GPS基本原理及其Matlab仿真.ppt

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  然而,问题比这要略为复杂一些,因为两组连续数据间可能由于导航电文引起了180°的相位偏移。如果发生了这种情况,输入信号就不能被看做连续信号对待了。这种可能性使不确定宽度延迟了1ms,且限制在250Hz。频率相距±250Hz对应的相位角是±π/2。如果频率相距+250 Hz,相位角是+π/2,然而导航电文引起的相位偏移π将使相位角变成+π/2(+π/2-π),相应地引起-250 kHz的频率变换。如果在寻找精频时不考虑相位偏移,这个结果将变成500 kHz。   为了避免这个问题,频率不确定的最大值必须小于250Hz。 如果频率最大相差是±200 Hz(这个值是实验选取的),则相应的相位角的差是±2π/5,如图5-9所示。如果存在相位偏移π,相位差了3π/5(|±(2π/5)π|),这个值要比2π/5大得多。 这样来看,相位差可以用来确定精频而不产生错误的频率偏移。 如果相位差大于2π/5,就从结果中减去π以保证频率差小于2π/5。为了保持频率在200 kHz之内,X(k)中的k值之间的最大距离将是400 kHz。如果输入是在两个邻近的k值当中, 则输入信号跟两边的k值都相距200 kHz。 图 5-9 相位差小于2π/5将不会造成频率误差 图 5-10 从两个相位角得到的角度差   讨论的最后一点是将X(k)的实部和虚部转化成相位角。 通常, 相位角的范围在±π之间。式(5-26)和式(5-27)中的两个相位角都将用这种方式得到,两个相位角的角度差可以是0~2π间的任何值,如图5-10所示。由于200 kHz允许的最大相位角差是2π/5,这两个相位角的角度差必须等于或小于2π/5。如果结果大于2π/5,可以从结果中加上或减去2π,其绝对值就肯定小于2π/5了。如果将噪声考虑进去,2π/5门限值可以适当放宽,如用2.3π/5,意味着其差必须等于或小于2.3π/5这个值。如果这样处理后的值仍然大于这个门限值,就意味着两个连续毫秒数据间有相位偏移了,必须从结果中减去π。当然,得到的角度值也还要经过加减2π,以保证最后得到的值小于门限值。   由以上讨论可知,在某一确定卫星中需要经过下面几个步骤来找出它的C/A码起始点和载波频率:    (1) 对1 ms的输入执行循环相关操作,某个确定的C/A码起始点可以从这些循环相关里找到,载波频率可以以1 kHz的分辨率得到。    (2) 找到最高频率分量X(k),在同一个毫秒数据内的两个分量,一个比X(k)中的k值低400 kHz,一个比k值高400 kHz, 对这两个分量执行DFT操作。三个输出[X(k-1), X(k), X(k+1)]中的最高输出将被指定为新的X(k),并用这个新的X(k)作为DFT分量来求解精频。   (3) 从C/A码起始点处开始选择连续几个毫秒的数据,我们随意选择为5ms,将这些数据与5组连续C/A码相乘,结果肯定是一个5 ms长的连续信号。但是在任意1 ms数据中,都有可能含有一个π相位偏移。    (4) 从所有输入数据中找出Xn(k),其中n=1, 2, 3, 4, 5, 然后由式(5-25)找出相位角。 角度差值定位为: (5-28)   (5) 角度差的绝对值必须小于门限值(2.3π/5),如果不能实现,就要从Δθ上加上或减去2π。如果结果仍然大于门限值,就要调整π相位偏移,在Δθ上加上或减去π,得到的值还要与门限值2.3π/5进行比较,来决定是否要再次加减2π。经过这些调整后,最终的角度值就是期望值。    (6) 式(5-27)用来计算精频。由于有5ms的数据,将得到4个精频值。为了提高精确度,我们将这4个精频的平均值作为要求解的值。    5.5 Matlab与Simulink仿真简介 5.5.1 仿真工具简介 Matlab是由美国Mathsworks公司开发的大型软件。在Matlab软件中,包括了两大部分:数学计算和工程仿真。其数学计算部分提供了强大的矩阵处理和绘图功能。在工程仿真方面,Matlab提供的软件几乎遍布各个工程领域,并且不断加以完善,现已成为国际上最为流行的科学计算与工程计算软件之一。 5.5.2 Simulink的使用   本小节将利用BPSK传输作为例子对Simulink进行简单介绍。但是,我们只局限在Simulink的原理及在这个仿真辅导中所要求的特点上,至于更为详尽的内容,建议读者参考Simulink手册。这里给出的Windows界面的图保持了原样。   Simulink是Matlab软件的扩展,它是实现动态建模和仿真的一个软件包。它与Matlab 语言的主要区别在于,它与用户接口是基于Windows的模型化图形输入的,从而使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建而非语言

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