基于Rake-CL环路提高GNSS接收机捕获灵敏度理论和算法研究

随着各国卫星导航系统（GNSS）的发展以及基于位置服务（LBS）的推广，GNSS的应用将渗透到各个领域，因此GNSS接收机在复杂环境下的应用需求越来越迫切，高灵敏度接收机是其中一种有效的解决方案。针对提高GNSS接收机捕获灵敏度的问题，本课题提出一种新的基于Rake-CL（Code Loop）环路的信号捕获方法。在研究多径信道能量分布特性的基础上，根据自适应多径参数估计理论得到多径信号信息，按照Rake-CL环路支路理论和合并准则，研究基于Rake-CL环路的GNSS信号捕获方法，实现伪随机码和多径信号的二维搜索，并对这种新方法进行性能评估。本课题突破传统GNSS接收机中把多径信号看作误差源的处理方法，在GNSS接收机的捕获方法中引入Rake接收的理论，将以往被忽略的多径信号能量转变为有效的能量资源，达到提高GNSS接收机捕获灵敏度的目的，为复杂环境下GNSS的应用奠定基础。

近年来随着各国卫星导航系统（GNSS）的发展和应用领域的扩展，中国北斗卫星导航区域系统的建成和应用，以及基于位置服务的定位解决方案和平台的应用，GNSS渗透到了国民经济的各个领域，接收机在复杂环境下的应用需求越来越紧迫，高性能GNSS接收机技术成为当今的热点问题之一。因此，研究高灵敏度接收机对解决复杂环境下的GNSS应用问题具有重要意义。本项目的目标是给出利用Rake接收技术提高GNSS接收机捕获灵敏度的新理论和算法。本项目的研究可为我国发展高灵敏度自主知识产权GNSS接收机提供一定的借鉴和参考作用，对于我国基于位置服务的产业发展具有重要意义，有助于提高我国在卫星导航产业的国际地位。本项目在基金的支持下目前已经顺利完成了研究内容，达到了项目目标的要求，针对提高GNSS接收机捕获灵敏度的问题，给出了一种新的基于Rake-CL（Code Loop）环路的信号捕获方法，突破了传统GNSS接收机中把多径信号看作误差源的处理方法，在接收机捕获方法中引入Rake接收理论，将以往被忽略的多径信号能量转变为有效的能量资源，达到了提高GNSS接收机捕获灵敏度的目的。. 本项目的主要研究内容及重要成果如下：在多径信道能量分布特性及自适应参数估计理论研究方面，给出了两种卫星导航多径信道模型，并利用采集的真实数据进行了验证，给出了不同多径条件下的最优码环和自适应多径参数估计算法；在Rake-CL环路支路理论及分集合并准则研究方面，给出了充分利用直达信号和第一多径信号能量的Rake-CL环路最佳分支结构，使接收信号能量利用率达到90%以上；在基于Rake-CL环路提高GNSS接收机捕获灵敏度理论算法研究方面，给出了一种通过Rake-CL环路支路信号的相关合并提高信噪比的新捕获方法，实际测试结果表明该方法较传统接收机的捕获灵敏度提高了 15dBm；在基于Rake-CL环路捕获方法的性能评估方面，研制了承载Rake-CL环路捕获方法的GNSS接收机Matlab仿真平台和基于DSP和FPGA的Rake-CL GNSS信号处理实际物理平台，该物理平台的PVT定位数据更新率能够达到1Hz；此外，在项目研究期间共发表包括英国宇航学报、电子学报英文版等论文14篇，其中SCI已检索2篇，待检1篇，EI已检索10篇，待检1篇，申请公开了国家发明专利2项，培养了博士研究生7名，硕士研究生8名。