【正文】 湖北大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） MATLAB 仿真 GPS 的畢業(yè)論文設(shè)計開題報告 前言 全球定位系統(tǒng) (GPS)是新一代的精密衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。由于其全球性、全天候以及連續(xù)實時三維定位等特點，在軍事和民用領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展。近年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展， GPS 導航和定位技術(shù)已向高精度、高動態(tài)的方向發(fā)展。 GPS 衛(wèi)星接收機屬于衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)中的用戶設(shè)備，主要用于接收衛(wèi)星信號和電文，由無線電信號測定用戶至衛(wèi)星的距離，或多普勒頻移等觀測量；根據(jù)導航電文，計算觀測衛(wèi)星的位置和速度，根據(jù)觀測量和衛(wèi)星的位置、速度，解算出用戶的位置和速度。 目前，國內(nèi)大多 數(shù) GPS 接收機都是在國外定位模塊的基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，但是隨著GPS 定位廣泛的應用，要求我們?nèi)嫱笍氐匮芯?GPS 定位系統(tǒng)，為我國的定位導航應用作出貢獻。為了滿足更加高的定位要求，獲得更加高的可靠性，對 GPS 接收機來說，要能兼容各種定位導航系統(tǒng)而且考慮到算法改進的成本問題，相比較于現(xiàn)有的 GPS 接收機需要更換硬件設(shè)備， GPS 軟件接收機只需改動軟件，具有更強的靈活性和開放性。 本文所做的工作是利用 Matlab 軟件搭建 GPS 仿真平臺。本文闡述了 C\A碼的生成原理與 GPS 信號的生成原理，捕獲和跟蹤的原理， GPS 信號的 捕獲和跟蹤。利用 FFT 相關(guān)法進行時間和頻率串行搜索。然后，利用 MATLAB 仿真環(huán)境開發(fā)信號仿真平臺，并利用此仿真器實現(xiàn) GPS 信號的仿真，并對所提出的信號的捕獲和跟蹤算法進行了仿真。仿真結(jié)果表明，所做的仿真達到了預期設(shè)計的目標 ..??湖北大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 目錄 緒論 GPS 系統(tǒng)概述 課題意義及研究方向 論文內(nèi)容安排 第二章 GPS 的 C/A碼捕獲 介紹 C/A碼起始點的精確性 MATLAB 仿真 C/A碼的產(chǎn)生 . 1 最大長度序列 (MLS)和 G2 的輸出及其延遲時間的檢驗 C/A碼的產(chǎn)生 第三章 GPS 衛(wèi)星信號的捕獲 概述 衛(wèi)星信號捕獲的考慮 捕獲時的最大電文長度 捕獲中的頻率步長 GPS 衛(wèi)星信號的捕獲方法 傳統(tǒng)捕獲方法 GPS 衛(wèi)星信號捕獲的例子 關(guān)于捕獲的一些子程序 隨機編碼過程仿真 獲取導航信息的仿真 第四章 GPS 信號接收機仿真系統(tǒng)概述 GPS 信號接收機 GPS 信號接收機架構(gòu) GPS 信號接收機的工作原理 GPS 載波相位測 量定位 GPS 載波相位測量 波數(shù)和整周跳變 表 41 波數(shù)解算舉例 第五章 GPS 信號的跟蹤 目的 GPS 信號跟蹤 載波和碼元跟蹤 利用鎖相環(huán)跟蹤 GPS 信號 二階鎖相環(huán) 跟蹤過程的高測時精度 通過理想相關(guān)輸出獲得高測時精度 通過曲線擬合獲得高測時精度 第六章 GPS 衛(wèi)星導航數(shù)據(jù)定位 目的 湖北大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 幾何定位及架構(gòu) . 衛(wèi)星數(shù)據(jù) GPSsignal 衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析 衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析程序代碼 第七章 總結(jié)和展望 湖北大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 基于 METLAB 的 GPS 全球定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)仿真 摘 要 全球定位系統(tǒng) (GPS)是新一代的精密衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。由于其全球性、全天候以及連續(xù)實時三維定位等特點，在軍事和民用領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展。近年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展， GPS 導航和定位技術(shù)已向高精度、高動態(tài)的方向發(fā)展。 