基于卫星导航接收机基带信号处理技术研究

竺宇昊

本文首先对卫星导航基本原理进行了简要介绍，并从接收机捕获算法角度出发，对卫星导航基础上的接收机基带信号处理技术展开了研究。

【关键词】卫星导航接收机 基带信号处理 技术

导航卫星系统在卫星导航当中具有不同忽视的重要作用，在对卫星导航信号进行接收的过程中，地面用户必须对卫星导航进行应用，在一整套处理措施的基础上，实现测速、定位等多种功能。而卫星导航接收机在整个过程中的功能至关重要，其主要有三部分组成，分别为信息处理、基带信号处理以及射频通道。其中位于中间位置的是基带信号处理，其运行中对整个系统功能的质量具有直接的影响，在这种情况下，积极加强基于卫星导航接收机基带信号处理技术研究具有重要意义。

1 卫星导航基本原理

卫星导航在对用户位置进行确定的过程中，首先需要对接收机与导航卫星之间的距离进行确定。P是二者之间的距离，接收机能够对其进行接收，ing对卫星导航信号进行跟踪，信号传输的时间t可以被测量，卫星导航的具体实现需要应用光速c来乘以t。卫星导航实际运行过程总，测量出来的用户位置通常以三维的形式表现，通常情况下，对其进行表示的过程中需要利用（xu，yu，zu），在对一维和二维位置进行确定过程中应用的方式，对三维方式同样适用。

由于（xu，yu，zu）是代表三维位置的，因此计算过程中拥有未知数三个，这就需要对四个距离的方程进行，本文在展开研究的过程中，假设偏差不存在于卫星系统和接收机两个时钟之间，此时在进行技术的过程中，只要同时对四颗星进行跟踪即可。实际生活中，地面或离地面很近的地方是用户接收机所处的位置，因此应用四组方程可以获得两组解，此时在对接收机位置进行确定的过程中，应当应用近地面的解。

卫星信号的捕获和接收是由接收机完成的，这一过程中可以对信号传输的时间进行确定，并可以对伪距进行计算。当导航数据帧被接收机接受，卫星轨道信息的确定需要解帧，而这一过程中还能够对卫星现阶段所处的位置进行计算，从而确定自身位置。在这种情况下，设计接收机过程中，最重要的模块就是跟踪和捕获模块。

2 接收机捕获算法

2.1 循环相关捕获算法

循环相关捕获法在应用过程中，是建立在FFT基础之上的，这一过程中对周期性在伪码中的体现进行了利用，同时还结合应用了循环卷积原理，促使并行搜索可以在伪码相位中得以实现，提升了捕获的速度。

循环相关捕获算法实施过程中，对应频域在时域卷积中的乘积进行了应用，并假设对中频信号进行输入后可以经过载波剥离，即：SI（t）=p（t）cos（wt）、SQ（t）=p（t）sin（wt）。

由此可知，卷积表达式同以上乘积的结果类似，在对卷积定理进行应用的过程中，频域相乘对应时域卷积，因此在对积分进行计算的过程中，首先应当对DFT变换在SI（t）、SQ（t）以及PL（t）中的体现进行计算，促使频域乘积计算来替代时域卷积计算，并将其结果应用IDFT进行转变，促使时域积分结果得以实现。例如，针对一号卫星在GPS中的体现，如果对其数据跳变以及载波多普勒产生的影响进行忽略，那么将噪声在伪码中进行输入，则可以得到-17dB的信噪比和频率采样40MHz。如果FFT变化为40000点，那么循环相关结果可以在Matlab仿真的基础上得以体现。

FFT算法在循环相关算法中的应用，能够促使运算量极大的降低，并在IFFT的作用下，有效对比门限值同输出结果之间的差异，提升捕获功能的速度。针对FPGA来讲，为了将采样率进行降低，可以应用抽取滤波的方式，促使数据量有效减少，并保证资源消耗在FPGA当中有效降低。实现系统的过程中，FFT模块必须存在于每一个系统当中，在对时分复用进行应用时，可以促使3次FFT计算在算法流程中得以完成，促使FFT模块应用的次数减少，促使占用比率在存储器以及逻辑资源中得以明显降低，提升算法实现的可能性。

2.2 结果显示

GPS和GLONASS在接收机软件中的应用，能够促使双系统同时捕获得以实现，在对循环相关标识进行中断查询的过程中，需要对DSP进行应用，循环相关算法逻辑模块存在于FPGA内部，对其的控制可以通过读写操作来实现。在显示界面对捕获结果进行显示的过程中，串口的应用能够促使结果一秒钟更新一次，从而实现实时更新的功能。

GLONASS系统在对测试结果进行捕获的过程中，需要应用到十二个通道，现阶段捕获跟踪的相关卫星可以通过卫星号进行表示。一个频道号由两颗GLONASS卫星进行对应，因此在进行捕获的过程中，必须以频道号为主，无法对具体的卫星号进行确定卫星号的确定需要在对卫星帧数据进行接收以后才能够确定。在实际应用过程中，GLONASS系统仍然存在一定的缺陷，如较差的卫星覆盖能力等，在二十四小时中，能够产生较大变化的可见星数量，具有效统计显示，该系统运行过程中，最多一天中能够对九颗卫星进行捕获，而最少只能够对一颗卫星进行捕获，严重者甚至无法对一颗卫星进行捕获。

在长时间的检验过程中，循环相关算法的可行性以及科学性得到了证实，同时该算法应用过程中的具体参数也可以被有效确定，从长远的角度来看，拥有重要的应用价值。

3 结论

综上所述，近年来，人类文明不断进步，卫星导航的应用范围越来越广泛，我国在积极进行科学研究的过程中，必须增加对卫星导航领域的投入。在卫星导航系统当中，基带信号处理处于其中间环节位置，能够对卫星导航功能起到决定作用，在这种情况下，本文从接收机捕获算法角度出发，对卫星导航基础上的接收机基带信号处理技术展开了研究，希望对我国科技研究的进步起到促进作用。

参考文献

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作者单位

中国人民解放军61711部队 新疆维吾尔自治区喀什市 844000