GPS 软件接收机关键技术研究及实现

GPS 软件接收机(Software Receiver，SR)和硬件接收机比较，所完成的功能相同，都能

进行定位、测速等，但实现的环境不同，

SR 是在 PC 机上完成，以软件的方式实现，这种软

件方式非常灵活，它能处理各种类型的硬件采集的数据。在不改变硬件的情况下就很容易验
证新的算法，这对研究强干扰信号、高动态跟踪等问题有很大意义，有利于节省开发成本，
加快算法推进。

GPS 软件接收机主要由基带信号处理和导航定位解算 2 个模块构成，基带信号处理包

含信号捕获、跟踪，导航定位解算模块包含星历计算、伪距计算、定位解算。其中，信号的快
速捕获、高动态信号的跟踪、高精度的定位等

i 部分是接收机中的关键技术。

文中以

SR 算法流程为主线，对接收机中的关键技术分别进行了研究：在信号的快速

捕获方面，设计了一种新的捕获方案，使得捕获速度快而且结果准确；在高动态信号的跟
踪方面，载波跟踪用三阶锁相环，码环采用二阶环，采用载波环辅助码跟踪环的方式，因
而可以减小码环带宽，提高跟踪精度；在高精度定位方面，详细推导了伪距的计算，同时
考虑精密伪距的影响，提高伪距测量精度；鉴于最小二乘法定位解算没有考虑载体运动模
型这种缺点，本文运用卡尔曼滤波埘定位结果进行处理，以获得高精度的结果，而且有效
地减小了定位方差。

1 SR 构成模块

SR 处理下变频之后的中频数字信号，对信号进行捕获、跟踪及数据解调等操作以实现

GPS 接收机的定位、授时、测速等功能。如图 1 所示，软件接收机处理的主要是下半部分。

2  基 带 数 字

信号处理

基带数字信

号处理由信号捕
获和跟踪两部分
构成，信号的捕
获是接收机实现
定位、测速等功能的第一步，用来确定接收到的信号中包含哪些颗卫星的信号，

C/A 码的起

始点和多普勒频移，为跟踪作必要的准备。信号跟踪是对捕获到的卫星信号进行多普勒频移
和

C/A 码相位的精准跟踪，是计算卫星星历、伪距等的前提。

由文献可知，由于接收机和卫星的相对运动，地面上静止的载体产生的多普勒频移在

-

5～5 kHz 之间，对于高速运动的载体如导弹，产生的多普勒频移在-10～10 kHz 之间。通常，
对于一般的运动载体，多普勒频移搜索范围设在

-7～7 kHz 比较合理，捕获时多普勒频移搜