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上海交通大学
硕士学位论文
GPS软件接收机基带处理算法的研究和实现
姓名：王婵
申请学位级别：硕士
专业：电子与通信工程
指导教师：何迪
20081201
上海交通大学工学硕士学位论文 摘要
GPS 软件接收机基带处理算法的研究和实现

摘 要
GPS 软件接收机具有模块化、可编程，灵活性和适应性强等特点，
同时可兼容多种导航系统，近年来得到了长足的发展。通过软件接收机
的研究方式，使系统分析过程更加灵活有效，且对 GPS 接收机的分析方
法同样适合于其它卫星导航系统，可为研制我们国家自己的北斗导航系
统接收机提供理论参考和借鉴。
本论文主要完成了基于软件无线电的 GPS 接收机的研究与实现，重
点在于接收机基带信号处理算法的研究及改进和定位解算的软件实现。
本文首先介绍 GPS 系统构成及卫星信号的组成、调制方式，仿真实
现整个 GPS 系统，包括 GPS 信源、信道和软件接收机。接着，重点研究
了 GPS 软件接收机基带处理算法，包括 GPS 信号的捕获、跟踪，目的是
为得到 GPS 信号中的导航电文信息和 C/A 码相位、多普勒频率等观测量。
针对 GPS 信号 C/A 码的捕获，本文仿真实现时域滑动相关捕获和基
于 FFT 的频域捕获算法，比较两种算法的优劣，并提出了一种新的基于
直接相关值和 FFT 的快速捕获算法；对于微弱 GPS 信号的捕获，介绍了
基于累加模型的微弱信号捕获算法，并针对强信号干扰情况下微弱信号
的捕获，提出了一种新的基于逐级干扰对消的捕获算法。
GPS 信号的跟踪，包括载波跟踪环和伪码跟踪环两个模块，载波跟
踪环采用锁相环(PLL)，码跟踪环采用非相干延迟锁定环(DLL)，仿真实
现 GPS 信号的跟踪，从而实现了对导航电文及各观测量信息的提取。
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上海交通大学工学硕士学位论文 摘要
最后，研究 GPS 定位技术，根据提取到的导航电文信息，计算 GPS
卫星在轨的瞬时位置，同时结合相对伪距信息，进行伪距方程的求解，
从而实现用户接收机的定位。针对可见卫星多于 4 颗时的定位：仿真实
现最小二乘迭代算法；并提出一种新的寻找最佳的 4 颗卫星的定位方法。
本文针对 GPS 软件接收机当前的一些研究热点进行了研究，研究内
容主要包括：
1. 信号快速捕获：
GPS 信号 C/A 码捕获的二维搜索过程中，多普勒维利用多项式拟合
估计多普勒频移值，减少了载波多普勒频移的搜索范围。码相位维将直
接求相关值和利用 FFT/IFFT 变换相结合，用于确定相关峰值的码相位。
2. 微弱信号检测：
接收信号若包含强卫星干扰信号，会对微弱信号的捕获产生互相关
干扰，于是提出一种基于逐级干扰对消的捕获算法，依照卫星信号载噪
比，由大到小逐级进行捕获，且由卫星信号载噪比自适应调整累加时间，
在最短时间内实现信号的成功捕获。
3. 寻找定位最佳的 4 颗卫星：
如果 GPS 接收机跟踪到 4 颗以上卫星的信号，可以按照卫星的几何
分布，选择 4 颗位置最佳的卫星用于定位。由卫星构成的四面体，其体
积越大，定位精度越高。


关键词： GPS 软件接收机，基带信号处理，C/A 码，捕获，跟踪，定位