基于软件的GPS接收机本地系统

每个频点都需要1 023个码相位的搜索，则最差捕获时间约为21 s，即

　　2.3跟踪模块

跟踪模块的功能是：实现本地C／A码相位和载波的频率、相位与输入信号的C／A码相位和载波的嘲率、相位同步，输出I路中路积分信号供解码基带报文信号。算法思路如下。将码跟踪与载波跟踪视为独翻的两个过程。码跟踪使用超前延迟环反馈控制C／A码发生器调整码的相位。其中超前路(E)、中路(P)和延迟路(L)各相差半个码片，分别代表信号提前、准时和落后达到。经综合后，这些信号分别代表输入信号和一个本地码之间的相关性。具有最高相关值的信号被选中并保留下来，即当超前路的能量和延迟路的能量相同时可确定中路已与输入信号的码相位对齐。

载波跟踪是先使用FLL(锁频环)跟踪频率，待跟踪一段时间使频率抖动变小后，将锁定的频率送给PLL(锁相环)作为初始值，使用PLL对信号的相速度进行跟踪，经过一段时间跟踪稳定后，累积器的结果就可以用于解码基带电文数据。载波跟踪的I、Q路积分值使用中路的I、Q积分值。先将捕获得到的粗略频率作为FLL的初始值，使用I、Q积分值求得频率差来调整跟踪频率，待跟踪一段固定长时间可以确定频率已经很接近真实频率后，将锁定频率送给PLL作为初始值，使用PLL对信号的频率和相位进行追踪，待跟踪一段时间稳定后本地载波与输入信号的频率和相位将锁定，累积器的结果可以用于解码基带电文数据。综合码跟踪和载波跟踪的原理图见图3。

        
 
　　2.4导航电文解调、定位模块

为了解调出导航电文，需要进一步消除载波的相位误差。导航电文解调模块用以下算法消除误差，并由I′(k)给出当前导航电文的数据位。

式中：I(k)和Q(k)为I、Q分路的即时分支的第k次累加值；θk为载波相位误差估计值，θk=θk1-1+△k-1，且θ0=0，其中△θk为载波相位误差的估计残差，且△θk=sign(I′(K))Q′(k)。
3设计验证和仿真结果

为了验证设计模型，本文利用GPS信号模拟器产生的GPS中频信号作为输人信号，并在几个典型点上观察相应的模块输出波形。

信号模拟器可由MATLAB实现，并可对信号的信噪比、多普勒频率、码相位等参数进行调整。

本文使用的中频信号中心频率为16.8 MHz。仿真结果见图4 ～图6。

　　4结束语

本文用MATLAB软件实现GPS软件接收机的本地系统，并通过MATLAB软件对设计模块进行了验证。验证结果表明，该设计够实现对GPS信号的处理，包括信号捕获、码跟踪、载波跟踪和导航电文解调等功能，不仅为GPS软件接收机设计提供了基本的参考依据，还可作为各种新的GNSS高性能信号处理方法的设计、评估可视化研究平台。