弱信号条件下GPS接收机关键技术论述

褚秀春

摘要：本文从全球定位系统介绍、弱信号条件对于GPS工作有效开展的影响、对弱信号条件下GPS接收机关键技术开展研究的重要性三个方面概述主题出发，重点探讨了弱信号条件下GPS接收机具体的关键技术，包括弱信号捕获技术、互相关干扰抑制技术以及信号跟踪技术等，以期为相关的理论研究和具体的实践工作提供一定的借鉴。

关键词：弱信号 GPS接收机 关键技术

中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）06-0230-01

1 弱信号条件下GPS接收机关键技术概述

1.1 全球定位系统介绍

全球定位系统（GPS）是第二代卫星导航系统，是在二十世纪七十年代美国研制的全球卫星导航定位系统，主要包括空间段、地面控制段以及用户段。最初，全球定位系统主要应用于为美国的陆海空三军进行实时性、全天候的导航服务，进而开展情报收集以及应急通讯等活动。随着时间的推移，这项技术经历了近四十余年的发展，逐渐实现了在民用领域的广泛运用，形成了多领域、多用途、多机型的高新技术产业。

1.2 弱信号条件对于GPS工作有效开展的影响

卫星导航系统的工作环境包括室内、森林以及山谷、城市等。特别是对于普通的手持用户来说，市区的室内是主要的应用范围。在以上环境中，会出现GPS信号骤减的现象，有时甚至只有24dB/Hz。对于普通的商用型接收机来说，主要面向的信号强度是-130dBm。当信号质量的恶化程度远远超过常规接收机的工作范围内后，会对GPS定位导航工作产生严重的影响，甚至阻碍其正常运行。GPS接受设备在上述恶劣环境中，会出现应用情况不能完全协调用户需求的情况，对应用领域的拓展产生了严重的制约。

1.3 对弱信号条件下GPS接收机关键技术开展研究的重要性

中国是卫星导航产品消费的大国。仅仅从已经被广泛运用并且发展成熟的GPS方面来说，我国目前国内市场上较为常见的核心接收设备大部分都是从美国、日本等发达国家进口的。在我国国内厂家中很少见到有独立开发成功的先例，大部分都是以发达国家进口产品进行二次开发，产生新产品。除此之外，我国对于高灵敏度的接收机技术的研究更是起步较晚，发展尚未成熟。为了促进世界卫星导航产业的不断发展，提升我国自主研发水平，对于弱信号条件下GPS接收机关键技术的研究逐渐被提上日程。其中，在功率衰减严重、容易受到障碍物遮挡等影响的情况下，深入研究GPS信号接收处理技术，能够提升接收机在弱信号条件下导航定位功能的可靠稳定性。

2 弱信号条件下GPS接收机具体的关键技术研究

从我国目前的研究实践来看，弱信号环境条件下对于GPS接收机的关键技术主要包括高灵敏度GPS、射频识别、地图匹配以及伪卫星技术等。在其中，有一部分的解决方案的实质是利用较高的投入来实现接收机在复杂环境下对于微弱的GPS信号的跟踪，也有部分因为精度问题无法实现用户需求的达成。从目前的研究实践来看，弱信号捕获技术、互相关干扰抑制技术以及信号跟踪技术都是较为先进的关键技术，需要我们开展更为深入的研究和探讨。

2.1 弱信号捕获技术

因为噪声的功率要远远大于信号功率，所以对于利用码分多址技术进行频谱扩展的GPS信号来说，在进行捕获时，在高处理增益方面，要注意有效利用扩频带来的增益，还要长时间累积单次捕获结果。对能量进行累积，以此进行较高增益的获取，已经成为高灵敏度GPS信号处理技术利用的必然选择。在对弱信号进行捕获时，大部分都需要依靠FFT的频域并行方式开展。相干积分、半比特积分法、非相干积分法以及差分相干法都是较为常用的方式。这几种方法的运用的过程中能够实现较长时间的信号能量的累积。其中，相干积分法的特殊功能使其成为高灵敏度GPS信号捕获活动开展的基础，受到很多领域的广泛青睐。对于后续的改进方法来说，大多数都是对于相干积分法进行优化和改善，主要的研发重点在于电文数据位的翻转效应的解决上。

2.2 互相关干扰抑制技术

互相关干扰主要是CDMA系统中的多址干扰。GPS接收机在进行扩频信号的捕获时，需要运用相关的方法，实现相同码的自相关以及不同码的互相关。所以，在GPS接收机中，互相关的影响广泛存在，这是由GPS的C/A码不理想的自身结构造成的，不能够以噪声的形式进行处理。从目前来看，主流的互相关干扰抑制技术包括连续干扰消除法、子空间投影法以及并行干扰消除法等。首先，连续干扰消除法主要是指，在进行强信号的跟踪之后，估计强信号的幅度、相位以及频率等基本信息，进行强信号的重构，而后在原来的信号中进行消除，然后在这个基础上处理弱信号。这种方法需要进行大量存储单元的运用，以实现信号的存储。这项技术应该被广泛应用于伪卫星技术中。其次，是子空间投影法。主要是指，利用匹配信号检测器进行相关的设计工作，实现强信号到信号子空间的投影，进行所有互相关干扰的消除。但是这种技术中，因为频繁的矩阵求逆操作会实现大量时间的耗费，所以其实时性很差。

2.3 信号跟踪技术

在高动态环境中，解锁环技术以及卡尔曼滤波技术都能够实现与GPS的紧密结合，以此进行信号频率和相位急剧变化的预估和推断。而在弱信号环境下，跟踪技术实现了向高动态应用的借鉴。而在弱信号环境中，从有用信号功率下降中产生的最大干扰源，也就是热噪声方面来看，需要采用更加长的积累时间进行增益的获取。因为数据电文进行符号跳变的频率较高，而且无法进行较为科学合理的预测，所以，工作人员只能初步找出电文数据位边界，实现跨越数据位边界的有效避免，尽量减少错误解调结果的形成。在这个过程中，主要采用的方式是直方图法以及K-P法。

3 结语

对弱信号条件下GPS接收机关键技术开展更为深入的研究和探讨，具有很高的现实价值。

参考文献

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