闕志達臺灣大學:電子工程學研究所楊景宇Yang, Jing-YeuJing-YeuYang2010-07-142018-07-102010-07-142018-07-102009U0001-1208200915474300http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/189199由美國所建造的全球定位系統(GPS)為全球衛星導航系統(GNSS)中的一種，也是目前全球唯一系統完整運作的，主要免費提供在地球上任何地方與任何人做為導航使用。另外，GPS系統也提供精確的時間，使用在許多的應用上，例如科學上地震的研究與網路協定上資料的同步等等。因此GPS系統越來越普及於一般日常生活中所使用。本論文中，以軟體GPS接收機的實做為主，主要理由是軟體接收機的靈活度比硬體接收機來的好，容易調整應用於各方面的需求。除此之外軟體接收機有相當大的潛在效能增進的空間，例如資料的讀取與處理方式可以是以分區塊來實現，這在硬體接收機上是無法做到的。為了實現軟體GPS接收機可以處理微弱訊號，我們使用一些技巧來增進接收機本身的訊號擷取和訊號追蹤的能力。最後由實際錄製的GPS訊號來測試我們的軟體GPS接收機。從測試的結果，我們的軟體GPS接收機可同時適用於靜態與高速動態的情況。本論文將探討軟體GPS接收機實做的細節。The Global Positioning System (GPS) is a global navigation satellite system (GNSS) developed by the United States. It is the only fully functional GNSS in the world, can be used freely by anyone, anywhere, and is often used by civilians for navigation purposes. Also, the precise time reference is used in many applications including the scientific study of earthquakes and as a required time synchronization method for network protocols. n this thesis, a software-based GPS receiver is implemented because of its flexibility. Software-based receivers are quite valuable in evaluating potential improvements. In addition, software-based receivers can use block data processing that are not available in hardware implementations. In implementing such a software-based receiver, we use several techniques to impove the capabilities of acquisition and tracking for weak signals. Finally, the real GPS signals are recored by RF front-end instruments and used to test our software-based receiver. From the results, our software-based receiver is compatible with static and mobile situations. Here we will discuss our complete details of software-based GPS receiver.第一章 緒論 1.1. 研究背景 1.2. 研究動機 2.3. 論文簡介 3.4. 論文組織介紹 4二章 全球衛星定位系統介紹 5.1. 全球衛星定位系統 6.1.1. 展頻通訊系統簡介 6.1.2. 展頻通訊系統特性 7.1.2.1. 抗干擾能力(Interference Suppression) 7.1.2.2. 多重存取(Multiple Access) 8.2. 全球衛星概況 9.2.1. 衛星分布區域(Satellite Constellation) 9.2.2. 都普勒效應與最大都普勒頻率變化量 11.2.2.1. 都普勒頻率飄移 11.2.2.2. 最大都普勒頻率變化量 13.3. 衛星訊號特性 14.3.1. 訊號調變方式與載波頻率 14.3.2. 偽隨機C/A碼產生器及其訊號特性 15.3.2.1. 偽隨機C/A碼產生器 15.3.2.2. 偽隨機C/A碼之自相關特性 18.3.3. 衛星訊號之訊框結構 19.3.3.1. 導航資料基本性質 19.3.3.2. 訊框結構 19.3.3.2.1. 遙測與移交字組(Telemetry and Handover Words) 20.3.3.2.2. 第1至第3子訊框 21.3.3.2.3. 第4至第5子訊框 21三章 基頻軟體接收機架構 23.1. 基頻接收機架構 23.1.1. 硬體接收機 24.1.2. 軟體接收機 24.1.3. 架構比較與趨勢 25.2. 前端射頻電路 26.2.1. 天線的種類與選擇 26.2.2. 射頻降頻器與類比數位轉換器 27.3. GPS基頻軟體接收機元件 28.3.1. 衛星訊號擷取 29.3.2. 衛星訊號追蹤 29.3.3. 導航訊號處理 30四章 衛星訊號擷取 31.1. 訊號擷取(ACQUISITION) 31.1.1. 序列搜尋擷取法 32.1.2. 平行頻率空間搜尋擷取法 36.1.3. 平行碼相位搜尋擷取法 37.1.4. 執行時間與複雜度比較 39.2. 接收機靈敏度限制 40.2.1. 訊號雜訊比 40.2.2. 靈敏度限制 41.2.3. 同相積分與非同相積分 43.2.3.1. 同相積分(Coherent Integration) 44.2.3.2. 非同相積分(Noncoherent Integration) 44.2.3.3. 偵測機率、偽警報率與訊號偵測門檻 45.3. 微弱訊號擷取方法 47.3.1. 同相積分之複雜度簡化 48.3.2. 載波頻率細估方法 50.3.3. 導航資料位元轉態偵測 50.3.4. 實際訊號擷取結果 52五章 衛星訊號追蹤 55.1. 載波頻率追蹤 55.1.1. 鎖相迴路(Phase lock loops) 56.1.2. 鎖頻迴路(Frequency lock loops) 59.1.3. 連續系統與離散系統轉換方法 60.1.4. 迴路濾波器與數值控制振盪器(NCO) 60.1.5. 利用鎖頻迴路輔助之鎖相迴路 61.2. 偽隨機C/A碼追蹤 62.2.1. 延遲鎖定迴路 62.2.2. 簡化偽隨機C/A碼產生器 64.2.3. 多路徑效應(Multipath) 64.3. 微弱訊號追蹤方式 65.3.1. 輸入訊號讀取與處理 65.3.2. 偽隨機C/A碼重新產生與精確接收時間估計 66.4. 實際訊號追蹤結果 67六章 導航訊號處理 71.1. 導航訊號處理 71.1.1. 子訊框邊界搜尋與同位碼檢查 72.1.1.1. 子訊框邊界搜尋 72.1.1.2. 同位碼檢查 73.1.2. 星曆資料解碼 74.1.3. 偽距離(Pseudorange)估算方法 76.2. 衛星方位計算 77.2.1. 克卜勒定律(Kepler’s Laws)與方程式 77.2.2. 真偏角與均偏角 79.2.3. GPS訊號傳遞時間 81.2.4. 衛星方位計算方法 83.2.4.1. 地球中心地球固定(Earth-centered earth-fixed, ECEF)座標系統 83.2.4.2. 地球自轉(Rotation)與攝動現象(Perturbations) 85.2.4.3. 衛星方位計算 87.3. 接收機方位計算方式 88.3.1. 以最小平方法估算接收機方位[8, 9,11] 88.3.2. 衛星幾何精度因子 90.3.3. 球面座標系統與橢圓面座標系統 91.4. 接收機方位計算結果 92七章 結論與展望 95考資料 973614004 bytesapplication/pdfen-US衛星定位資料擷取資料追蹤GPSAcquisitionTrackingthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/189199/1/ntu-98-R96943009-1.pdf