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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 卫星导航系统概述3

1.2.1 GPS3

1.2.2 俄罗斯GLONASS13

1.2.3 欧盟Galileo20

1.2.4 中国北斗双星导航定位系统30

1.3 GNSS软件接收机的研究背景与意义37

1.3.1 GNSS接收机的发展现状与趋势37

1.3.2 我国卫星导航定位系统建设和发展的现实需求39

1.3.3 研究的重要意义40

1.4 国内外卫星导航软件接收机研究概况42

1.5 本书的组织46

1.5.1 软件接收机数字处理实现技术比较分析46

1.5.2 本书研究的总体思路49

第2章 导航卫星的信号特性与中频信号数学模型52

2.1 GPS信号的特性52

2.1.1 频率和调制格式52

2.1.2 功率电平56

2.1.3 相关函数59

2.1.4 GPS信号的现代化61

2.2 GLONASS信号的特性65

2.3 Galileo信号的特性66

2.3.1 频率分配66

2.3.2 Galileo L1F 信号68

2.3.3 L1F信号与L1 C/A码信号的比较71

2.4 导航信号的发展规律与BOC调制研究73

2.5 GPS/Galileo L1中频信号的数学模型77

2.5.1 导航卫星发射的信号78

2.5.2 到达接收天线相位中心的 LOS 信号79

2.5.3 RF 前端 ADC 输出的数字化信号81

2.6 本章小结83

第3章 中频信号模拟器设计84

3.1 中频软件信号模拟器结构85

3.2 导航信号的传输误差模型87

3.2.1 卫星时钟误差仿真模型87

3.2.2 电离层误差仿真模型91

3.2.3 对流层误差仿真模型97

3.2.4 多径效应仿真模型100

3.2.5 噪声模型106

3.3 中频信号模拟器的实现107

3.3.1 可见卫星的确定108

3.3.2 信号传播时间的确定111

3.3.3 导航电文的产生113

3.4 本章小结120

第4章 软件接收机的信号高灵敏度捕获121

4.1 捕获技术概述123

4.1.1 二维搜索捕获123

4.1.2 串行搜索捕获策略127

4.2 软件接收机并行码相位搜索捕获策略128

4.3 微弱信号的捕获133

4.3.1 微弱信号的概念133

4.3.2 平方损耗分析134

4.3.3 新差分相干积累算法的提出与检测概率分析139

4.3.4 IDC算法与NCH的性能对比144

4.4 算法的实际捕获验证与精确频率估计150

4.4.1 IDCF高灵敏度捕获的完整结构150

4.4.2 算法的实际捕获验证152

4.4.3 精确频率估计154

4.5 本章小结156

第5章 软件接收机动态环境载波跟踪技术158

5.1 引言158

5.2 载波跟踪环路的数学模型159

5.2.1 Costas 环的数学结构159

5.2.2 环路的线性模型163

5.3 噪声对PLL鉴相器的影响分析166

5.3.1 鉴相器输出均值的解析表达式166

5.3.2 鉴相器输出特性验证169

5.3.3 鉴相器输出误差比较172

5.4 软件接收机动态环境下智能载波跟踪软环研究174

5.4.1 动态应力误差对环路滤波器的影响分析174

5.4.2 基于模糊逻辑的智能载波跟踪环路设计176

5.4.3 数字软件锁相环设计181

5.4.4 智能环路的动态条件测试184

5.5 本章小结190

第6章 软件接收机码跟踪与多径估计技术研究192

6.1 引言192

6.2 延迟锁定环的数学模型分析193

6.2.1 DLL的一般结构193

6.2.2 软件接收机中本地码的产生195

6.2.3 码鉴别器特性分析197

6.2.4 一种新的BOC调制信号的鉴别器算法201

6.3 多径对码跟踪环路的影响与多径消除技术对比分析206

6.3.1 多径干扰引入到码跟踪环的误差207

6.3.2 几种现有的抗多径方法对比分析209

6.4 一种新的基于有色噪声卡尔曼滤波的多径估计技术研究212

6.4.1 码的相干积分累加过程与多径估计212

6.4.2 最大似然多径估计模型213

6.4.3 有色噪声的卡尔曼滤波状态方程与观测方程215

6.4.4 有色噪声的卡尔曼滤波的递推公式217

6.4.5 算法的实际应用验证218

6.5 多径估计延迟锁定环设计224

6.6 本章小结225

第7章 实时单频GPS软件接收机信号处理技术研究227

7.1 引言227

7.2 基于FFT的软件接收机快速捕获技术研究229

7.2.1 快捕算法设计230

7.2.2 种新的精确码相位分析方法233

7.2.3 快捕算法运算量对比分析236

7.3 本地载波和码的表格设计239

7.4 基于SIMD指令的相干积分累加实时计算研究242

7.4.1 实时软件接收机跟踪环路结构与相干积分累加运算量分析242

7.4.2 SIMD技术与相干积分累加乘法计算指令优化244

7.4.3 基于流水线的程序优化与运算量分析248

7.4.4 相干积分累加整体运算量分析与验证250

7.5 实时单频GPS软件接收机实现与功能验证254

7.5.1 基于PC机的软件接收机整体实现考虑255

7.5.2 实时软件接收机的验证258

7.6 本章小结264

第8章 微弱GPS信号的跟踪与多址干扰抑制266

8.1 微弱GPS信号跟踪方法266

8.1.1 使用FFT进行载波跟踪267

8.1.2 载波辅助的码跟踪环268

8.1.3 改进的微弱信号载波跟踪方法271

8.2 几种跟踪算法的性能仿真及比较273

8.3 互相关干扰抑制技术研究279

8.3.1 常用的减轻互相关干扰的方法279

8.3.2 信号的性质281

8.3.3 Q路滤波法283

8.3.4 算法仿真验证286

参考文献289