gps是美國(guó)建立的高精度全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，在陸地、海洋、航空和航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。而高動(dòng)態(tài)gps接收機(jī)則可應(yīng)用于導(dǎo)彈、衛(wèi)星、飛機(jī)導(dǎo)航等許多場(chǎng)合，但由于高動(dòng)態(tài)gps接收機(jī)涉及軍工等敏感領(lǐng)域，故國(guó)外的相關(guān)技術(shù)或產(chǎn)品對(duì)我國(guó)是封鎖的，有關(guān)高動(dòng)態(tài)的核心解決技術(shù)在各種文獻(xiàn)中也見之甚少，相關(guān)技術(shù)必須自主開發(fā)。

　　gps接收機(jī)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性能、定位精度以及功能的豐富性與其所選用的cpu性能有很大關(guān)系。具有較大動(dòng)態(tài)范圍的接收機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)算量大、刷新速度高，對(duì)微處理器提出了更高的要求，即接收機(jī)應(yīng)具有較高的數(shù)字信號(hào)處理能力。dsp芯片具有適合于數(shù)字信號(hào)處理的軟件和硬件資源，它運(yùn)算速度快、接口方便、編程方便、穩(wěn)定性好、精度高、集成方便，可用于復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法。因此筆者的gps接收機(jī)使用dsp芯片作為中央處理器。在此基礎(chǔ)上，采用一系列的算法，如利用接收機(jī)原始的偽距和偽距變化率進(jìn)行g(shù)ps/ins組合算法和抗多徑算法及設(shè)計(jì)新的載波跟蹤環(huán)路等，提高接收機(jī)的抗干擾和動(dòng)態(tài)性能及定位精度。

　　1 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　采用相關(guān)接收技術(shù)的gps接收機(jī)一般可以分為三個(gè)功能模塊：射頻前端模塊，信號(hào)處理模塊和應(yīng)用處理模塊。高動(dòng)態(tài)gps接收機(jī)組成與其類似，關(guān)鍵在于信號(hào)處理模塊具有快速捕獲功能和較大的捕獲、跟蹤帶寬。

　　信號(hào)處理模塊的主要功能是對(duì)信號(hào)進(jìn)行捕獲、跟蹤、解擴(kuò)、解調(diào)等，提取觀測(cè)量和導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)。gps擴(kuò)頻信號(hào)的解擴(kuò)一般通過(guò)相關(guān)接收技術(shù)完成，信號(hào)處理模塊的核心就是相關(guān)器。多通道接收機(jī)一般采用多通道相關(guān)器實(shí)時(shí)地跟蹤4顆或4顆以上的衛(wèi)星信號(hào)。

　　以gp2010、gp2021芯片組作為接收前端和相關(guān)器，gp2021由時(shí)基產(chǎn)生電路、地址譯碼器、狀態(tài)寄存器及12通道獨(dú)立跟蹤模塊等組成。其中每一獨(dú)立跟蹤模塊包含載波dco、碼dco、相關(guān)器和相應(yīng)的載波整周計(jì)數(shù)器、碼相位和歷元計(jì)數(shù)器等。相關(guān)器還提供了一個(gè)5.714mhz時(shí)鐘給gp2010，對(duì)gp2010的4.309mhz信號(hào)進(jìn)行欠采樣，得到1.405mhz的中頻數(shù)字信號(hào)。gp2010輸出中心頻率為1.405mhz的中頻信號(hào)給gp2021。

　　根據(jù)dsp芯片運(yùn)算速度、價(jià)格、軟硬件資源、運(yùn)算精度、開發(fā)工具、功耗等因素，以ti公司的32位dsp芯片tms320vc33作為中央處理器進(jìn)行g(shù)ps信號(hào)處理和定位求解。其運(yùn)算速度為75mips，單指令周期為13ns，內(nèi)置1.1mbit ram，由0.18?滋m cmos工藝制造。

　　dsp功能包括信號(hào)收集處理、gp2021硬件控制、相位跟蹤和導(dǎo)航數(shù)據(jù)解調(diào)環(huán)路、gps導(dǎo)航電文提取、電文推算、導(dǎo)航定位求解等．

