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GPS软件接收机结构及特性分析
作者：王新龙 于洁
来源：《航空兵器》2014年第04期
摘要：针对GPS应用范围的不断扩大及性能要求的不断提高，在对GPS软件接收机原理及常规GPS接收机结构介绍的基础上，研究了三种具有代表性的新型GPS软件接收机结构：基于滤波估计的GPS接收机、基于矢量跟踪的GPS接收机和SINS/GPS深组合接收机，并分别对不同结构接收机的性能、特点及其在高动态、低载噪比环境下应用时的适用性进行了深入剖析；最后，结合各GPS接收机的结构特点给出了结论性意见。 关键词：GPS；载噪比；伪码相位；载波频率；矢量跟踪
中图分类号：TN967.2文献标识码：A文章编号：1673-5048（2014）04-0018-05 0引言
随着全球定位系统的发展和美国推行GPS现代化步伐的加快，GPS卫星发射的信号结构将会有较大改变。依照现有GPS硬件接收机的模式，使用新的信号必须更换内部的相关器芯片，用户向下一代GPS接收机的过渡将面临着很高的升级费用。另外，世界上已有多个卫星导航系统（GNSS）在运行，而将多个GNSS的导航信息进行融合能够提供更可靠、更精确的服务[1]。因此GPS接收机还面临着与其他GNSS信号相兼容的问题，这些问题都是传统硬件接收机难以解决的。
GPS软件接收机则是软件无线电概念在导航领域的具体实现。基于软件无线电的GPS软件接收机采用相对通用的硬件平台或PC机，通过加载不同的应用程序来实现不同的思想，就可以很好地解决上述问题[2]。对于软件接收机来说，其射频前端模块和模数转换器模块仍由硬件实现，而捕获、跟踪等基带信号处理过程则利用各种软件来实现，处理新的信号只需简单地更换不同的软件程
序就能实现，具有很大的灵活性[3]。正因如此，软件GPS接收机的设计与实现已经成为近年来的研究热点。与传统的硬件接收机相比，软件接收机可以只通过改变程序来开发和验证新的捕获、跟踪和定位算法，可以通过随意改变码和载波跟踪环路带宽使其性能达到最佳。随着处理器性能的不断提高，软件接收机会得到越来越广泛的应用。
但随着其应用领域和适用范围的不断扩大，它在某些应用场合的性能缺陷也随之显现出来。为提高GPS接收机在特定环境中的工作性能，在常规GPS接收机结构的基础上，对其环路性能进行改进，使之适应高动态、强干扰或者信号衰减环境下的性能需求，成为GPS接收机近年来的发展趋势。目前，国内外应用及处于研究阶段的GPS软件接收机主要有四种类型[4-10]：①采用独立跟踪环路的常规接收机；②基于Kalman滤波器的接收机，利用Kalman滤