[發(fā)明專利]基于GNU Radio的GPS軟件接收機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810440877.0
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN108732592B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設計）人: 陳顥偉;裴悅琨;裴騰達
• 申請（專利權(quán)）人: 大連大學
• 主分類號: G01S19/13
• 分類號: G01S19/13;G01S19/29;G01S19/30
• 代理公司: 大連八方知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21226
• 代理人: 衛(wèi)茂才

本發(fā)明涉及基于GNU Radio的GPS軟件接收機，屬于衛(wèi)星導航技術(shù)領域。本發(fā)明包括第一步：GPS天線模塊接收到GPS信號后，經(jīng)過低噪放大器與帶通濾波器輸出到射頻模塊；第二步：射頻模塊處理信號：根據(jù)奈奎斯特采樣定理，對GPS C/A帶寬的2倍進行帶通采樣，采樣后的信號進行A/D轉(zhuǎn)換后可以利用GNU Radio提供的USRP硬件驅(qū)動UHD將數(shù)據(jù)進行本地保存以進行后處理；本發(fā)明利用GNU Radio軟件架構(gòu)，采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷耄Y(jié)合GNU Radio提供的信號處理模塊，將信號的捕獲、跟蹤以及后續(xù)的導航解算在通用處理器上編程實現(xiàn)，使用GNU Radio提供的scheduler進行多線程調(diào)度管理實現(xiàn)多通道處理可以達到實時性能，并且相比于硬件接收機，可以進行算法升級，便于軟件開發(fā)，具有很大的靈活性與可擴展性。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及基于GNU Radio的GPS軟件接收機，屬于衛(wèi)星導航技術(shù)領域。

背景技術(shù)

GPS是美國全球定位導航系統(tǒng)，分布范圍廣，衛(wèi)星數(shù)目多，提供全球覆蓋、全天候的三維定位，是目前服務最完善定位系統(tǒng)。GNU Radio屬于開源軟件無線電軟件，提供大量但是信號處理模塊來實現(xiàn)軟件無線電應用，近年來，GNU Radio軟件無線電項目中有著廣泛的應用。

傳統(tǒng)的商用GPS接收機一般由四部分組成：GPS天線，射頻前端，相關器，微處理器。其中天線負責接收GPS信號，射頻前端負責將GPS信號轉(zhuǎn)換為低頻信號并進行A/D轉(zhuǎn)換，相關器負責信號的捕獲、跟蹤，并將偽碼、載波以及觀測值等傳遞給微處理器，屬于接收機的硬件部分，微處理器負責將導航解算，根據(jù)導航電文中的衛(wèi)星位置信息以及衛(wèi)星信號的發(fā)射時間與本地接收信號的時間，完成接收機的位置解算。硬件接收機的核心就是相關器，后續(xù)處理器的數(shù)據(jù)都是來自于相關器，一般的相關器都是GPS芯片。

傳統(tǒng)接收機基帶信號處理中出現(xiàn)的大量相關運算，特別是跟蹤過程的相關操作需要專用集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)來進行處理，相比于軟件來說成本高，并且相應芯片只能針對單一的頻段進行處理，難以擴展，不夠靈活。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于GNU Radio的GPS軟件接收機。本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

基于GNU Radio的GPS軟件接收機，包括如下步驟：

第一步：GPS天線模塊接收到GPS信號后，經(jīng)過低噪放大器與帶通濾波器輸出到射頻模塊；

第二步：射頻模塊處理信號：根據(jù)奈奎斯特采樣定理，對GPS C/A帶寬的2倍進行帶通采樣，采樣后的信號進行A/D轉(zhuǎn)換后可以利用GNU Radio提供的USRP硬件驅(qū)動UHD將數(shù)據(jù)進行本地保存以進行后處理，也可以根據(jù)采樣流進行實時處理；

第三步：基帶信號處理：采集的信號中需要判斷哪些是衛(wèi)星信號，需要先經(jīng)過捕獲，得到衛(wèi)星的粗略多普勒頻率和碼相位，將得到的信息傳遞給跟蹤模塊，再得到多普勒頻移與碼相位的精確值以解調(diào)出導航電文，包括如下捕獲模塊與跟蹤模塊處理：

捕獲模塊處理方法：GPS L1C/A信號捕獲是一個二維的過程，需要得到信號的碼相位以及載波頻率，捕獲模塊采樣基于FFT的碼相搜索算法，算法如下：

a.基于FFT并行碼相捕獲算法首先將在采集信號分別與本地載波相乘得到同向分量I，與相移90°載波相乘得到正交分量Q，得到基帶復信號I+jQ，對得到的復信號進行FFT變換；

b.對本地偽碼生成器生成的偽碼進行FFT變換，將其轉(zhuǎn)換到頻域，并取復共軛；

c.對a和b的結(jié)果進行相乘，并進行IFFT變換轉(zhuǎn)換到時域；

d.將IFFT后的輸出的值的平方表示輸入信號和PRN碼的相關性。如果相關值中存在峰值，則該峰值的坐標就對應輸入信號的碼相位與載波頻率；若沒有通過門限，需要重新設定本地載波再次搜索；