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对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。     

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.     

基于FFT的高动态扩频信号快速捕获

在卫星通信系统中,卫星相对于地面有非常大的径向速度,这种相对运动使地面上的扩频应答机接收到的信号附加了较大的多普勒频移,捕获难度大。针对高动态扩频信号捕获问题,提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)的快速捕获方法,并完成了软件仿真和硬件实现。该方法用FFT的方法遍历了伪随机码的所有相位,并通过本地伪码做FFT运算后的左/右循环移位来遍历多普勒频率范围,能够在得到载波多普勒频移的同时捕获伪随机码相位偏移。仿真结果表明,该方法具有捕获效率高,占用资源少的优点,适用于高动态环境。     

多普勒频移修正下的快速伪码捕获技术的实现

快速准确地实现伪码捕获是扩频通信研究的关键。在实际应用中,通常会存在噪声干扰和多普勒效应的影响,导致捕获难度变大。传统的串行捕获或并行捕获法存在捕获时间长、低信噪比环境下难以实现捕获或难以克服多普勒效应的影响等。详细研究了多普勒频移对伪码捕获的影响,利用FFT的算法进行伪码捕获,并对多普勒频移进行修正,通过仿真,证明了此种方法可以在低信噪比和较大多普勒效应下准确地实现伪码的快速捕获。     

一种精度改进的短时匹配滤波器和FFT的高速捕获算法

针对传统的短时相关和FFT(Fast Fourier Transform:快速傅里叶变换)相结合的高速信号捕获算法的优点以及不足之处,在该算法的基础上,提出了一种可以获得更高的捕获精度并且不需要大量增加FFT点数方法。该方法在获得相同的伪码精度的条件下,可以大大提高对载波多普勒频移的估计。仿真结果证明了该方法的正确性。更精确地捕获精度保证了GPS接收机能成功地进入跟踪状态。     

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FPGA的GPS信号频域捕获算法设计及其实现

GPS信号捕获是GPS接收机的关键技术,针对常用的GPS接收机中采用的串行滑动相关捕获技术速度慢的缺点,设计了基于FPGA的频域快速捕获算法.与传统的时域相关捕获算法相比,采用FFT技术的频域捕获算法可以快速捕获到多普勒频移及C/A码相位延时.同时使用了系统级建模工具System Generator设计快速捕获算法的FPGA硬件方案,并采用时分复用的方式使每次相关运算共用一个FFT核,节省了大量的硬件资源.     

GNSS-R接收机信号捕获算法设计

在GNSS—R接收机的信号处理过程中,由于卫星和接收机之间的相对运动会产生较大的多普勒频移,同时大多数情况下接收机只能接收到比较弱的信号。而针对信号的这些特点,提出了一种对信号进行捕获的设计方法。用快速傅立叶变换(FFT)捕获算法将接收信号和本地再生伪码在时域的相关计算转换成频域的相乘计算,从而大大减少捕获时间,并用非相干积累的方法提高系统对于信号的捕获能力。同时,在这些计算完成之后,通过使用搜索检测器来保证在捕获概率变化较小的情况下,降低总的虚警概率。     

基于多卫星的GPS中频信号生成方法

提出一种GPS中频数字信号的生成方法,以实现信噪比和多普勒频移均可调的多卫星GPS信号的模拟,可为软件接收机技术以及基于微弱信号处理的高灵敏度GPS接收机的研究提供可靠的信息源.根据接收机中信号处理模块的功能架构提出GPS中频信号模型,并使用真实伪距和载波相位等GPS原始数据、多卫星的导航信息和强度可调的噪声信号模型等拟合出GPS的中频信号.通过捕获、跟踪和导航电文解调等实验结果表明,生成的信号完全具备GPS信号的所有特征,可用于软件接收机的定位解算.     

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。     

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软件接收机信号处理算法

为了在通用处理器上实现GPS软件接收机功能,提出了一套适用于GPS软件接收机的信号处理算法。考虑到GPS软件接收机与传统的GPS接收机的信号处理算法在捕获、跟踪、观测量提取等诸多方面的不同,该算法以本地预存的载波表与码表来产生跟踪中需要的本地载波与伪码,增加了软件接收机的信号处理效率。基于该算法,在MATLAB平台上实现了一个非实时的GPS软件接收机,并利用实际卫星信号进行了测试。测试结果表明,其定位结果的误差标准差为6.3m。该研究为实时GPS软件接收机的实现打下了基础。     

GPS软件接收机信号处理算法

为了在通用处理器上实现GPS软件接收机功能,提出了一套适用于GPS软件接收机的信号处理算法。考虑到GPS软件接收机与传统的GPS接收机的信号处理算法在捕获、跟踪、观测量提取等诸多方面的不同,该算法以本地预存的载波表与码表来产生跟踪中需要的本地载波与伪码,增加了软件接收机的信号处理效率。基于该算法,在M ATLAB平台上实现了一个非实时的GPS软件接收机,并利用实际卫星信号进行了测试。测试结果表明,其定位结果的误差标准差为6.3m。该研究为实时GPS软件接收机的实现打下了基础。     