　　信號(hào)收集處理主要完成從相關(guān)器輸入正交、同相超前和滯后通道的相關(guān)積分值，根據(jù)這些積分值實(shí)現(xiàn)碼環(huán)、載波環(huán)捕獲和跟蹤過(guò)程中的判決和濾波等功能[2]。

　　gp2021硬件控制主要完成碼環(huán)、載波環(huán)路的閉合控制過(guò)程。根據(jù)相位跟蹤環(huán)路和碼環(huán)、載波環(huán)路輸出的控制量動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)gp2021的碼dco和載波dco中的值，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)解調(diào)。

　　相位跟蹤和導(dǎo)航數(shù)據(jù)解調(diào)環(huán)路是載波跟蹤環(huán)路的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，由它實(shí)現(xiàn)載波相位的抽取和數(shù)據(jù)解調(diào)。

　　接收機(jī)充分利用dsp處理器的功能，將以上軟件都集中在一片dsp處理器中運(yùn)行。dsp芯片的高速運(yùn)算性能使得部分硬件功能軟化，大大縮小了接收機(jī)的體積，同時(shí)增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。

　　在碼和載波跟蹤環(huán)路中，許多地方使用了數(shù)字濾波器。由于tms320vc33計(jì)算精度很高，可以實(shí)現(xiàn)幅頻特性很陡直的濾波器，完成帶寬很窄的濾波。另外，dsp在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程中，僅受量化誤差和有限字長(zhǎng)影響，在處理過(guò)程中不引入其他噪聲影響，有較高的信噪比。而這些正是筆者跟蹤環(huán)路、跟蹤頻率斜升信號(hào)所必須的。同時(shí)，用dsp軟件編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波，只需修改編程過(guò)程中的幾個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，就能靈活方便地實(shí)現(xiàn)不同性能的濾波器，從而改變跟蹤環(huán)路的環(huán)路特性，為環(huán)路的調(diào)試帶來(lái)極大的便利和靈活性。

　　2 動(dòng)態(tài)gps接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究

　　（1）實(shí)時(shí)有效的gps星的歷書的推算：為快速捕獲信號(hào)，快速地定位，縮短冷啟動(dòng)時(shí)間，必須保證實(shí)時(shí)有效的gps星的歷書的存在。衛(wèi)星的最新歷書直接由用戶根據(jù)較早的星歷導(dǎo)出，通過(guò)外推得到冷捕搜星時(shí)刻的有效數(shù)據(jù)。現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)對(duì)間隔一個(gè)月的星歷進(jìn)行推算，gps星軌道長(zhǎng)半徑α、偏心率e、軌道面傾角i、軌道準(zhǔn)經(jīng)度ω0、軌道近地點(diǎn)角矩ω、平近點(diǎn)角m、星鐘參數(shù)af0、af1都可達(dá)到相當(dāng)?shù)木�，其中a、e、i的值變化不大，同時(shí)設(shè)6個(gè)攝動(dòng)修正參數(shù)為零。這樣，就可得間隔一個(gè)月后的歷書。
　　
　　(2)時(shí)鐘特性對(duì)高動(dòng)態(tài)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)性能影響的研究：時(shí)鐘特性（頻率飄移和老化率）對(duì)高動(dòng)態(tài)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)性能有較大的影響，在高動(dòng)態(tài)接收機(jī)中必須予以考慮并盡量消除之。其中，頻率飄移的消除大約可以使冷啟動(dòng)時(shí)間縮短60s。

　　(3)高加速度下的載波跟蹤環(huán)路的研究：為檢測(cè)高動(dòng)態(tài)gps信號(hào)，需要設(shè)計(jì)碼環(huán)及載波環(huán)的捕獲與跟蹤數(shù)字系統(tǒng)。當(dāng)使用對(duì)信號(hào)同時(shí)進(jìn)行時(shí)域(碼相位)和頻域(多普勒頻移)的二維搜索從