23270

اكتساب سيگنال‌هاي GPS بر اساس روش‌هاي هوشمند در محيط‌هاي سيگنال ضعيف

كارشناسي ارشد

سيستم هاي الكترونيك ديجيتال

1397-1399

1399/11/11

دكتر سيد محمدرضا موسوي ميركلائي

برق

هر گيرنده‌ي سامانه موقعيت‌ياب جهاني (GPS) به سه بخش اكتساب، رديابي و حل معادلات ناوبري تقسيم مي‌شود. اكتساب به عنوان اولين و مهم‌ترين بخش در گيرنده‌هاي نرم‌افزاري شناخته شده است. اين بخش با مشكلاتي از قبيل افزايش سرعت دستيابي به سيگنال GPS مواجه است. زيرا در بعضي موارد، اثر داپلر باعث مي‌شود فركانس دريافتي توسط گيرنده با فركانس ارسالي توسط ماهواره متفاوت شود. در اين پايان‌نامه، سه روش جديد براي بهينه‌سازي فضاي جستجو داپلر و افزايش سرعت اكتساب سيگنال‌هاي GPS پيشنهاد داده‌ايم. در بدترين حالت ممكن، اثر داپلر باعث مي‌شود كه فركانس سيگنال دريافتي به ‌اندازه‌ي ∓10 KHz جابه‌جا شود. در روش پيشنهادي اول، باند فركانسي را با استفاده از فيلتر محدود مي‌كنيم. سپس با جابجايي فيلتر، فضاي ∓10 KHz را كاملاً پوشش مي‌دهيم. در هر جابجايي، ماهواره‌هاي در ديد گيرنده (LOS) شناسايي و از ليست ماهواره‌هاي باقي‌مانده جدا مي‌شوند. در اين روش سعي بر آن است كه بهترين فيلتر براي كاهش زمان اكتساب، انتخاب شود. در روش دوم، گام فركانسي ثابت را به گام‌هاي فركانسي چندگانه تغيير مي‌دهيم، به‌طوري‌كه در هر مرحله يك گام فركانسي تعريف و همانند روش قبل، ماهواره‌هاي در ديد گيرنده از ليست ماهواره‌هاي باقي‌مانده جدا مي‌شوند. روش پيشنهادي سوم از ادغام روش‌هاي اول و دوم ساخته شده است. به‌عبارت‌ديگر، ابتدا باند فركانسي با اعمال فيلتر به باندهاي كوچك‌تر تقسيم شده (همانند روش اول) و سپس در هر زير باند، گام‌هاي فركانسي چندگانه اعمال مي‌شوند (همانند روش دوم). براي ارزيابي همه روش‌هاي پيشنهادي، از دو مجموعه داده واقعي استفاده مي‌كنيم كه در محيط دانشگاه علم و صنعت ايران جمع‌آوري شده است. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهند كه روش‌هاي پيشنهادي اين تحقيق در مقايسه با روش متداول گام ثابت، عملكرد بهتري دارند. به ‌طوري ‌كه روش‌هاي پيشنهادي اول، دوم و سوم، از نظر زمان اجرا و پيچيدگي محاسباتي نسبت به روش گام ثابت به ترتيب، باعث بهبود شرايط به ميزان 26%-19%، 33%-19% و 36%-20% مي‌شوند. واژه‌هاي كليدي: سامانه موقعيت‌ياب جهاني GPS، اكتساب، رديابي، حل معادلات ناوبري، اثر داپلر.

1399/12/06

Acquisition of GPS Signals based on Intelligent Methods in Weak Environments

1/31/2022 12:00:00 AM

Each software Global Positioning System (GPS) receiver consists of three sections called acquisition, tracking, and navigation. The acquisition section is known as the first part of the receiver that has some serious problems to increase the speed of acquiring the GPS signals. In some cases, the Doppler Effect (DE) that causes the relative motion between satellite and receiver leads to transforming the carrier frequency of the GPS receiver. In this study, we propose three new methods to optimize the Doppler search space and improve the acquisition speed of the GPS signals. In our presented methods, the Doppler frequency band has a deviation of ∓10 KHz so that it has been considered in the worst case. In the first proposed method, we limit the frequency band by using a smaller filter and then completely cover the space of IF∓10 KHz by shifting the filter. In each shift, the satellites in Line of Sight (LOS) are detected and separated from the collection list of satellites. In this method, the best filter that reduces the acquisition time is selected. In the second proposed method, the frequency bins are divided into multi-stages. Furthermore, at each stage, a new frequency bin is determined and the acquired satellites in LOS are separated from other visible satellites. The third proposed method is made from the integration of the first and second methods. In other words, first the frequency band is divided to smaller bands by applying a filter, which is utilized in the first method. Then the multi-stages frequency bins are applied in each frequency band. To validate all proposed methods, we utilize two real datasets that were collected from around Iran University of Science and Technology (IUST). The experimental results represent that our proposed methods have a superior performance compared to the conventional bin-fixed method so that the first, second, and third suggested methods outperform the conventional bin-fixed method in terms of the execution time and computational complexity by approximately 26%-19%, 33%-19%, and 36%-20%, respectively. Keywords: GPS, Acquisition, Tracking, Navigation, Doppler Effect, Line of Sight.

سامانه موقعيت‌ياب جهاني , اكتساب , رديابي , حل معادلات ناوبري , اثر داپلر

GPS , Acquisition , Tracking , Navigation , Doppler Effect