GPS卫星软件接收机算法研究(3)
星导航系统，它的出现和壮大将为GPS定位技术的进一步发展注入新的活力，是
卫星导航系统现代化的重要保障。另外，我国正在建设北斗卫星导航系统，GPS
软件接收机修改后便可以应用于北斗定位算法的验证和开发。因此，深入研究GPS
软件接收机对我国的卫星导航事业也具有促进作用。
在电子信息领域内数字化、智能化、软件化和虚拟化等名词层出不穷。在卫
星导航接收机领域其软件化走向日益明显，使卫星导航接收机的概念不断扩充。
总之，卫星导航接收机技术在不断的更新中求得进步。卫星导航应用产业在技术
的进步中求得发展形成丰富多彩的产品，使人们的工作与生活更加多姿多彩[7]。
1.3总体方案设计及论文结构安排
本文以GPSL1载频C/A码为研究对象，介绍了GPS信号包含的主要内容，
对数字中频GPS信号的捕获和跟踪算法分别进行了讨论，建立了真实环境下GPS
数字中频信号的接受算法模型和仿真平台，为对GPS信号生成算法的深入研究奠
定基础。
论文主要内容及结构安排如下：
第一章：绪论，介绍GPS接收机研究背景，研究目的及意义和本文的总体方
案设计及结构安排。
第二章：对GPS系统构成，信号组成及信号生成原理进行简单的介绍。
第三章：对GPS接受机的捕获算法进行了研究。具体讨论了基于FFT的并行
码相位搜索捕获算法，并在Matlab环境下利用并行码相位搜索捕获算法对GPS
数字信号进行了捕获，同时进一步研究了在加噪声下的捕获情况。
第四章：对GPS接收机的跟踪模块进行了研究。讨论了二阶锁相环的基本原
理及GPS信号的码跟踪环和载波跟踪环。最后通过Matlab仿真验证了GPS接收机信
号跟踪算法的正确性。
最后对本文所做工作进行了总结，为后续研究奠定了基础并对今后工作进行了展望。2GPS信号概述
2.1GPS系统的组成
GPS系统主要由三大部分组成，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备
部分[4]2.1.1空间星座部分
1.GPS卫星星座的构成
全球定位系统的空间卫星星座由24(3颗备用卫星)颗卫星组成。卫星分布
在6个轨道面内，每个轨道上分布有4颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾
角约为550，各轨道平面升交点的赤经相差600。在相邻轨道上，卫星的升交距
相差300。轨道平均高度约为20200km，卫星运行周期为11小时58分。因此在
同一观测站上，每天出现的卫星分布图形相同，只是每天提前4分钟。每颗卫星
每天约有5个小时在地平线以上运行，同时位于地平线以上的卫星数目，随时间
和地点而异，但最少为4颗，最多可达11颗。
GPS卫星空间星座的分布保障了在地球上任何地点、任何时刻至少有4颗卫
星可供同时观测，而且卫星信号的传播和接收不受天气影响，因此，GPS是一种
全球性、全天候的连续实时定位系统。
空间部分的3颗备用卫星，可在必要时根据指令代替发生故障的卫星，这对
于保障GPS空间部分正常工作是极其重要的。
2.GPS卫星及其功能
GPS卫星的主体呈圆柱形，直径约为1.5m，重约774kg(包括310kg燃料)，
两侧设有两块双叶太阳能板，能自动对日定向，以保证卫星正常工作用电。
在每颗卫星上装有4台高精度原子钟（2台铷钟和两台铯钟），它是卫星的
核心设备，用来发射标准频率信号，并为GPS定位提供高精密的时间标准。
GPS卫星的基本功能是:
(1)接收和储存由地面监控站发出的导航信息，接收并执行监控站发出的控