├── README.md ├── SUMMARY.md ├── book.json ├── chapter1 ├── 1.1 背景.md ├── 1.2 GPS信号模拟器回顾.md ├── 1.3 目标.md └── 1.4 论文结构.md ├── chapter2 ├── 2.1 GPS信号.md ├── 2.1.1 GPS信号结构.md ├── 2.1.2 GPS信号功率水平.md ├── 2.1.3 频域上的L1CA码信号.md ├── 2.1.4 CA码的自相关和互相关特性.md ├── 2.2 传统的硬件前端与GPS接收机.md └── 2.2.1 前端.md ├── chapter3 └── GPS中频模拟器的实现.md └── img ├── 公式2.5-2.6.JPG ├── 图2.1 GPS信号各部分之间的的关系.JPG ├── 图2.2 GPS信号的频谱扩展.jpg ├── 图2.3 GPS Gold码的自相关和互相关特性.JPG └── 图2.4 一般接收机的功能框图.png /README.md: -------------------------------------------------------------------------------- 1 | # IF-GPS-Signal-Simulator-Development-and-Verification 中文翻译 2 | -------------------------------------------------------------------------------- /SUMMARY.md: -------------------------------------------------------------------------------- 1 | # 目录 2 | 3 | * [introduction](README.md) 4 | * 第一章 简介 5 | * [背景](chapter1/1.1 背景.md) 6 | * [GPS信号模拟器回顾](chapter1/1.2 GPS信号模拟器回顾.md) 7 | * [目标](chapter1/1.3 目标.md) 8 | * [论文结构](chapter1/1.4 论文结构.md) 9 | * 第二章 GPS信号和接收机理论 10 | * [GPS信号](chapter2/2.1 GPS信号.md) 11 | * [GPS信号结构](chapter2/2.1.1 GPS信号结构.md) 12 | * [GPS信号功率水平](chapter2/2.1.2 GPS信号功率水平.md) 13 | * [频域上的L1CA码信号](chapter2/2.1.3 频域上的L1CA码信号.md) 14 | * [CA码的自相关和互相关特性](chapter2/2.1.4 CA码的自相关和互相关特性.md) 15 | * [传统的硬件前端与GPS接收机](chapter2/2.2 传统的硬件前端与GPS接收机.md) 16 | * [前端](chapter2/2.2.1 前端.md) 17 | * [信号处理](chapter2/2.2.2 信号处理.md) 18 | * [误差源](chapter2/2.3 误差源.md) 19 | * [星历误差](chapter2/2.3.1 星历误差.md) 20 | * [卫星时钟误差](chapter2/2.3.2 卫星时钟误差.md) 21 | * [电离层误差和对流层误差](chapter2/2.3.3 电离层误差和对流层误差.md) 22 | * [多径](chapter2/2.3.4 多径.md) 23 | * [接收机噪声误差](chapter2/2.3.5 接收机噪声误差.md) 24 | * 第三章 GPS中频信号模拟器的实现 25 | * [GPS中频信号模拟器模型](chapter3/3.1 GPS中频信号模拟器模型.md) 26 | * [传播中的GPS信号](chapter3/3.1.1 传播中的GPS信号.md) 27 | * [大气层和天线中的传输](chapter3/3.1.2 大气层和天线中的传输.md) 28 | * [下变频](chapter3/3.1.3 下变频.md) 29 | * [中频信号处理](chapter3/3.1.4 中频信号处理.md) 30 | * [模拟器的实现](chapter3/3.2 模拟器的实现.md) 31 | * [可见卫星](chapter3/3.2.1 可见卫星.md) 32 | * [幅度模型](chapter3/3.2.2 幅度模型.md) 33 | * [导航电文模拟](chapter3/3.2.3 导航电文模拟.md) 34 | * [C/A码模型](chapter3/3.2.4 C/A码模型.md) 35 | * [信号传输时间和多普勒](chapter3/3.2.5 信号传输时间和多普勒.md) 36 | * [卫星时钟误差模型](chapter3/3.2.6 卫星时钟误差模型.md) 37 | * [电离层误差模型](chapter3/3.2.7 电离层误差模型.md) 38 | * [对流层误差模型](chapter3/3.2.8 对流层误差模型.md) 39 | * [噪声](chapter3/3.2.9 噪声.md) 40 | * [滤波](chapter3/3.2.10 滤波.md) 41 | * [量化](chapter3/3.2.11 量化.md) 42 | * [程序流程](chapter3/3.2.12 程序流程.md) 43 | 44 | 45 | -------------------------------------------------------------------------------- /book.json: -------------------------------------------------------------------------------- 1 | { 2 | "gitbook": ">=2.0.0", 3 | "plugins": [ 4 | "mathjax" 5 | ] 6 | } 7 | -------------------------------------------------------------------------------- /chapter1/1.1 背景.md: -------------------------------------------------------------------------------- 1 | ##1.1 背景 2 | 3 | 为了达到定位的目的，一台GPS接收机需要用若干步骤实现从卫星发射的GPS射频信号中获得原始的测量信息。首先，需要一个设计良好的天线来接收射频信号，并将它下变频到中频。通过前端将其量化成中频离散信号。在这里，数字中频信号可以被接收机处理。然后，每颗卫星的信号进入各自的接收通道。每个通道执行捕获、跟踪以及导航电文解调。捕获是用来检验信号，并得到初始码相位和多普勒估计值。跟踪、位同步和帧同步是用来保持对载波和码的跟踪，并获得伪距、载波相位和导航电文。最后，运行导航算法。在常规的接收机中，前端以及一部分数字信号处理（例如相关与积分）均在硬件中实施，而其余的数字信号处理则都在软件中完成。 4 | 5 | 不同于常规的GPS接收机，GPS软件接收机除了前端部分，其他部分都是靠软件来完成的，这提供了很多的优点。首先，软件接收机消除了硬件接收机中存在的非线性、随温度和年龄变化的器件的影响。其次，软件接收机可以给研究者和开发者更多的评估信息以及更大的测试灵活性，并且可以很容易的应用最新的信号处理理论技术。不借助任何硬件，便可以实现不同算法的性能比较。最后，软件接收机提供了一个高效的仿真环境，对于新信号的处理技术，如GPS现代化过程中的L5信号以及Galileo信号，都可以在没有硬件的情况下进行研究。 6 | 7 | 所有有关GPS软件接收机的研究都是建立在数字中频信号的基础上。只有在一个合适的中频频带内被量化的数字信号才可以输入到软件接收机中进行处理。多种多样的硬件前端和AD变换器都可以被用来完成下变频、采样和量化，以提供一个合适的GPS中频信号；但是使用硬件前端有几个缺点。首先，硬件前端都比较复杂，因为它有着自己的特性并且许多参数不同很容易的改变。其次，硬件前端的使用需要GPS模拟器基于可预测的参数产生实际的射频信号，来模拟多种GPS环境条件。但是，在工程的典型发展阶段，GPS模拟器的花费是过高的，一般来说成千上万美元。更为关键的是，即使是最新的硬件模拟器仍然不支持一些新的GPS信号。 8 | 9 | 软件模拟器是一条有效的方法来产生GPS数字中频信号，输入到软件接收机中。首先，软件模拟器可以模拟多种信号条件。用户可以配置GPS信号的传播和处理链路，并根据特定的特性要求产生GPS数字中频信号。这便使得软件模拟器很方便用来测试和评估多种接收机捕获和跟踪算法，并研究软件接收机的性能。其次，在软件模拟器中可以加入一些新的信号特性，例如，模拟器可以模拟产生一些当前尚不可用的信号（如L5和Galileo）来发展和评估新的接收机算法。拥有高度的灵活性和低成本的软件模拟器产生我们所期待的信号。 10 | 11 | -------------------------------------------------------------------------------- /chapter1/1.2 GPS信号模拟器回顾.md: -------------------------------------------------------------------------------- 1 | ##1.2 GPS信号模拟器回顾 2 | 3 | 正如文献中提到的，一些基于软件的GPS信号模拟器正在发展。尽管这些模拟器实施的方法各异，但是它们都能产生数字中频信号或者I路和Q路的积分。在一些模拟器中，真正的GPS信号——包括扩频码、导航电文和错误源——都被如实地模拟，而在另外的一些模拟器中，数学模型被用来直接产生含有错误源的I路和Q路数据，而不去模拟真正的调制有扩频码和载波的波形。尽管错误的影响是很重要的，但不是所有的错误源在任何一种模拟器中都可以被模拟，因为它们有着不同的研究目的。 4 | 5 | 三种商用的模拟器在文献中被提到。NAVSYS公司开发的GPS信号模拟器MATLAB工具箱提供了一套完整的GPS信号模拟、测试和分析的工具。它利用信号强度、伪距、多普勒以及多普勒变化率来产生GPS射频信号。