抽空用手机写一写做接收机的心得，由于本萝卜也还是个学生，文章涉及的内容也是我个人在科研中遇到的问题，但工程经验比较欠缺，所以文章提到的算法可能并不是所谓的“标准答案”，和一些经验丰富的工程师相比，根本不值一提。唯一可能的优势就是完整地编过一套自己的GNSS软件接收机，对接收机内部大概怎么玩的，比较一般人了解一点。写出来的东西更多的是对自己的自我检查，希望各位朋友在阅读的时候，能积极发现文章中的不足之处。当然更希望各位能从我写的这些小经验中攫取到一些自己想要了解的东西。最后，非常感谢大家关注我的专栏。

注：本文涉及到的具体卫星信号都将以GPS L1 C/A 信号为例。

第一部分：GNSS射频信号转换到数字中频信号

每颗导航卫星向地面发射射频信号，首先，需要利用一个合适频段的GNSS天线接收到GNSS射频频段的发射信号，被接收到的该射频信号先通过一个低噪放，使该信号被调整到一个合适的电压范围；然后下变频模块将模拟射频信号转换成模拟中频信号，中频频段的信号才能够被接收机处理，但还需要将模拟信号转换成数字信号；其中，自动增益控制，能自动调整模拟中频信号的幅度，使信号能被充分地量化；最后，模数转换模块将接收到的GNSS模拟中频信号转换成能被接收机处理的数字中频信号。

我们可以用一个GNSS天线和一个商业射频前端模块来完成这一系列对接收到的GNSS模拟射频信号到数字中频信号的转换过程，数字中频信号才是能被GNSS基带处理的信号。

第二部分：信号捕获

GPS信号利用信号中调制的不同的伪随机噪声码PRN来区分不同卫星发射的信号，对于GNSS捕获模块，其最重要的任务就是获取两个粗糙的估计值：一是，初始的PRN码相位，二是，接收机相对于该通道卫星视线方向LOS的多普勒估计值。由于有两个未知量需要估计，所以捕获的基本原理就是在码相位（GPS L1C/A 要在0-1023中进行搜索）和多普勒值（根据导航卫星的运动状态以及地面用户动态估计，一般搜索范围为±5000Hz）这两个参数组成的二维空间中进行搜索，每移动一对数值，接机利用停留在改处的多普勒和码相位复制一组与接收到的卫星信号结构完全相同的本地信号，然后将接收和复制的信号每个采样点对应相乘累加（相干积分），获得一个累加和，将该累加和与预先设定好的门限值进行比较，若超过门限值，则信号捕获成功，否则继续搜索下一组码相位和多普勒，直到遍历整个搜索范围，若仍然未能捕获到信号，则该通道的信号捕获失败。

捕获一般有三种算法：

第一，在码相位和多普勒维度均利用串行的搜索方式，码的搜索步进至少为1/2个码片，多普勒搜索步进至少为2/(3T)，步进越小，捕获成功率越高，其中T为一次相干积分的时间。

第二，在多普勒维度串行搜索，码相位维度并行搜索。假设多普勒值已经确定，只搜索码相位，由于需要遍历整个0-1023的范围，每移动一个步进需要做一次相乘累加（相干积分），所以该过程可以看成是一次码的卷积过程。所谓码并行搜索，首先我们默背一遍傅里叶变换的其中一个口诀“频域相乘，时域相卷”，码卷积就是时域相卷，因此，我们需要将本地复制信号和接收到的中频信号分别做一次傅里叶变换，使它们转换到频域上面，之后在频域对两者相乘，最后对相乘后的结果进行傅里叶反变换，得到的结果就是整个码搜索范围的一组累加和。

第三，在码相位维度串行搜索，多普勒维度并行搜索。假设码相位已经确定，只搜索多普勒。所谓多普勒的并行搜索，我们可以给出两种理解方式：一，将接收到的信号和本地复制信号每个采样点点对点相乘，若接收信号和本地信号完全相同，那么它们相乘后的结果可以看成是一条直流信号，直流信号频率为0，那么对直流信号进行傅里叶变换，最终信号频域幅度的最大值会出现在0Hz的位置，如果本地和接收信号频率不同，那么最大值将会出现在频域不为0Hz的地方，这样的话，最大值如果超过门限，那么本地的多普勒值将会最终被确定；二，默背傅里叶变换的另一个口诀“时域相乘，频域相卷”，同理，多普勒的在捕获中的搜索过程可以看成是频域的卷积过程，所以频域的并行算法，即，对本地信号和接收信号相乘后做一次傅里叶变换，结论与第一种理解方式相同。

本文主要写了一些GNSS射频信号处理和捕获算法的心得，之后?会不定期?补充一些内容。另外，接下来?会谈谈GNSS接收机的跟踪算法。

如有不妥，欢迎指正，谢谢~

本文禁止转载