[发明专利]基于GNU Radio的GPS软件接收机

说明书

本发明涉及基于GNU Radio的GPS软件接收机，属于卫星导航技术领域。本发明包括第一步：GPS天线模块接收到GPS信号后，经过低噪放大器与带通滤波器输出到射频模块；第二步：射频模块处理信号：根据奈奎斯特采样定理，对GPS C/A带宽的2倍进行带通采样，采样后的信号进行A/D转换后可以利用GNU Radio提供的USRP硬件驱动UHD将数据进行本地保存以进行后处理；本发明利用GNU Radio软件架构，采用面向对象的编程思想，结合GNU Radio提供的信号处理模块，将信号的捕获、跟踪以及后续的导航解算在通用处理器上编程实现，使用GNU Radio提供的scheduler进行多线程调度管理实现多通道处理可以达到实时性能，并且相比于硬件接收机，可以进行算法升级，便于软件开发，具有很大的灵活性与可扩展性。

技术领域

本发明涉及基于GNU Radio的GPS软件接收机，属于卫星导航技术领域。

背景技术

GPS是美国全球定位导航系统，分布范围广，卫星数目多，提供全球覆盖、全天候的三维定位，是目前服务最完善定位系统。GNU Radio属于开源软件无线电软件，提供大量但是信号处理模块来实现软件无线电应用，近年来，GNU Radio软件无线电项目中有着广泛的应用。

传统的商用GPS接收机一般由四部分组成：GPS天线，射频前端，相关器，微处理器。其中天线负责接收GPS信号，射频前端负责将GPS信号转换为低频信号并进行A/D转换，相关器负责信号的捕获、跟踪，并将伪码、载波以及观测值等传递给微处理器，属于接收机的硬件部分，微处理器负责将导航解算，根据导航电文中的卫星位置信息以及卫星信号的发射时间与本地接收信号的时间，完成接收机的位置解算。硬件接收机的核心就是相关器，后续处理器的数据都是来自于相关器，一般的相关器都是GPS芯片。

传统接收机基带信号处理中出现的大量相关运算，特别是跟踪过程的相关操作需要专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)来进行处理，相比于软件来说成本高，并且相应芯片只能针对单一的频段进行处理，难以扩展，不够灵活。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于GNU Radio的GPS软件接收机。本发明采取的技术方案如下：

基于GNU Radio的GPS软件接收机，包括如下步骤：

第一步：GPS天线模块接收到GPS信号后，经过低噪放大器与带通滤波器输出到射频模块；

第二步：射频模块处理信号：根据奈奎斯特采样定理，对GPS C/A带宽的2倍进行带通采样，采样后的信号进行A/D转换后可以利用GNU Radio提供的USRP硬件驱动UHD将数据进行本地保存以进行后处理，也可以根据采样流进行实时处理；

第三步：基带信号处理：采集的信号中需要判断哪些是卫星信号，需要先经过捕获，得到卫星的粗略多普勒频率和码相位，将得到的信息传递给跟踪模块，再得到多普勒频移与码相位的精确值以解调出导航电文，包括如下捕获模块与跟踪模块处理：

捕获模块处理方法：GPS L1C/A信号捕获是一个二维的过程，需要得到信号的码相位以及载波频率，捕获模块采样基于FFT的码相搜索算法，算法如下：

a.基于FFT并行码相捕获算法首先将在采集信号分别与本地载波相乘得到同向分量I，与相移90°载波相乘得到正交分量Q，得到基带复信号I+jQ，对得到的复信号进行FFT变换；

b.对本地伪码生成器生成的伪码进行FFT变换，将其转换到频域，并取复共轭；

c.对a和b的结果进行相乘，并进行IFFT变换转换到时域；

d.将IFFT后的输出的值的平方表示输入信号和PRN码的相关性。如果相关值中存在峰值，则该峰值的坐标就对应输入信号的码相位与载波频率；若没有通过门限，需要重新设定本地载波再次搜索；