干扰信号、天线和前端对于GPS信号的影响也一同被模拟。这种模拟方法由于模拟的是GPS射频信号，因此极其地复杂。 6 | 7 | 第二款GPS软件模拟器是由CRS发布的。它是为了高级GPS系统设计的软件套装中的一部分。它允许用户加入多种的特定模拟环境，例如电离层闪烁，窄带的、宽带的、定向的干扰抑制，高动态，特定的轨道，多天线的波形前端、等离子体、遮挡、多径以及海洋反射。 8 | 9 | 第三款产品是Navtech公司开发的GPS相关模拟器。据Navtech的介绍，它是一种功能强大的软件包，可以用来理解GPS卫星信号的特性以及在GPS接收机中的处理过程。这个模拟器由两部分组成：一个输入信号模拟器和一个信号处理器。输入信号模拟器可以模拟噪声，接收机绕回参数和基带的转换。但是它的环境并不是由卫星的位置和接收机的轨迹驱动的，因此并不能满足超紧耦合导航系统。 10 | 11 | Burns设计了一款GPS信号模拟器，用来研究在有窄带干扰条件下的GPS软件接收机性能。他们模拟了L1信号，包括C/A码，导航电文，大气层的影响和射频干扰，天线的性能，滤波器的性能，下变频和热噪声对模拟器件的影响，这些都被考虑进去。Seitz和Braasch实施了一个高度灵活的GPS接收机模拟器，它的结构包括一个GPS信号产生器，一条可以加入各种影响的传播路径和一个GPS接收机模型。前两部分的功能类似于Bruns所做的模拟器。 12 | 13 | Corbell基于真实的卫星和用户轨迹设计了一个GPS信号模拟器。他只考虑了那些影响接收机跟踪环路性能的误差。这些误差包括时钟误差，信号和噪声的幅度，量化误差，都在AD端进行建模。 14 | 15 | 一个不同的分析型GPS接收机的代表也是由Miller和Corbell完成。GPS信号模拟器部分并不实际产生载波和码的波形，但是保持了它们的关系和相位来产生IQ两种采样数据。采用这种仿真方法，计算复杂度得到改善，但是它在高动态和长时间测试下精度略差。 16 | 17 | -------------------------------------------------------------------------------- /chapter1/1.3 目标.md: -------------------------------------------------------------------------------- 1 | ##1.3 目标 2 | 3 | 这篇论文的目标是开发并验证一台GPS数字中频模拟器。这是测绘工程部门全局研究目标的一部分，全局研究目标是为了研究已存在和新的GPS、Galileo信号的性能，并研究多种类型的干扰和辅助对于导航性能的影响。 4 | 5 | 在这篇文章中开发的信号模拟器的主要目的是提供一个面向用户友好的模拟工具来产生GPS中频数字信号，来评估软件接收机的性能。这项研究作为对拥有多种捕获、跟踪和导航算法的软件接收机研究的补充。由于时间的关系，本论文开发并验证了一个基于GPS L1 C/A频点信号的模拟器。 6 | 7 | 该模拟器基于接收时间，卫星轨迹，用户轨迹和一组待定的误差源。产生的信号存储在一个数据文件中，以便软件接收机直接读取。本模拟器模拟了传播参数、前端参数和环境噪声以求更准确的呈现。但在第一个阶段，只有一些对测量有着显著影响的误差源被模拟了。为了减少潜在的大计算量的负担，误差的模拟基于数学模型，利用C语言编写几个重要函数，来完成数字中频的采样点进行计算。另外一方面，考虑到模拟器必须易于重配置，以方便用户可以扩展新的组件或功能来产生新的信号并能改变参数以得到特定的信号。 8 | 9 | 对模拟器的验证是本项目成功的关键。这可以通过直接将模拟器产生的GPS中频信号直接接到GPS软件接收机，观察是否会出现错的跟踪结果和导航结果来实现。鉴于此，第一步便是开发一款GPS软件接收机。但是自主开发的接收机仍然需要验证。因此，利用从硬件前端上采集到的某确定地点的GPS中频信号来验证GPS软件接收机的正确性。然后利用软件模拟器再产生这组真正的GPS中频信号，同样接入接收机。通过比较模拟器和真正的信号在频率、捕获、位置和跟踪等方面的结果，来得到验证的结果。 -------------------------------------------------------------------------------- /chapter1/1.4 论文结构.md: -------------------------------------------------------------------------------- 1 | ##1.4 论文结构 2 | 3 | 论文的其他部分包含以下章节：第二章描述了GPS信号的结构，通过前端和接收机设计以及多种误差源。第三章首先设计了一个GPS中频信号模拟器模型，包含了GPS射频信号的在空间的传输和在前端的处理，直到A/D采样之后得到中频采样点数据，然后描述了GPS数字中频模拟器的实现。第四章描述了GPS软件接收机的设计。第五章呈现了GPS软件接收机的验证结果，所利用到的真实GPS中频信号来自“Signal Tap”的硬件前端。第六章则对模拟器和真实的GPS信号，在频率、捕获、位置和跟踪结果等方面进行比较。第七章给出了结论以及未来研究的建议。 -------------------------------------------------------------------------------- /chapter2/2.1 GPS信号.md: -------------------------------------------------------------------------------- 1 | ##2.1 GPS信号 2 | 3 | 当前，每颗GPS卫星在两个特定的频率L1(1575.42MHz)和L2(1227.60MHz)上播发信号。传播的信号是将导航电文、扩频码和载波调制在一起的。标准位置服务（SPS）信号（C/A码）和精准位置服务（PPS）信号（P(Y)码)都在L1频点上播发。C/A码在同相支路而P(Y)在正交支路。每颗卫星都有在L2频点上播发SPS或者PPS信号的能力，但实际上，只有PPS信号被播发。根据GPS现代化计划，新的信号例如L5和M码将会在Block IIF卫星上实施。 -------------------------------------------------------------------------------- /chapter2/2.1.1 GPS信号结构.md: -------------------------------------------------------------------------------- 1 | ###2.1.1 GPS信号结构 2 | 3 | 每路GPS信号包含三部分： 4 | * 载波：在fl1和fl2频率的正弦射频信号 5 | * 测距码：又称为伪随机码序列或者伪随机码，它允许所有的卫星在同样的频带上发射信号而互不影响。SPS使用了一组Gold码（C/A码）来作为它的伪码，速率为1.023MHz。PPS使用了一组称为P(Y)码的极长伪码序列，速率为10.23MHz，是C/A码速率的10倍。C/A码长为1023，即每1ms循环一次。而P(Y)码每周循环一次，即在604800s时间内码长为6.1871*10^12。 6 | * 导航电文：一组二进制编码信息，包含卫星的健康状态、星历数据、卫星时钟校正参数和历书。每颗卫星利用BPSK调制50Hz的导航电文，其总长度为37500比特，并不断的循环和随时间更新。从一颗卫星完整的接收所有的电文需要12.5分钟。 7 | 8 | 这三部分通过星载的10.23MHz的时钟保持同步。10.23MHz的时钟与码速率、L1、L2和导航电文速率的关系如下： 9 | 10 | $$fl1=1575.42 MHz=154*10.23MHz$$ 11 | 12 | $$fl2=1227.60 MHz=120*10.23MHz$$ 13 | 14 | $$fdata=50 Hz=1/204600*10.23MHz$$ 15 | 16 | 每个码片都与导航电文进行模2加和：如果码片与导航电文相同（同为0或者1）则结果为0；否则，结果为1。混合后的信号再与载波进行BPSK调制。 17 | 18 | 第i颗卫星发射的L1信号可以表示为： 19 | 20 | $$S_{L1i}=\sqrt{2P_t}D_i(t)C_i(t)cos(\omega_{L1}t)+\sqrt{2P_p}D_i(t)P_i(t)sin(\omega_{L1}t)$$（2.2） 21 | 22 | 其中 23 | $$S_{L1i}$$是从$$SV_i$$发射的GPS L1信号； 24 | $$P_t$$是C/A码信号的功率； 25 | $$P_p$$是P(Y)码信号的功率； 26 | $$D_i(t)$$是导航电文比特； 27 | $$C_i(t)$$是伪随机噪声序列（C/A码）； 28 | $$\omega_{L1}$$是L1载波频率； 29 | $$t$$是GPS时间； 30 | $$P_i(t)$$是P码或者加密的P码（Y码）序列。 31 | 为了表示BPSK信号，导航电文的二进制数值需要转换为$$\pm 1$$，即0对应1，1对应-1。图2.1表示了C/A码信号各部分的关系。该示意图是一个理想化的模型，目的是为了阐述它们之间的关系。实际上，相位的改变从来不会像图片中描述的那样瞬间改变。 32 | 33 | ![](../img/图2.1 GPS信号各部分之间的的关系.JPG) 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | -------------------------------------------------------------------------------- /chapter2/2.1.2 GPS信号功率水平.md: -------------------------------------------------------------------------------- 1 | ###2.1.2 GPS信号功率水平 2 | 3 | 在地面上接收到的GPS信号是极其微弱的，它们的功率水平在地面噪声以下。正是由于信号体制（如伪码）才使得接收机可以把淹没在噪声中的信号提取出来并进行精准的测量。地面上用户接收到的信号的功率水平如表2.1所示。 