GNSS信号兼容捕获算法

目前卫星导航定位系统正在从单一的GPS时代向多星座并存的GNSS时代转移,多星座兼容的卫星导航接收机将会成为未来接收机产品的主流.常用的伪码频域和时域捕获算法,虽可以实现特定系统的伪码信号的快速捕获,但对于处理多个系统、多种调制方式、不同码长的卫星信号而言,尚存在一定的局限性.本文将提出一种应用于GNSS兼容接收机的通用信号快速捕获方法.经实际测试表明,该算法实现了兼容捕获GPS,GLONASS,Galileo和COMPASS等GNSS信号,可以对不同类型的卫星导航信号进行快速捕获,具备较高的实用价值.     

旋转条件GPS接收信号频率和相位变化分析

针对高旋转弹丸GPS接收机无法正常工作的问题,通过计算和分析高旋转条件GPS接收信号的频率和相位变化,为设计高旋转条件GPS接收机基带算法提供依据. 根据弹丸旋转运动特点和GPS信号的传播特性建立数学模型,对由于旋转引起的GPS接收信号的多普勒频率和相位变化进行计算. 结果表明,在转速为200r/s时,产生的载波最大多普勒频移为300Hz,相位变化为0.6π,这对载波环路跟踪会产生很大影响. 而码多普勒频移和相位变化不大. 计算结果对高旋转条件GPS信号捕获和跟踪算法设计具有重要参考价值.     

全数字扩频收发信机技术

提出一种在接收信号具有显著多普勒频移的不确定性条件下，适用于全数字实现的扩频码和载波快速同步的新型扩频收发信机技术．对伪码捕获采用了16个通道并行搜索伪码相位的方式，将原来单路捕获所需的时间缩短到1／16．AFC技术采用FFT校频的方式对载波残差进行对消，有效地消除了多普勒频差对解扩增益的影响，同时还采用了巴克码作为交织帧的帧头，在Viterbi译码时可以快速地进行节点同步，防止出现比特位模糊，该接收机能在极短时间内快速建立同步，有效地实现实时突发通信。     

GNSS信号捕获中的伪码多普勒补偿技术

针对全球导航卫星系统(GNSS)信号捕获中存在伪码多普勒,提出一种基于时延控制的伪码多普勒补偿方法,通过数字延迟滤波器补偿由于伪码多普勒引入的本地码和接收信号的相位不匹配。给出包括码多普勒补偿在内的新的GNSS信号捕获结构,并对全球定位系统(GPS)C/A码信号进行仿真验证。研究结果表明:延迟滤波器阶数越大,码多普勒的补偿效果越好;在采样率为5 MHz时,采用三阶Farrow结构的分数阶延迟滤波器捕获损耗降低至0.2 d B。     

TDRSS中多普勒频移消除方法的研究

在TDRS通信系统中,用户星相对于中继星的高动态性引入的多普勒频移对扩频信号的捕获造成了很大的困难。文章在分析多普勒频移对PN码捕获性能影响的基础上,采用基带正交对消法去消除多普勒频移,消除了多普勒频移对PN码捕获电路的影响,解决了低信噪比情况下在基带上消除多普勒频移的难题。     

一种用于高动态全球定位系统信号跟踪的新模型

针对传统全球定位系统(GPS)信号跟踪方法在高动态环境下跟踪精度不够理想且容易失锁等缺陷,提出了一种新的跟踪模型.采用包含多普勒频移与码相位误差的二维观测相关器组,并通过基于列文伯格-马夸尔特方法优化的迭代扩展卡尔曼滤波算法,使跟踪环路在码相位与载波频率初始捕获误差较大的情况下,依然能够快速而准确地收敛,成功解调出导航信息.仿真结果显示,利用新的GPS信号跟踪模型能够高质量地完成加速度为150g的高动态GPS信号跟踪.     

一种直接序列扩频系统的大频偏二次捕获算法

研究多普勒频偏大于码元速率的扩频信号捕获问题和大频偏估计的模糊问题,提出了一种扩频系统的大频偏二次捕获算法,并提出了二次捕获概念.该算法采用时频并行搜索的大频偏估计完成频偏预估计和补偿,将准基带信号的频偏预估解扩值进行预处理后构造相邻频点,并依据该频点对输入信号进行二次捕获消除频偏粗估计的频点模糊,完成大频偏下的正确捕获输出原始数据信息.仿真和实测结果表明,该算法采用时频并行搜索的大频偏预估计、FFT细频偏估计与二次捕获相结合的方法可以有效缩短二次捕获的时间,满足大频偏下载波快速同步要求,提高了低信噪比通信环境下的捕获概率,算法实现简单、灵活,频偏估计精度高.