如何进行多模卫星导航信号的快速捕获算法研究

　　未来多个卫星导航系统组成的全球导航卫星系统将为全球民用导航用户提供更多选择。正是由于多种卫星导航定位系统的出现和发展，GNSS呈现出多极化的发展趋势。而只可接收单个卫星导航系统中导航信号的接收机也逐渐被多模接收机取代。能够接收多个卫星导航系统卫星导航信号的多模卫星导航接收机成为未来卫星导航接收机的发展方向。

　　本论文主要研究多模卫星导航接收机卫星信号的捕获算法及其性能改进等问题。主要用三个章节分别对多模卫星导航信号的仿真、卫星导航信号捕获算法和GPU计算在卫星导航信号捕获算法中的应用这三个方面的主要工作内容进行了分析和探讨。在多模卫星导航信号的仿真阶段首先对GPS、GLONASS、伽利略和北斗四个卫星导航系统的发展及其卫星导航信号的产生方法和原理进行了阐述，重点研究了GPS L1卫星导航信号和“北斗二代”B1卫星导航信号的产生原理及参数设置的异同，分别给出了两种信号的仿真框图，并用Simulink实现了包含有两种卫星导航信号的多模卫星导航信号的仿真，为后续章节的实验分析提供了信号来源。在卫星导航信号的捕获算法研究阶段分析了串行搜索捕获、并行频率空间搜索捕获和并行码相位搜索捕获三种经典的卫星导航信号捕获算法，并用MATLAB程序实现了串行搜索捕获算法和并行码相位搜索捕获算法，最后根据第二章中生成的仿真数据给出了算法的捕获结果。在研究GPU计算在卫星导航信号捕获算法中的应用阶段首先介绍了GPU的硬件结构和CUDA的编程模型，提出了可以将GPU计算应用在串行搜索捕获算法中的思想，并通过分析成功地将串行搜索捕获算法转化成适合GPU计算的矩阵相乘模型，最后用CUDA程序实现其算法并结合实验平台进一步对CUDA程序进行了优化。优化的结果表明结合GPU进行计算的串行捕获算法速度是使用CPU进行计算时的数十倍，从而利用GPU的多核并行运算特点有效提高了捕获算法的性能。

　　论文的最后对本文所做的工作进行了总结，并对以后的研究方向进行了分析和展望。

　　未来多个卫星导航系统组成的全球导航卫星系统将为全球民用导航用户提供更多选择。正是由于多种卫星导航定位系统的出现和发展，GNSS呈现出多极化的发展趋势。而只可接收单个卫星导航系统中卫星导航信号的接收机系统，因其可见卫星数量、系统固定误差等因素导致其可用性以及服务完整性监测的性能受到了极大的限制。而多模接收机由于具备更稳健、更准确、更完备的导航性能，成为未来卫星导航接收机的发展方向。同时，对于多模卫星接收机的研究尤其是对我国的“北斗二代”导航系统的研究有助于促进和加快我国“北斗二号”卫星导航系统的应用开发和产业发展，现在北斗卫星导航系统尚未完善，系统建设和系统开发的同步进行对北斗卫星导航系统未来全球大范围应用起着重要的作用，对发挥其潜在的经济和军事潜力，拓展应用领域有着关键影响。

　　其中，在接收机处理卫星导航信号的过程中，码和载波的捕获性能则会直接影响接收机的性能。而捕获算法中平均捕获时间被普遍用于衡量接收机的捕获性能，之前的一些捕获算法的改进多是通过减少搜索次数来提高捕获算法执行的速度，或多或少引入其他更复杂的计算或者降低了捕获的精度。而本文提出的利用GPU运算真正在不改变搜索次数及其精度的情况下，通过多核并行化运算真正提高算法执行效率，减少捕获时间。这对于提高卫星信号接收机的处理性能有着重要的研究意义。