室內(nèi)外無縫導(dǎo)航接收機(jī)載噪比估計與互相關(guān)干擾抑制.pdf

1、全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS)是目前為止最成功的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),其作為一種基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡墓ぞ?。由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制,GPS不能夠在隧道以及大型建筑物內(nèi)使用,因此室內(nèi)定位技術(shù)逐漸發(fā)展起來。此外GPS接收機(jī)作為系統(tǒng)的重要組成部分直接影響著GPS的服務(wù)性能,因此高性能GPS接收機(jī)的研制也是目前的研究熱點。
　　本文根據(jù)基于 GPS指紋節(jié)點的室內(nèi)外無縫定位技術(shù)中的所遇到

2、的問題,對GPS接收機(jī)中的C/N0估計算法以及互相關(guān)干擾消除算法進(jìn)行了研究。
　　首先,分析了GPS L1信號的結(jié)構(gòu)以及數(shù)學(xué)模型,并對C/A碼的產(chǎn)生進(jìn)行了研究。C/A碼為平衡GOLD碼,具有良好的自相關(guān)特性和較理想的互相關(guān)特性。接著介紹了GPS接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu),當(dāng)射頻前端采用I/Q下變頻混頻時,通過采用正交解調(diào)器可以得到等價于復(fù)數(shù)形式的中頻信號并進(jìn)行復(fù)數(shù)運算。另外詳細(xì)闡述了基于GPS指紋節(jié)點的室內(nèi)外無縫定位技術(shù)的基本原理、指紋節(jié)點

3、的結(jié)構(gòu)以及直接定位模式、基于傳播模型定位模式、基于Radio Map的定位模式等三種定位模式。
　　然后,根據(jù)基于GPS指紋節(jié)點的室內(nèi)外無縫定位技術(shù)中對信號強度估計的需求,分析了BM(Beaulieu’s Method)方法、SNV(Signal to Noise Variance)方法、高階矩方法、RSCN(Real Signal Complex Noise)方法以及 NWPR(Narrowband Wideband Power

4、 Ratio Method)方法等五種低復(fù)雜度C/N0估計算法的原理以及性能。其中BM方法與MM方法的穩(wěn)定性最好,幾乎不受環(huán)路的載波殘留相位噪聲影響,并且在C/N0較大時估計的值仍與理論值很接近;而當(dāng)環(huán)路的載波殘留相位噪聲功率較大時,SNV方法、RSCN方法及NWPR方法受影響較大,其中RSCN方法性能最差。但是當(dāng)接收的信號中含有其他衛(wèi)星信號時,NWPR的方法要比其他四種方法有效,但是其對數(shù)據(jù)比特翻轉(zhuǎn)敏感。
　　最后,針對GPS指

5、紋節(jié)點以及 GPS自身的互相關(guān)干擾問題,研究了基于子空間投影的互相關(guān)干擾抑制算法對其進(jìn)行抑制。對于互相關(guān)干擾抑制問題,弱衛(wèi)星信號為目標(biāo)信號,強衛(wèi)星信號為干擾信號。而基于子空間投影的互相關(guān)干擾抑制算法的本質(zhì)是利用估計的強信號參數(shù)重建強信號空間,并通過將接收信號在強信號空間的正交空間上進(jìn)行投影運算,以達(dá)到對強信號進(jìn)行抑制的目的。與直接干擾消除算法相比基于子空間投影的互相關(guān)干擾抑制算法不需估計強信號的幅度,當(dāng)只有I路信號時即采用實數(shù)運算時只需

6、估計強信號的多普勒頻移、載波初始相位、數(shù)據(jù)比特、C/A碼延時,當(dāng)存在I、Q兩路信號時即采用復(fù)數(shù)運算時強信號的載波初始相位也可忽略。當(dāng)強信號功率相近時,接收機(jī)只需一級互相關(guān)干擾抑制器,但是當(dāng)強信號功率相差較大時,則需要兩級互相關(guān)干擾抑制器。并且通過適當(dāng)?shù)倪x取每次投影運算的次數(shù),可使在每次投影運算時強信號不存在數(shù)據(jù)比特跳變,此時只需估計強信號的載波多普勒頻移和C/A碼延時,進(jìn)一步對基于子空間投影的互相關(guān)干擾抑制算法進(jìn)行了簡化。仿真結(jié)果證明了