GNSS软件接收机算法设计与仿真测试

从GNSS(global navigation satellite system)软件接收机的总体结构出发,阐述了GNSS软件接收机基本原理,设计了GNSS软件接收机的信号相关器及其工作流程,介绍了基于FFT的码并行搜索策略,在信号跟踪中详细给出了载波环路中的鉴相器和鉴频器设计。对于导航定位解算,讨论了各项误差的处理方法,包括钟差和简化的等效对流层误差模型,并给出了最小二乘法的具体实现步骤。仿真结果表明,软件接收机中采用伪码并行捕获方法、DLL环与FLL环辅助下的PLL环路算法可获得良好的效果。在考虑星钟误差、对流层误差、电离层误差和地球自转引起的偏差等误差源的条件下,最小二乘法解算的单点定位结果满足要求。

GNSS软件无线电接收机及典型案例

介绍了GNSS软件无线电接收机和它与传统接收机相比的优缺点,并引述了典型的GNSS软件接收机及其应用。

星载GNSS信号接收机的研制思考

星载GNSS信号接收机能够为在轨航天器提供稳定、高精度的七维状态参数测量,具有广泛的工程实用价值,但需要解决下述研制问题:1细致分析系统间的差异,处理好不同的导航信号之间、时间系统之间和坐标系统之间的差别;2提取卫星导航信号之间的结合点,寻求接收机的公共频率源;3研发内置机内定位星座优选软件,获取较小GDOP值,提高七维状态参数测量精度;4研发星载GNSS信号软件接收机,节省星载硬件设备。

GNSS信号接收机软件化的实现方法——GNSS导航信号的收发问题之十五

基于软件无线电技术的GNSS信号软件接收机,是近年来GNSS技术研究的一个热点,也是GNSS用户设备的一个重要发展方向。本文综析了GNSS信号软件接收机的四大优点,以及研发GNSS信号软件接收机的关键技术,并用我们研发的GPS软件相关器模拟平台给出了仿真结果。

GNSS信号模拟器通道群时延标定方法

传统的全球导航卫星系统(GNSS)信号模拟器通道群时延标定方法有相位翻转点法和相关峰法两种,两者均在零伪距或固定伪距的特殊仿真场景下进行测量,且在通道传输特性非理想的情况下测得的群时延均存在偏差.提出了基于闭环伪距测量的模拟器通道群时延标定方法,并设计实现了GNSS信号模拟器通道群时延标定系统.首先,采用高速直接射频采样存储系统对模拟器正常星座动态仿真场景下输出的导航信号和秒脉冲(1 PPS)信号同时进行记录.其次,使用软件接收机对信号进行捕获跟踪,利用三次样条插值判定1 PPS上升沿位置作为伪距观测历元时刻,对软件接收机的伪距观测量和模拟器仿真的伪距记录值做数据比对,得到模拟器的群时延标定值.最后,分别利用上述方法对两种商用模拟器的群时延进行了标定,实验结果表明,闭环伪距测量法有效可行,测量不确定度优于0.7 ns.

基于CUDA的宽带GNSS接收机信号处理加速技术

现有的实时GNSS软件接收机不能满足干扰监测型接收机的带宽需求。CPU计算能力不能满足宽带软件接收机的实时计算需求,提出了利用GPU加速接收机的实现方法。通过分析基带信号处理模块的各个子模块的计算量,对计算量大的模块用GPU进行合理的优化,提升了基带信号处理能力。将结果与CPU软件接收机的结果进行了对比,发现信号处理时间大幅度减少,满足了实时性的要求。此外,提出了GPU编程方面的一般性建议,有利于提高信号处理速度。

基于嵌入式GPU的三天线GNSS基带信号处理加速技术

GNSS软件接收机因其可移植性及灵活性等优点,持续受到业内关注。但传统的软件接收机存在计算量大、耗时长的捕获和跟踪基带信号处理过程,使得软件接收机往往跟踪通道较少,且难以在嵌入式系统上运行。利用嵌入式图形处理器(GPU)的高浮点性能和并行运算能力,对GNSS软件接收机中耗时长且并行性明显的模块进行加速,实现采用CUDA流的数据读取,以及多采样点并行的捕获和多采样点、多卫星并行的跟踪。采用嵌入式GPU进行加速后,可将数据读取速度提高3.43倍,卫星搜捕速度提高16.83倍,卫星跟踪速度提高11.28倍。实验结果表明,在嵌入式Jetson TX2平台上可以支持超过90个62MHz采样的GNSS卫星信号处理。研制了三天线GNSS信号的定位和测姿接收机,为未来小型嵌入式PNT系统的研制提供新思路。

不同参数下GNSS软件接收机跟踪环性能分析

针对用户接收机实际跟踪卫星信号过程中跟踪环路参数设置模糊性问题,着重分析了GNSS(Global Navigation Satellite Sys—tem)接收机跟踪环路参数设计的范围,然后通过Matlab仿真环境对不同环路参数下卫星信号跟踪效果进行了仿真,得出了接收机环路参数的经典取值(阻尼系数ξ=0.707,环路带宽BL=25 Hz),最后通过软件接收机实验平台对实际采集到的卫星中频信号进行了跟踪验证,实验结果证明了跟踪环路参数选择的有效性。

基于软件无线电架构的多模导航SoC芯片设计

当前多个全球卫星导航系统(GNSS)信号的频率及体制不同,传统的基于超外差或低中频架构的无线接收机需要在模拟域通过复杂的模拟电路进行下变频、滤波、放大、模数转换等信号处理,且需要多个模拟通道来处理多模信号,这给多模导航一体化SoC芯片的设计带来了极大的挑战。针对上述情况,文中基于模拟最小化、数字最大化的思想,通过芯片内部集成高增益射频放大器、低功耗的高速模数转换器、低抖动的时钟锁相环以及数字信号处理的基带处理及CPU电路,创新性地提出一种基于软件无线电架构的多模导航SoC芯片。然后,进行55 nm CMOS工艺电路设计、版图设计、仿真及硅流片验证。测试结果表明,文中的SoC芯片具备多模导航功能,定位精度可达到2.5 m,授时精度为55.9 ns,测速精度为0.06 m/s,功耗为81 mW,芯片面积大小为6 230μm×4 480μm。所提出的多模导航SoC芯片与市场主流产品性能相当,可满足导航系统需求。

GNSS软件接收机的实现与测试分析

从GNSS软件接收机的基本原理出发,阐述了GNSS软件接收机的基本组成及优点,重点介绍了信号处理模块中的捕获策略、跟踪方案以及误差模型的实现方法。为了测试核心模块设计的正确性与有效性,进行了真实采集信号捕获与跟踪结果的验证以及定位精度测试。结果表明,接收机的信号捕获策略、跟踪方案以及导航解算算法正确,可实现单点静态定位,且在GDOP值小于4的情况下定位精度优于10 m,具有良好的灵活性和可扩展性。