4 | 5 | ||L1 C/A Code| L1 P Code |L2 P Code| 6 | | :|------------- |:-------------:| -----:| 7 | | 最小的接收功率|-160.0 dBW|-163.0 dBW|-166.0 dBW | 8 | | 最大的接收功率|-152.0 dBW|-155.5 dBW|-158.0 dBW| 9 | 10 | 表2.1：地面接收到的GPS信号功率水平 11 | 12 | 这些测量都以1W为参考。但是完全的信号功率是没有意义的，因为它没有考虑地面噪声的影响。接收机的性能更多的依赖信号噪声比（信噪比）而不是完全的功率。信噪比如公式2.3所示，是信号功率与噪声功率的比值。噪声功率取决于GPS接收机的处理带宽。 13 | 14 | $$SNR=\frac{S}{N_0B_n}$$ (2.3) 15 | 16 | 其中，$$B_n$$是接收机内部滤波器的带宽； 17 | 18 | $$S$$是在带宽$$B_n$$情况下的信号功率； 19 | 20 | $$N$$是在带宽$$B_n$$情况下的信号功率； 21 | 22 | $$N_0$$是噪声的功率谱密度。 23 | 24 | 实际上，载波功率与噪声功率谱密度的比值$$C/N_0$$（载噪比，单位$$dB\cdot Hz$$）是表示信号功率最常规的方法，因为它与接收机的前端带宽无关。信噪比与载噪比的关系如下： 25 | 26 | $$SNR(dB)=\frac{C}{N_0}(dB\cdot Hz)-B_n(dB)$$(2.4) 27 | 28 | 其中，$$C$$是接收到的信号全部功率。从上式可以看出，信号的功率和噪声的功率可以在已知噪声功率谱密度、接收机处理带宽和载噪比的情况下计算得到。 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | -------------------------------------------------------------------------------- /chapter2/2.1.3 频域上的L1CA码信号.md: -------------------------------------------------------------------------------- 1 | ###2.1.3 频域上的L1CA信号 2 | 3 | GPS信号可以很容易的在频域进行表示。GPS信号一产生，它便通过一条包含噪声和干扰的通道进行传播。在地面接收机的GPS信号是淹没在环境噪声中的，在捕获跟踪之前，对于时域信号，除了噪声什么也没有。对GPS信号在频域的分析是一个强大的鉴定信号特性的工具。因为本文讨论的是L1 C/A码信号模拟器的开发，因此P码和L2并不讨论。 4 | 5 | GPS信号通过频谱扩展产生，它是将带宽为$$B_d$$的数据信号调制在连续的载波上形成$$d(t)$$，从而扩展频谱为$$B_s$$。频谱的扩展可以通过乘以一个更大带宽的码来完成。GPS信号的频谱扩展过程如图2.2所示。因为本图的目的是阐述GPS信号功率谱密度特性，因此y轴没有标明范围。 6 | 7 | 首先，值为$$\pm 1$$，速率为$$f_d$$（50Hz）的GPS导航电文比特流被调制在功率为$$P_d$$的载波上形成窄带信号，如图2.2(a)。该窄带信号宽带为$$B_d$$随即被码速率为$$f_c$$（1.023MHz）的C/A码扩展频谱。导航电文和C/A码有如下的功率频谱密度： 8 | ![](../img/公式2.5-2.6.jpg) 9 | 10 | 11 | 因为导航电文和发射时钟是同步的，因此扩展的频谱结果就是C/A码的频谱。最后，经过扩展的信号被搬移到以$$f_{L1}$$为中心频点的频率上，如图2.2(b)。GPS信号接下来通过一个有加性白噪声的传播通道，噪声的功率谱密度为$$N_0$$，来形成最后的接收信号，如图2.2(c)。接收到的信号在前端进行下变频以及滤波，经过滤波后的中频信号如图2.2(d)所示。 12 | 13 | ![](../img/图2.2 GPS信号的频谱扩展.jpg) -------------------------------------------------------------------------------- /chapter2/2.1.4 CA码的自相关和互相关特性.md: -------------------------------------------------------------------------------- 1 | ###2.1.4 CA码的自相关和互相关特性 2 | 3 | 自相关函数$$f(t)$$定义如下： 4 | $$R(\tau )=\int\limits_{-\infty }^{+\infty }{f(t)f(t+\tau )dt}$$ 5 | 6 | 白噪声的自相关函数除了在$$\tau=0$$外，其他各点都为0。也就是说，一组白噪声的采样向量与任何平移都不相关。伪随机码有着与白噪声相似的自相关特性。但是它的自相关图是分段的，而且在平移超过一个码片时自相关值也不总是0，这是因为伪随机码是有限长度的序列。它的自相关的峰值出现在$$\tau=0$$和$$\tau=\pm nT_c$$，其中$$T_c$$是码片的宽度，单位为s，$$n$$是一个整数。当平移超过程一个码片时，它的第二峰值分别为+63或者-65。 