GPS 衛(wèi)星接收機屬于衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)中的用戶設(shè)備，主要用于接收衛(wèi)星信號和電文，由無線電信號測定用戶至衛(wèi)星的距離，或多普勒頻移等觀測量；根據(jù)導航電文，根據(jù)觀 測量和衛(wèi)星的位置、速度，解算出用戶的位置和速度。 本文所做的工作是利用 Matlab 軟件搭建 GPS 仿真平臺。本文闡述了 C\A碼的生成原理與 GPS 信號的生成原理，捕獲和跟蹤的原理， GPS 信號的捕獲和跟蹤。然后，利用 MATLAB仿真環(huán)境開發(fā)信號仿真平臺，并利用此仿真器實現(xiàn) GPS 信號的仿真，并對所提出的信號的捕獲和跟蹤算法進行了仿真。仿真結(jié)果表明，所做的仿真達到了預期設(shè)計的目標?? 【關(guān)鍵詞】 GPS 導航 定位 捕獲 跟蹤 MATLAB 仿真 湖北大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） Simulation of GPS global positioning system key techniques based on the METLAB Abstract Global positioning system (GPS) is a new generation of satellite navigation and positioning systems. Due to its global, aroundtheclock and continuous real time three dimensional positioning and so on, has been widely used in the field of development in military and civilian. In recent years, with the development of science and technology, GPS navigation and positioning technology to high precision, high dynamic development. GPS satellite receiver belonging to users of satellite navigation and positioning system devices, mainly used for reception of satellite signals and messages, determination of users by radio signals to a satellite distance, or Doppler shift measurements under navigation message, according to the measurements and satellite location, speed, and calculate the position and speed of the user. This work is done by the use of Matlab software to build GPS simulation platform. This article expounded the C\A principles of code generation and the generation of GPS signal theory, principles of acquisition and tracking, GPS signal acquisition and tracking. Then, using MATLAB simulation environment to develop signal simulation platform and simulation of GPS signal using the emulator, and on the proposed signal acquisition and tracking algorithms for the simulation. Simulation results show that the design of the simulation to achieve the desired goal…… 【 Key words】 GPS navigation Locate Capture Track MATLAB simulation 湖北大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 緒論 GPS目前處于良好的運行狀態(tài)，并滿足 20世紀 60年代所提出的最佳定位系統(tǒng)標準。這個系統(tǒng)向有適當接收設(shè)備的全球范圍內(nèi)的用戶提供精確、連續(xù)的三維位置和速度信息。 GPS也向全球廣播世界協(xié)調(diào)時（ UTC）。組成衛(wèi)星星座的 24顆衛(wèi)星被 安排在 6個軌道平面上，即每個平面上 4顆。一個分布在全世界的地面控制 /監(jiān)視網(wǎng)監(jiān)視著衛(wèi)星的運行狀態(tài)。衛(wèi)星用叫做碼分多址（ CDMA）的技術(shù)在兩個頻率上廣播測距碼和導航數(shù)據(jù)。 