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GPS接收机介绍 （V1.0） xxxx电子有限公司 技术文档 2008-11-10  版本说明 版本号 修改日期 修改说明 V1.0 2008-11-10 初稿  目 录 1 GPS系统概述 1 1.1系统组成 1 1.1.1 空间卫星部分 1 1.1.2 地面控制部分 3 1.1.3用户接收机部分 4 1.2 定位基本原理 5 1.3 卫星信号组成及特性 6 1.3.1卫星信号组成 6 1.3.2 扩频码特性 7 1.4多普勒效应 9 2 GPS接收机的基本结构 11 2.1 GPS接收机总体架构 11 2.2射频前端 11 2.3数字基带 13 2.4 导航数据解算 14 3提高GPS接收机捕获灵敏度的基带处理方法 17 3.1 GPS接收模块的灵敏度性能 17 3.2 基带算法对捕获灵敏度性能的影响 18 3.2.1一般的GPS信号捕获 18 3.2.2捕获灵敏度性能分析 21 3.3 高灵敏度的捕获算法 22 3.3.1增加积分累加时间的方式 23 3.3.2算法的特点及应用 25 3.3.3 适用于高灵敏度捕获的积分累积方式 27 3.4 高灵敏度的捕获算法设计 29 3.4.1难点 29 3.4.2考虑因素 30 3.5参考文献 30 4高灵敏度GPS接收机捕获算法实现 32 4.1 时域串行捕获方法 36 4.2 串行捕获方法在高灵敏应用的局限性 37 4.3 快速捕获实现方法 37 4.3.1 时域并行捕获 37 4.3.2 频域并行捕获 41 4.4 小结 44 5码跟踪环 46 5.1 延迟锁定环DLL基本原理 46 5.1.1 环路鉴相器 47 5.2基带延迟锁定跟踪环 48 5.2.1基本原理 48 5.2.2算法推导 49 5.3非相干延迟锁定跟踪环 54 5.3.1基本原理 54 5.3.2算法推导 55 5.4双抖动超前滞后非相干跟踪环 59 6载波跟踪 60 6.1解调的相关概念 60 6.1.1调制与解调 60 6.1.2为何要调制解调 60 6.1.3调制解调分类 61 6.1.4解调 61 6.2 锁相环 63 6.2.1锁相环的概念 64 6.2.2鉴相器 65 6.2.3环路滤波器 67 6.2.4数字控制振荡器(NCO) 71 6.2.5锁相环锁定状态的性能 72 6.2.6未锁定状态下的锁相环性能 75 6.2.7 COSTAS环 78 6.3 载波信号跟踪 85 6.3.1跟踪原理 85 6.3.2跟踪参数选择 86 6.3.3弱信号跟踪参数设计 88 6.4参考文献 88 7导航数据处理及误差修正 89 7.1 导航电文解析 89 7.1.1 GPS导航数据介绍 89 7.1.2 第一数据块 90 7.1.3 第二数据块 93 7.1.4 第三数据块 95 7.2伪距测量 96 7.2.1 码相位测量法 97 7.2.2 载波相位测量 97 7.3 测量误差 98 7.3.1 卫星时钟偏差 98 7.3.2卫星轨道偏差 99 7.3.3 电离层延迟 100 7.4 定位精度评估 102 7.5参考文献 102 8 导航解算算法 104 8.1解算部分代码概述 104 8.1.1 数据处理部分 104 8.1.2 数据打包部分 105 8.2 导航解算算法分析 105 8.2.1 最小二乘法 105 8.2.2 野值判断并剔除野值 111 8.2.3 FIR滤波法 112 8.3 今后任务 113 8.4 附录 113 9 高灵敏度GPS接收机 116 9.1研究进展 116 9.2 灵敏度分析 117 9.3 UBX-G5010 GPS芯片介绍 118 1 GPS系统概述 全球定位系统(GPS)是英文Global Positioning System的简称含义是利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。它是由美国国防部主导开发的一套具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航定位系统。GPS用户部分的核心是GPS接收机主要由基带信号处理和导航解算部分组成。基带信号处理部分GPS卫星信号的二维搜索、捕获、跟踪、 图1.1 GPS系统组成 表1.1 GPS卫星轨道参数 1.1.2 地面控制部分 每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的，卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制，地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准----GPS时间系统。 地面监控部分由一个主控站，三个注入站和五个监测组成，工作程序为：由监测站连续接收GPS卫星信号，不断积累测距数据，并将这些测距数据以及气象数据、卫星状态数据等发送到主控站；主控站对测距数据