【正文】 利用Matlab軟件搭建GPS仿真平臺。利用FFT相關法進行時間和頻率串行搜索。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。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。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。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。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。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。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。 可以采用兩種方法，以較高的測時精度來找出輸入信號中C/A碼的起始點。 本地產(chǎn)生的C/A碼看做即時碼。 C/A碼以5 MHz的頻率生成即時碼。 圖6－9示意了即時碼，數(shù)據(jù)點從1到5000，任意選擇平移兩個數(shù)據(jù)點，向前平移兩個數(shù)據(jù)點得到超前碼，即4999,5000,1,2,…,4998。 產(chǎn)生的這三個碼都與輸入信號進行相關運算。 將即時碼移動四個數(shù)據(jù)點產(chǎn)生附加的一個超前碼和滯后碼。 其完整的M程序代碼如下： %產(chǎn)生C/A碼的方法一%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%k1=2。 delay=5。 %定義參數(shù)k k2以及延遲%定義寄存器1～10的初始值都為1%通過循環(huán)產(chǎn)生長度為1024的MLS序列以及G2序列for j=1:1023。 %將10號寄存器的輸出作為 MLS 輸出 modulo=Reg(2)*Reg(3)*Reg(6)*Reg(8)*Reg(9)*Reg(10)。Reg(1)=modulo。 %將參數(shù)k1和k2所代表的寄存器模二相加后作為G2 輸出end%將G2與MLS進行延遲檢驗if MLS＝＝g2(［delay:1023 1:delay1］) disp(′OK′)elsedisp(′not match′)end%在G2序列中找出1并轉換為0， 找出1并轉換為1 ind1=find(g2＝＝1)。g2(ind1)=ones(1,length(ind1))。temp=g2(1:120)。Show(1)=temp(1)。%下面的循環(huán)是為了將結果顯示成方波形式for i=2:length(temp) if ((temp(i)＝=temp(i1))) x(P)=i1。 x(P+1)=i1+。 P=P+2。 x(P)=i。 endend%畫出仿真結果圖plot(x,Show)。 grid。仿真程序完整的M程序代碼如下： 程序代碼%產(chǎn)生C/A碼的方法二%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%本程序要求輸入衛(wèi)星的編號， 在圖410中顯示的是第4顆衛(wèi)星產(chǎn)生的C/A碼， 即輸入為4svnum=input(′enter the satellite number = ′)。6。8。18。140。254。256。258。470。 ...472。474。512。514。516。860。862］。 reg =1*ones(1,10)。slave1 = reg(3)*reg(10)。reg(1) = slave1。 %將1～10號寄存器的初始值設為1%將10號寄存器的輸出作為G2碼%并將 2寄存器輸出模二相加后反饋給1號寄存器for i = 1:1023,g2(i) = reg(10)。reg(1,2:10) = reg(1:1:9)。endg2tmp(1,1:g2shift)=g2(1,1023g2shift+1:1023)。g2 = g2tmp。 ca = ssca。ind2=find(ca==1)。ca(ind2)=zeros(1,length(ind2))。%下面的循環(huán)是為了將結果顯示成方波形式x(1)=0。P=2。 Show(P)=temp(i1)。 Show(P+1)=temp(i)。 else Show(P)=temp(i)。 P=P+1。axis(［0 length(x)+5 1 ］)。 模擬產(chǎn)生代碼波形圖24 第4顆衛(wèi)星產(chǎn)生的C/A碼3 GPS衛(wèi)星信號的捕獲 概述為了跟蹤和解碼GPS信號, 首先要捕獲到GPS信號。GPS衛(wèi)星處于高速運動中，因此，其頻率會產(chǎn)生多普勒頻移。10 kHz之內(nèi)。也就是說，捕獲過程就是要獲得輸入信號的C/A碼的起始點和載波頻率，然后傳遞給跟蹤過程。因此，為了保證捕獲電文中不含有數(shù)據(jù)偏移，需要用兩組連續(xù)的電文來捕獲， 這個電文最大長度是10 ms。 限制電文長度的第二個因素是C/A碼的多普勒效應。步進頻率的大小與捕獲中的電文長度緊密相關。解決信號周期和步進頻率問題的一個簡單方法是頻率相離與電文長度成反向關系。因此，實際捕獲時， 如果強調捕獲的速度的話，電文長度需保持在最小值。 GPS衛(wèi)星信號的捕獲方法 傳統(tǒng)捕獲方法捕獲的基本思想就是展開輸入信號，找到載波頻率。圖31中最上端是輸入信號，這個信號是C/A碼編碼的射頻信號相位。1之間。 圖31C/A編碼的輸入信號與本地C/A碼相乘 C/A碼數(shù)值分析一旦輸入變成連續(xù)信號，通過傅立葉變換可以知曉其頻率。