7 | 8 | 两个相互独立的、离散的有限长度白噪声向量是互不相关的，即它们的互相关值为0。Gold码之间的互相关特性与白噪声类似，虽然不完全是0，但是比起各自码的自相关峰值仍然是极小的。任何两个Gold码有着相同的互相关值，并随着码长的增加而变的更低。在C/A码的情况里，互相关值的最大至少为-23.9 dB，低于自相关值（在多普勒频移为0的情况下）。 9 | 10 | PRN1的自相关和两组GPS Gold码（PRN1和PRN2）的互相关值如图2.3所示。自相关和互相关的图对于所有其他的PRN都有着相似的值。 11 | 12 | ![](../img/图2.3 GPS Gold码的自相关和互相关特性.JPG) 13 | 14 | -------------------------------------------------------------------------------- /chapter2/2.2 传统的硬件前端与GPS接收机.md: -------------------------------------------------------------------------------- 1 | ##2.2 传统的硬件前端与GPS接收机 2 | 3 | 有各种各样的为适应不同的应用环境的GPS接收机，因此很难定义一个典型的GPS硬件接收机。但是，依然可以基于接收机的设计要求，对一般GPS接收机进行描述。一台传统的GPS接收机的功能组成框架如图2.4所示。 4 | 一台GPS接收机可以分解成不同的组成部分。首先，天线以及一个前置放大器用来接收GPS射频信号。在天线接收信号之后，前端来完成下变频、采样并进行量化，从而将射频信号转换为中频信号。接下来就进入信号 5 | 处理部分，包括了捕获、跟踪和导航电文解算，从而得到伪距、载波相位和星历。最后的部分，完成用户位置和速度的解算。 6 | 7 | ![](../img/图2.4 一般接收机的功能框图.png) -------------------------------------------------------------------------------- /chapter2/2.2.1 前端.md: -------------------------------------------------------------------------------- 1 | ###2.2.1 前端 2 | 3 | 高频载波对于穿过大气层进行信号传输是必要的。但是高频并不是很方便的进行滤波和解调。 4 | 通过将输入的信号和噪声与本地振荡器进行混频，完成信号的下变频，从而将接收的载波频率变到更加容易控制的程度。 5 | 6 | 通常接收机前端包括滤波器，一个低噪声放大器，一个频率合成器和下变频器。滤波器、低噪放可以和天线封装在一起，组成一个 7 | 集成天线电路。因此，信号经过天线之后变成了射频信号，同时伴随有窄带噪声。接下来，信号就与本地振荡器进行混频。一般是通过两次下变频得到中频信号， 8 | 但是一次变频甚至直接长波段数字采样也是可以的。这里有一个只采用一次变频的例子。GPS信号在前端中的处理过程如公式2.6(a)(b)(c)所示，混频所引入的误差也包含在其中。 9 | 10 | $$S_{IF}(t)+n_{IF}(t)=(S(t)+n(t))*2cos(\omega_{Lo}t)+Harmonics+LO feedthrough+ image noise$$ 11 | -(2.6 a) 12 | 13 | $$S_{IF}(t)=AC(t)D(t)\{cos((\omega_{L1}+ \omega_{Lo}+\Delta \omega)t+\phi_0)+cos((\omega_{L1}- \omega_{Lo}+\delta \omega)t+\phi_0)\}$$ 14 | -(2.6 b) 15 | $$n_{IF}(t)=r(t)cos(\omega)$$ 16 | -(2.6 c) 17 | 18 | 其中，$$A$$是信号的幅度，$$S_{IF}(t)是中频信号，$$n_{IF}(t)$$是下变频之后的噪声， 19 | $$\Delta \omega$$是频偏（多普勒等），$$\phi_0$$是载波相位（但是模糊），$$\omega_{Lo}$$是本地振荡器的频率，$$\omega_{IF}$$是中频频率，$$\varphi (t)$$是噪声的相位。 20 | 21 | 信号经过下变频之后就得到了中频信号，而其他频率的信号则被滤波器滤除。由于混频器是非线性器件，因此会产生谐波频率，通常都会远高于中频，因而很容易被滤除掉。本地振荡器的电路是一个 22 | 很小的本地振荡频率器件，会产生频率泄露。镜像噪声是由噪声在混频过程中在镜像频率处产生的，它位于$$\omega_{L1}-2\omega_{Lo}$$和$$\omega_{L1}-2\omega_{IF}$$处。接收机会区分出以上提到的各种频率（本地振荡器频率、中频、载波频率、镜像频率和谐波频率），从而保证只有信号会通过在而 23 | 其他的频率全部被滤波器滤除掉。接收机的频率设计是在中频阶段保持信号质量的关键。下变频过程中用到的 24 | 滤波器对于移除带外干扰，增加中频信号的信噪比也是很重要的。 25 | 26 | 一旦信号完成了下变频以及滤波，就可以进行采样了。