如何進(jìn)行多模衛(wèi)星導(dǎo)航信號的快速捕獲算法研究

　　未來多個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組成的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)將為全球民用導(dǎo)航用戶提供更多選擇。正是由于多種衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展，GNSS呈現(xiàn)出多極化的發(fā)展趨勢。而只可接收單個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中導(dǎo)航信號的接收機(jī)也逐漸被多模接收機(jī)取代。能夠接收多個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航信號的多模衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)成為未來衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的發(fā)展方向。

　　本論文主要研究多模衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)衛(wèi)星信號的捕獲算法及其性能改進(jìn)等問題。主要用三個章節(jié)分別對多模衛(wèi)星導(dǎo)航信號的仿真、衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲算法和GPU計算在衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲算法中的應(yīng)用這三個方面的主要工作內(nèi)容進(jìn)行了分析和探討。在多模衛(wèi)星導(dǎo)航信號的仿真階段首先對GPS、GLONASS、伽利略和北斗四個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展及其衛(wèi)星導(dǎo)航信號的產(chǎn)生方法和原理進(jìn)行了闡述，重點(diǎn)研究了GPS L1衛(wèi)星導(dǎo)航信號和“北斗二代”B1衛(wèi)星導(dǎo)航信號的產(chǎn)生原理及參數(shù)設(shè)置的異同，分別給出了兩種信號的仿真框圖，并用Simulink實(shí)現(xiàn)了包含有兩種衛(wèi)星導(dǎo)航信號的多模衛(wèi)星導(dǎo)航信號的仿真，為后續(xù)章節(jié)的實(shí)驗(yàn)分析提供了信號來源。在衛(wèi)星導(dǎo)航信號的捕獲算法研究階段分析了串行搜索捕獲、并行頻率空間搜索捕獲和并行碼相位搜索捕獲三種經(jīng)典的衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲算法，并用MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)了串行搜索捕獲算法和并行碼相位搜索捕獲算法，最后根據(jù)第二章中生成的仿真數(shù)據(jù)給出了算法的捕獲結(jié)果。在研究GPU計算在衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲算法中的應(yīng)用階段首先介紹了GPU的硬件結(jié)構(gòu)和CUDA的編程模型，提出了可以將GPU計算應(yīng)用在串行搜索捕獲算法中的思想，并通過分析成功地將串行搜索捕獲算法轉(zhuǎn)化成適合GPU計算的矩陣相乘模型，最后用CUDA程序?qū)崿F(xiàn)其算法并結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)一步對CUDA程序進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化的結(jié)果表明結(jié)合GPU進(jìn)行計算的串行捕獲算法速度是使用CPU進(jìn)行計算時的數(shù)十倍，從而利用GPU的多核并行運(yùn)算特點(diǎn)有效提高了捕獲算法的性能。

　　論文的最后對本文所做的工作進(jìn)行了總結(jié)，并對以后的研究方向進(jìn)行了分析和展望。

　　未來多個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組成的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)將為全球民用導(dǎo)航用戶提供更多選擇。正是由于多種衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展，GNSS呈現(xiàn)出多極化的發(fā)展趨勢。而只可接收單個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中衛(wèi)星導(dǎo)航信號的接收機(jī)系統(tǒng)，因其可見衛(wèi)星數(shù)量、系統(tǒng)固定誤差等因素導(dǎo)致其可用性以及服務(wù)完整性監(jiān)測的性能受到了極大的限制。而多模接收機(jī)由于具備更穩(wěn)健、更準(zhǔn)確、更完備的導(dǎo)航性能，成為未來衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的發(fā)展方向。同時，對于多模衛(wèi)星接收機(jī)的研究尤其是對我國的“北斗二代”導(dǎo)航系統(tǒng)的研究有助于促進(jìn)和加快我國“北斗二號”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，現(xiàn)在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)尚未完善，系統(tǒng)建設(shè)和系統(tǒng)開發(fā)的同步進(jìn)行對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)未來全球大范圍應(yīng)用起著重要的作用，對發(fā)揮其潛在的經(jīng)濟(jì)和軍事潛力，拓展應(yīng)用領(lǐng)域有著關(guān)鍵影響。

　　其中，在接收機(jī)處理衛(wèi)星導(dǎo)航信號的過程中，碼和載波的捕獲性能則會直接影響接收機(jī)的性能。而捕獲算法中平均捕獲時間被普遍用于衡量接收機(jī)的捕獲性能，之前的一些捕獲算法的改進(jìn)多是通過減少搜索次數(shù)來提高捕獲算法執(zhí)行的速度，或多或少引入其他更復(fù)雜的計算或者降低了捕獲的精度。而本文提出的利用GPU運(yùn)算真正在不改變搜索次數(shù)及其精度的情況下，通過多核并行化運(yùn)算真正提高算法執(zhí)行效率，減少捕獲時間。這對于提高衛(wèi)星信號接收機(jī)的處理性能有著重要的研究意義。