GPS数字中频信号仿真及捕获验证

为测试全球定位系统(global positioning system,GPS)软件接收机中GPS信号处理算法的功能,有必要对GPS信号进行仿真.在分析GPS数字中频信号数学模型的基础上,详细阐述了信号仿真的步骤并实现了GPS数字中频信号仿真器.在捕获算法中,分析了时域串行搜索捕获和频域并行搜索捕获算法的复杂度.与其他捕获算法相比,并行码相位捕获算法大大减小了复杂度.选择了捕获速度快的并行码相位搜索捕获算法时产生的中频信号进行验证,结果表明,仿真器可以为GPS信号处理算法提供可靠的信号源.     

一种基于稀疏快速傅里叶变换的卫星信号捕获算法

卫星信号搜索捕获时间长短是影响GPS软件接收机的重要因素。为了更快速、准确地完成卫星信号的捕获,文中提出了一种基于稀疏快速傅里叶变换的并行捕获算法。该算法采用取模运算、余数不同的采样思想,首先对中频信号和本地码进行一次下采样来获得中频信号和本地码的一个子集,其次对多普勒频移量进行一次下采样来获得多普勒频移量的一个子集;然后在子集中进行卫星信号的并行捕获。研究结果表明,与GPS卫星信号的并行捕获算法相比,该算法有效地减少了运算量,提高了捕获性能。最后通过实验验证了该算法的正确性。     

GPS信号捕获策略的研究

文章在传统GPS信号捕获算法的基础上提出了一种适用于GPS软件接收机的信号捕获策略,它能够准确而有效地搜索捕获到可见的GPS卫星信号,利用并行码相位快速搜索算法对GPS信号进行快速初捕获,使用N-M检测算法对被捕获结果进行确认,再做进一步的优化,从而得到真实可靠的捕获数据,以供信号跟踪阶段使用。     

基于通用相关器的高动态GPS信号并行快速捕获

高动态全球定位系统(GPS)信号的快速捕获是GPS接收机的关键技术之一,然而现有算法难以兼顾捕获速度和硬件成本。该文研究在低成本通用GPS器件上实现快速捕获算法。对高动态GPS信号的并行捕获方法基于商用GPS系列芯片GP4000进行了改进,通过扩大算法频率搜索步长提高搜索效率。对该算法进行仿真验算并利用接收的GPS卫星信号进行实测。结果表明:改进算法可以有效地扩大GPS接收机频率搜索步长,提高接收到的卫星信号的质量,同时缩短卫星信号的搜索时间。     

全球定位系统预解扩延时相乘捕获算法

针对全球定位系统(GPS)信号捕获中延时相乘捕获算法检测率低的问题,提出一种预解扩延时相乘捕获算法,以提高信号捕获的检测率.首先对信号进行码相位搜索和解扩,然后在延时相乘操作前、后分别使用窄带滤波器来减小噪声带宽和功率,以提高信噪比和检测率.通过蒙特卡罗方法对其检测率特性进行仿真.结果表明,相比于延时相乘捕获算法,该算法检测率明显提高,并且保持了捕获过程中不受频偏影响的优势.在软件接收机中应用该算法对GPS信号成功捕获,证明了算法的有效性.     

并行码相位结合分形重构的TMBOC调制信号捕获算法

针对TMBOC调制信号自相关函数多峰值造成的捕获模糊性问题,提出了一种并行码相位结合分形重构去除模糊性的捕获算法.该算法首先对接收信号解调,然后用本地PN和BOC码分别与解调后的信号循环相关,对相关结果取模相加,最后利用分形重构算法折叠出没有副峰的相关函数.理论分析和仿真结果表明,重构算法能有效捕获到信号,算法复杂度较低,而且相关峰值比ASPeCT算法提高了43.7%,经过两径信道时主峰能量达到96%.     

GPS L2C CM码快速捕获算法研究及互噪声分析

GPS L2C信号是GPS现代化Block IIR-M卫星发射的一个新型民用信号,其主要由时分复用的CM码与CL码组成.由于CM码的码长较短,一般先捕获CM码,再利用CM和CL之间的固定相位关系实现L2C的捕获.文中重点研究了GPS L2C信号CM码采用分块折叠法进行快速捕获的算法,并且推导了分块折叠算法的互相关噪声,同时利用仿真计算得到了精确的互相关噪声的经验公式.仿真结果证明,分块折叠法能够快速捕获L2C信号CM码的相位,并且互相关噪声符合推导结果.     

载波与码相位分离的载波频偏估计算法

文章提出一种将载波与码相位分离的载波频偏估计算法。该算法可以高精度、快速地估计卫星信号的载波频偏。算法的主要思想是:在对卫星数字中频信号下变频后,将I、Q2路信号直接做乘法运算,实现二相码相位与载波频偏的分离,然后对信号进行FFT频谱分析和频率精细估计,实现载波频偏的精确估计。仿真实验表明此算法简单易行,可以实现高动态扩频信号的捕获,适用于导航接收机的开发。此外,此算法为近地轨道(LEO)通信领域的研究提供了一个新思路。     

GPS数字中频信号的模拟

研究了GPS软件接收机中GPS数字中频信号模拟的基本原理。首先,介绍了GPS信号的调制过程;其次,分析了C/A码的产生原理,并分析了信号的数字化原理;再次,讨论了GPS信号中夹杂的噪声及GPS数字中频信号的模拟过程;最后,针对不同环境分别对GPS数字中频信号频谱进行了仿真实验。结果表明,其频谱比较准确。既能从图中看出调制过程,也能够求出其载波频率,为以后的研究奠定了重要的基础。     

基于码部分相关性的GPS信号捕获算法

为提高GPS信号的捕获速度,减少捕获时间,从C/A码的部分相关性出发,提出一种基于1024点FFT的码相位捕获算法.将输入数据按1024点进行分段,对每段1024点分别采用FFT算法进行捕获.仿真结果表明,该算法既保证了码相捕获精度,又有效降低了计算量,提高了捕获速度.可以利用现有的1024点FFT核完成设计,对系统硬件要求较低.该算法对GLONASS、GALILEO、北斗导航系统的信号捕获也具有很好的借鉴作用.     