采样完成了GPS信号从模拟到数字的转换。模拟信号通常用1到5位来量化。5位量化只会造成0.5 dB的损失，而更高位的量化不会带来更大的提高。 27 | 自动增益控制电路被用来辅助采样过程，它放大接收到的信号，从而使得ADC使用满量程。多数的商用接收机都使用了1位量化。这种方案不需要AGC。采样频率可以被选择，以将中频直接转换为基带或者残差频率。 28 | 采样频率可以在低于奈奎斯特采样率的情况下，将中频信号转换为残差频率。这种形式的采样有可能造成频率或者相位的反转。 -------------------------------------------------------------------------------- /chapter3/GPS中频模拟器的实现.md: -------------------------------------------------------------------------------- 1 | #GPS中频模拟器的实现 2 | -------------------------------------------------------------------------------- /img/公式2.5-2.6.JPG: -------------------------------------------------------------------------------- https://raw.githubusercontent.com/sywcxx/IF-GPS-Signal-Simulator-Development-and-Verification/a00eecc5c96f43e14dc336b1612e7df4092f5588/img/公式2.5-2.6.JPG -------------------------------------------------------------------------------- /img/图2.1 GPS信号各部分之间的的关系.JPG: -------------------------------------------------------------------------------- https://raw.githubusercontent.com/sywcxx/IF-GPS-Signal-Simulator-Development-and-Verification/a00eecc5c96f43e14dc336b1612e7df4092f5588/img/图2.1 GPS信号各部分之间的的关系.JPG -------------------------------------------------------------------------------- /img/图2.2 GPS信号的频谱扩展.jpg: -------------------------------------------------------------------------------- https://raw.githubusercontent.com/sywcxx/IF-GPS-Signal-Simulator-Development-and-Verification/a00eecc5c96f43e14dc336b1612e7df4092f5588/img/图2.2 GPS信号的频谱扩展.jpg -------------------------------------------------------------------------------- /img/图2.3 GPS Gold码的自相关和互相关特性.JPG: -------------------------------------------------------------------------------- https://raw.githubusercontent.com/sywcxx/IF-GPS-Signal-Simulator-Development-and-Verification/a00eecc5c96f43e14dc336b1612e7df4092f5588/img/图2.3 GPS Gold码的自相关和互相关特性.JPG -------------------------------------------------------------------------------- /img/图2.4 一般接收机的功能框图.png: -------------------------------------------------------------------------------- https://raw.githubusercontent.com/sywcxx/IF-GPS-Signal-Simulator-Development-and-Verification/a00eecc5c96f43e14dc336b1612e7df4092f5588/img/图2.4 一般接收机的功能框图.png --------------------------------------------------------------------------------