作者:
宋成
关键词:
GPS；A-GPS定位系统；微弱卫星信号；伪码相位；载波频偏；不确定度；捕获；平均捕获时间；差分检波；定位算法
摘要:
随着基于位置服务需求的日益增长,特别在城市、室内等微弱卫星信号环境中应用需求的扩展,一种更高性能卫星定位技术――辅助型GPS(A-GPS: Assisted-GPS)定位技术成为了导航领域研究的热点。A-GPS定位技术保留了传统GPS定位技术的大范围、全天候、连续、高精度的特点,而且与无线通信网络相结合,兼容了无线通信网络中各种优势,并将应用领域拓展到了传统GPS定位技术无法涉及的微弱信号环境中。论文从实际应用需求出发,考虑A-GPS接收机能够获取辅助信息(如接收机概略位置、卫星星历、星钟修正参数等)的特点,深入研究了制约A-GPS定位系统性能提升的一些关键技术,包括伪码相位及其不确定度估计、载波频偏及其不确定度估计、GPS接收机捕获算法、微弱信号环境下A-GPS定位算法等。 伪码相位及载波频偏不确定度是制约微弱信号环境下信号捕获性能的重要因素。受历书数据有效龄期影响,建立在历书数据推算基础上的传统方法只能粗略给出伪码相位和载波频偏不确定范围。本文全面分析了影响伪码相位和载波频偏的因素,针对A-GPS接收机能从辅助数据中获取有效星历的特点,提出了基于泰勒级数展开的伪码相位和载波频偏不确定度估计方法。实验及仿真结果表明,当接收机概略位置误差为100km时,充分压缩捕获信号搜索空间后,其搜索单元数目与未压缩搜索空间时相比缩小了25倍,有效的减少了信号捕获时间。 捕获算法设计是接收机中的一个重要环节,其优化目标是在保证性能的前提下尽可能减少平均捕获时间。论文分析了基于平方律检波的FFT频域相关捕获模型,建立了以平均捕获时间最小为准则的优化目标函数,对虚警概率给定与未给定两种情况下捕获系统参数进行了优化设计。首次解析推导了载波频偏下基于降采样实差分检波和标准实差分检波的捕获算法统计性能公式,以平均捕获时间最小为准则分析了检波器性能;经比较表明,标准实差分检波器和平方律检波器性能均优于降采样实差分检波器;而标准实差分检波器在频率不确定度较小时性能略优于平方律检波器。 当接收卫星信号极为微弱时,接收机仅能测量其伪码相位,而无法获取完整伪距。论文针对全部或部分接收信号极为微弱的情况,分别提出了基于伪码相位测量的A-GPS定位算法和基于伪码相位/伪距组合的A-GPS定位算法,突破了典型算法(Lambda定位算法)要求用户初始位置误差在150km以内的限制,仿真结果表明,提出的A-GPS定位算法解算的位置精度与传统GPS定位算法(能获取四颗以上观测卫星伪距值)相当。 本文的研究成果可直接应用或借鉴到我国的北斗卫星导航系统中。
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