高于這個門限的最高頻率分量就是我們要找的頻率。為了找到這個點，我們產(chǎn)生本地的一個C/A碼，將其數(shù)字化為5000個點，且與輸入信號點對點相乘，對此乘積的結果進行FFT或DFT，可以找到其頻率。 如果使用10 ms的電文，因為信號只需要卷積1 ms，因此需要5000次操作。 GPS衛(wèi)星信號捕獲的例子 程序中所用到的輸入電文在時域內(nèi)的情形如圖32所示。正如預料的， MHz，其頻譜形狀與射頻鏈的濾波器形狀相似，通過循環(huán)相關后如圖34所示， 其中給出了6號衛(wèi)星的C/A碼起始點，其起始點在2884。從圖36和37我們可以輕易地看出C/A碼的起始點和頻率。精頻還取決于在下變頻中用到的本地振蕩器的頻率精確性和采樣頻率的精確性。從圖中我們很難判斷C/A 碼的起始點和頻率是否為正確值，需要通過另外的相關運算才能找出它們圖36 24號衛(wèi)星的C/A碼起始點圖37 24號衛(wèi)星的展開信號的頻率分量 關于捕獲的一些子程序 隨機編碼過程仿真打開Matlab，新建一個MFile，輸入以下的文本，并調試運行。%該程序仿真產(chǎn)生三組偽隨機數(shù)， 模擬隨機編碼過程close all。clc。 %時間變量為1 s， 步長5 ms%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%x1=rand(1,length(t))。 　　%將x1數(shù)組中的元素轉換到與其最近的整數(shù)index1=find(x1==0)。 %返回一個index1長度的一維數(shù)組x2=rand(1,length(t))。index1=find(x2==0)。 x3=rand(1,length(t))。index1=find(x3==0)。 y1=zeros(1,1)。 y3=zeros(1,1)。 t2=zeros(1,1)。 %生成三個1*1的零矩陣，存放時間值%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%將生成的偽隨機值存放到對應的矩陣中%%%%%%y1(1)=x1(1)。 y3(1)=x3(1)。t2(1)=t(1)。k=2。n=2。 t1(k)=t(i)。 else y1(k)=x1(i1)。 t1(k)=t(i)。 %如果該時刻階躍變化， k=k+2。 t2(m)=t(i)。 else y2(m)=x2(i1)。 t2(m)=t(i)。 　m=m+2。 t3(n)=t(i)。 else y3(n)=x3(i1)。 t3(n)=t(i)。 n=n+2。plot(t1,y1,′y′)。axis(［1,1001,］)。plot(t2,y2,′y′)。axis(［1,1001,］)。plot(t3,y3,′y′)。axis(［1,1001,］)。%將三組偽隨機值存放到新矩陣并傳送到Workspace中， 方便以后調用數(shù)據(jù)%simin1=［t1。simin2=［t2。simin3=［t3。 輸入上面的文本后，運行得到如圖529所示的偽隨機碼。 圖 模擬三組偽隨機碼的仿真示意圖 獲取導航信息的仿真在這個仿真中，我們要得到衛(wèi)星的導航信息，其中忽略了頻率偏移，且衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)是基于前面章節(jié)中得到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。 clear。 %關閉所有指令窗close all。%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%SvNum=12。index1=find(Temp==0)。 %返回一個與index1相同長度的一維數(shù)組 SinWave=sin(［0:2*pi/8:2*pi*7/8］)。 %將SinWave矩陣轉換成單精度矩陣GpsMatch=zeros(1,1)。  　%生成一個5 ms的連續(xù)信號 for i=1:length(Temp) GpsMatch=［GpsMatch Temp(1,i)*SinWave］。 %生成本地匹配信號并去掉第一個元素n=length(GpsMatch)。for i=1:m Res(i)=GpsMatch*GPSsignal(1,i:i+n1)′。 %圖示卷積的幅值%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%Res2=abs(Res)。Res2(1,I)=0。end。m=1。 m=m+1。NavigationCode(1,1)=NavigationBit(1,1)。Count=0。 m=m+1。 else Count=Count+1。 m=m+1。 end endend %%%%%我們已得到導航碼NavigationCode,下面將它轉化成數(shù)字%%%%NavigationCode=NavigationCode./abs(NavigationCode)。NavigationCode(index1)=zeros(1,length(index1))。 　 0 0 0 1。 　0 0 1 1。 　0 1 0 1。 　　　　 0 1 1 1。 1 0 0 1。 1 0 1 1。 1 1 0 1。 1 1 1 1。 Result=″。 MatchTable=Table1(:,1:4)［TT。 TT。 TT。TT。 TT。 TT。TT。 TT。 MatchTable=sum(abs(MatchTable)′)。 BestMatch=find(MatchTable==min(MatchTable))。  case 2 