. C / A码，否则这将导致采样与C / A码率同步，即，当两组采样点的时间差小于单位采样时间时，将始终获得相同的采样数据被使用. 采样率是5.115MHzgps系统结构分析，相邻采样点之间的时间间隔是: 单位采样时间是195.5ns，第二组采样点相对于第一组采样点的移动小于一个单位采样时间. 可以看出，两组采样点最终将获得相同的采样数据. 这是由于采样频率和C / A代码同步所致. 由于两组采样数据相同，因此在信号处理中我们无法检测到两组采样时刻之间的时间差. 也就是说，在数字信号处理中获得的C / A起始点的初始相位的精确解的精度不高于195.5ns. 实际上，由于C / A码具有多普勒频率，因此采样频率不能为1.023MHz，不能为通过加或减C / A码多普勒频率而获得的频率值的整数倍. 实际选择采样频率时，请勿接近该频率值的整数倍，否则采样数据会更接近. 需要更长的数据来检测采样数据的时间差，这是不必要的.

2: GPS软件与传统的比较. 比较传统GPS接收机和GPS软件接收机的设计结构. 我们可以看到两个具有相同的结构: 1）使用的天线相同: 2）所有都必须具有前端设计； 3）信号处理部分具有相同的功能，都需要依靠处理器进行信号处理； 4）应用程序处理和用户界面部分相同. 这两个在结构上的主要区别是生成数字中频信号或通过软件实现对高频信号的直接采样后的信号处理，从而取代了使用专用硬件电路完成传统的传统. 数字频道设计方案. 该软件方法只能对数字块进行顺序处理，速度较慢，这削弱了传统信号对实时数字信号进行并行处理的优势，但充分发挥了软件方法的灵活性，这为接收机的发展开辟了一条新的道路. 随着处理器计算速度的不断提高，信号处理速度当然不会成为GPS软件接收机发展的障碍. 充分发挥软件方法的灵活性. 三，GPS软件接收机的关键技术GPS软件接收机的最明显的特点是数字信号产生后的信号处理工作采用软件方法，充分发挥了软件方法的灵活性. 因此，正在分析GPS软件接收机的关键技术. 时间主要集中在数字信号处理部分. GPS软件接收机的数字信号处理分为四项关键技术: 采集信号采集是对码相位，频率和卫星PRN码的三维搜索过程.

通过对卫星信号和本地信号执行相关计算来完成信号搜索. 在搜索过程中，将检查搜索到的卫星的移动本地代码和本地载波频率. 当本地码，本地载波频率和伪码对齐时，当随机码和载波频率对齐时，可以获得最大相关功率. 采集程序将判断相关功率并确定卫星信号是否存在. 如果存在卫星信号，则采集程序将输出卫星信号的代码相位和载波频率，这是跟踪环路初始化的条件. 二: 跟踪捕获后进入跟踪模式. 使用延迟锁定环（DLL，延迟锁定环）跟踪代码相位或代码频率，并使用锁相环（PLL，锁相环）或频率锁定环（FLL，频率锁环）跟踪载波相位或载波频率. 保持跟踪的条件: 跟踪循环输出导航数据以及准确的代码相位和载波频率. 根据准确的代码相位和载波频率，可以获得准确的伪距测量值和载波相位测量信息. 这两个信息用于后续定位求解. 三: 数据解码当跟踪环处于锁定状态时，可以对50Hz导航消息进行解码. 数据解调的过程是将跟踪循环输出的数据转换为导航数据，完成子帧匹配并在每个子帧中获取导航消息的过程. 四. 定位解决方案定位解决方案是根据卫星消息提供的准确星历来计算卫星的精确位置和速度，然后使用伪距或载波相位信息来计算用户的三维位置，速度和时间.

定位解决方案技术分为代码伪距静态绝对定位，代码伪距静态相对定位，相位伪距静态绝对定位，相位伪距静态相对定位，代码伪距动态绝对定位，相位伪距动态绝对定位，代码伪距动态相对定位和相位伪距动态相对定位. 参考文献[1]刘盾GPS软件接收机全球定位系统2003年[2]陈勇GPS GPS中频接收机同步的实现电子技术2006年[3]黄志伟GPS接收机电路设计北京国防工业出版社2005

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