室内GPS中频信号的数字化采集设计

介绍了一种ICS公司生产的高速数据采集卡ICS554在室内GPS中频数据采集中的典型应用。采集后的信号经过PCI总线模块后,数据被上传到PC机进行数据存储,实现了室内GPS中频信号的数字化采集。实验结果表明,室内外两路天线的设计有利于适合室内环境下的需求,同时通过PCI总线可以将采集数据实时高速的传输到PC机,有助于后续对室内信道特性的数据建模和研究。     

FFT and PLL based GPS signal processing for Software GPS Receiver

This paper presents FFT and PLL based GPS signal acquisition and tracking algorithms for a software GPS receiver. Conventional hardware based acquisition and tracking have some restrictions in processing signal with poor signal to noise ratio. The FFT of digitized local signals of multiple carrier frequencies for a specified Doppler band are pre-computed and are circular correlated with the digitized incoming signal from RF-front-end in an organized computational order. The global maximum of the correlation is associated with the closest estimates of the Doppler shift and the code shift. PLL refines the estimates to track the signal. Doppler information from an external source can readily be integrated to narrow down the frequency band for correlation and is especially useful for tracking in a high dynamic navigation situation. The performance of the proposed algorithms is evaluated through post processing of the IF signals acquired from a commercial hardware GPS receiver.     

An Intermediate Frequency Acquisition Scheme for S-band Single Access Link of the Tracking and Data Relay Satellite System

A nonzero intermediate frequency (IF) likelihood acquisition scheme designed for S-band Single Access (SSA) link of China's Tracking and Data Relay Satellite S y stem (CTDRSS) is introduced. The received signal is downconv erted to IF, and then direct sampled in IF using a 1-bit A/D. After the digital i zation, the sampled data is detected using a hybrid likelihood acquisition schem e. Using this structure, large noise figure of the analog mixer or active filter s, amplitude and phase imbalance between low-frequency in-phase and quandratur e- phase channel can be avoided. An easy designing algorithm of the acquisition sch eme is also derived. The performance and algorithm are verified by computer simu lation.     

基于USB2.0的GPS中频数据采集器研制

以GP2015和CY7C68013A为核心,进行了GPS中频数据采集器的研制.该采集器可以接收GPS信号并将其转换成数字中频数据,通过编写的USB设备控制程序和PC端上位机程序,实现中频数据的传输和保存.将采集的中频数据进行定位实验,实验结果表明:本文研制的GPS中频数据采集器能够正确、完整的保存数据,并且数据满足定位要求.     

基于FPGA+DSP的北斗信号快速捕获算法设计与实现

为了解决北斗卫星接收机中传统并行频率捕获算法傅里叶变换需要处理的数据量大而影响卫星信号捕获速度的问题,提出了一种基于相干降采样的北斗信号快速捕获算法。利用FPGA+DSP（高速数字信号处理器+现场可编程逻辑门阵列）,在传统的并行频率捕获算法中加入相干降采样模块,当信号进行载波剥离和伪码剥离后,通过降低采样频率的方式减小傅里叶变换需要处理的数据量,再对卫星信号进行三维搜索。结果表明,理论上所提算法计算量减少了80%以上,对实际北斗信号进行捕获时,平均每颗星的捕获时间为9.95 ms,内存资源消耗相比于传统并行频率捕获算法减少了42%。因此,新算法能在节约资源的同时有效提高捕获速度,可为进一步提高软件接收机的捕获性能提供参考。     

GPS软件接收机结构与仿真实现

介绍了GPS软件接收机的基本结构与原理;分析了软件接收机捕获要求,使用频域并行算法作为信号捕获算法;介绍了信号追踪中码同步与载波同步原理与实现。使用Matlab6.5和Simulink进行了GPS软件接收机的仿真。     

信号调制模式识别系统的设计和实现

针对通用接收机的中频信号输出,设计了中频信号采集、中频信号处理和高速数据传输硬件系统,应用于无线电监测系统.系统能够完成宽频段扫描、锁定信号频率,实时采集中频信号.信号经高速A/D变换可以实时或经SDRAM缓冲后(当采样速率过高时)由USB2.0总线传入PC,或由LinkPort传入后端双DSP综合信号处理板进行调制识别处理,完成无线电监测.整个系统的协调工作由FPGA完成,系统时钟可调,参数可选.测试结果表明数据采集精度好,性能完全符合要求,可方便应用于无线电监测以及其他调制识别系统中.     

基于多卫星伽利略E1频段中频信号的生成方法

为了模拟二进制偏移载波BOC(1,1)调制下的多卫星伽利略信号,提出了一种伽利略E1频段数字中频信号的生成方法.其中,通过模块化和图形化设计,逐层细化而拟合伽利略信号所需步骤,包括扩频码的产生、BOC调制的实现以及导航信息、载波和可调噪声源的叠加,并通过信号的自相关及其捕获等处理.结果表明,所生成的信号具有伽利略E1频段BOC(1,1)调制的信号特征,其信噪比和多普勒频移可调,可用于软件接收机的信号处理解算.