也就是說， 系統(tǒng)只使用兩個頻率， 稱為 L1（ MHz）和 L2( MHz)。 每顆衛(wèi)星都在這兩個頻率上發(fā)射，但所有的測距碼與其他衛(wèi)星所使用的不一樣。導航數(shù)據(jù)提供給接收機， 以確定衛(wèi)星在發(fā)射信號時的位置，而測距碼使用戶接收機能夠確定信號的傳輸延時，從而確定衛(wèi)星到用戶的距離。 這種技術(shù)要求用戶接收機也包含一個時鐘。利用這種 技術(shù)來測量接收機的三維位置時，要求測量接收機到 4顆衛(wèi)星的 TOA(信號到達時間 )距離，如果接收機時鐘已經(jīng)是與衛(wèi)星時鐘同步的，便需要 3個距離測量值。因此，為測量用戶的緯度、經(jīng)度、高度和接收機相對于內(nèi)在系統(tǒng)時的偏移，需要有 4個測量值。如果系統(tǒng)時或高度已準確獲知， 便只需要 4顆以下的衛(wèi)星。 GPS系統(tǒng)除定位服務外，同時也能利用 GPS衛(wèi)星具有的高穩(wěn)定性原子時鐘為用戶提供授時服務，由此用戶可以計算出自身的速度。 這些服務被稱為標準的 PVT（位置、速度、時間的英文縮寫）服務。 GPS提供兩種精度不同的 PVT測量： 標準定位 服務（ SPS）和精密定位服務（ PPS）。 SPS 是為民用服務的， 而 PPS 是為美國軍方用戶和特定的政府部門用戶服務的，兩者精度不同。 1 課題意義及研究方向 目前，國內(nèi)大多數(shù) GPS 接收機都是在國外定位模塊的基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，但是隨著GPS定位廣泛的應用，要求我們?nèi)嫱笍氐匮芯?GPS定位系統(tǒng)，為我國的定位導航應用作出貢獻。為了滿足更加高的定位要求，獲得更加高的可靠性，對 GPS接收機來說，要能兼容各種定位導航系統(tǒng)而且考慮到算法改進的成本問題，相比較于現(xiàn)有的 GPS接收機需要更換硬件設(shè)備， GPS軟件接收機只需改動軟 件，具有更強的靈活性和開放性。 航空領(lǐng)域的應用 GPS 在航空領(lǐng)域的應用推動著全球衛(wèi)星系統(tǒng) (GNSS)的發(fā)展， 它可以提供從航路直到精密飛行軌道階段（起飛、 降落）的引導。 空間運載引導 從 1992 年起， GPS 接收機便被用于 TOPEX/POSEIDON 衛(wèi)星上， 這種衛(wèi)星是用于研究海洋環(huán)境的。 海洋應用 商業(yè)和娛樂海事企業(yè)都已在利用 GNSS。從洋面旅行到內(nèi)河航路，尤其是艱險的水域，所有船舶的導航都得到了提高。 陸用 GPS 測繪行業(yè)依靠差分 GPS已經(jīng)獲得毫米 級的測量精度。鐵路部門利用類似的技術(shù)獲得相對于附近的鐵軌組的火車位置。 GPS是智能交通系統(tǒng) (ITS)的關(guān)鍵組成部分。 論文內(nèi)容安排 本文所做的工作是利用 Matlab 軟件搭建 GPS仿真平臺。本文闡述了 C\A碼的生成原理與 GPS信號的生成原理，捕獲和跟蹤的原理， GPS信號的捕獲和跟蹤。利用 FFT相關(guān)法進行時間和頻率串行搜索。然后，利用 MATLAB仿真環(huán)境開發(fā)信號仿真平臺，并利用此仿真器實現(xiàn) GPS信號的仿真，并對所提出的信號的捕獲和跟蹤算法進行了仿真。 湖北大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 GPS 的 C/A 碼捕獲 介紹 C/A 碼（ Coarse Acquisition Code）是用于粗測距和捕獲 GPS 衛(wèi)星信號的偽隨機碼。它是由兩個 10級反饋移位寄存器組合產(chǎn)生的，其產(chǎn)生原理如圖 21所示。 圖 21 C/A碼發(fā)生器 C/A 碼起始點的精確性 輸入信號以 5 MHz 的頻率數(shù)字化，或者說，每個數(shù)據(jù)點相隔 200 ns。這樣的時間分辨率，與之相應的距離分辨率大約是 60 m（ 3 108 200 109），這個數(shù)值對確定用戶位置來說不夠精確。由于 GPS信號與接收機數(shù)字時鐘不同步，所以某個特定數(shù)據(jù)點不可能完全匹配C/A碼起始點。在最壞 情況下，即 C/A碼的起始點落在兩個數(shù)據(jù)點中間， C/A碼的數(shù)字化起始點與真實值相差 100 ns。捕獲過程只能在數(shù)字頻率下測量出 C/A 碼起始點的精確性，而我們需要的是測得 C/A碼起始點極其精確。 傳統(tǒng)跟蹤環(huán)，本地生成 C/A碼每毫秒更新一次。更新的目的是生成 C/A碼來匹配輸入信號的 C/A 碼， 并且生成一個載波頻率來匹配輸入信號的載波頻率。這里僅討論 C/A 碼的匹配問題。例如，如果實際的 C/A碼的起始點準確落在兩個數(shù)據(jù)點之間，完全可以產(chǎn)生一個本地 C/A碼，準確地匹配這一點。但是，由于噪聲的影響，本地生成的 C/A碼只 能接近目標值，不會完全達到目標值。 在 BASS方法跟蹤過程中，本地產(chǎn)生的 C/A 碼是固定的，第一個數(shù)據(jù)點通常從 C/A碼的起始點開始，且這個碼元將一直使用。 在最糟情況下，本地產(chǎn)生的 C/A碼和數(shù)字輸入之間相差100 ns。 可以采用兩種方法，以較高的測時精度來找出