基于FFT的GPS信号快速捕获算法研究

GPS信号捕获是GPS接收机信号处理的关键技术之一,选择合适的捕获方法对接收机的工作性能有很大改善.传统的串行捕获算法计算量大,捕获时间长,无法满足GPS接收机实时处理的要求,而基于FFT的GPS信号快速捕获算法弥补了串行捕获算法的不足.通过MATLAB仿真对基于FFT的GPS信号快速捕获算法进行了仿真实验,并采用Monte Carlo方法对算法的频偏及码偏估计性能进行验证.仿真结果验证了FFT捕获算法的有效性和可靠性.     

一种基于快速傅立叶变换和圆周移位的捕获算法

信号搜索捕获是影响GPS软件接收机的重要工作性能指标。为了提高GPS软件接收机的捕获速度,提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)和圆周移位的捕获算法。该算法利用圆周移位的性质,即时域序列的调制等效于频域的圆周移位,将中频信号频谱序列通过圆周移位得到基带频谱序列,不用再通过载波分离,从而降低FFT运算次数。理论分析表明该算法可以有效减少运算量,提高捕获性能。最后,通过FPGA与DSP搭建仿真实验平台,将该捕获算法与已有算法进行比较,结果表明该算法具有较快的捕获速度,减少了捕获时间。     

GPS软件接收的关键技术

目的讨论GPS软件接收机中核心模块的实现算法,重点研究捕获算法。方法在捕获模块中采用基于DFT的频域快速相乘相关算法,通过相位关系计算出精确的载波频率,同时优化计算;跟踪算法采用软件锁相环路(PLL)实现。结果用MATLAB仿真实现了捕获跟踪过程,相关点峰值高于预设的阈值,成功捕获了GPS信息。结论所采用的基于DFT的频域相关优化算法不仅实现了准确的相关捕获,且可适应实时性需要,为软件接收机的设计实现提供了一种有效的算法。     

基于FFT的GPS信号快速捕获算法

在GPS接收机中,扩频码的捕获是系统实现的关键.其难点之一是实现快速的捕获,以便在最短时间内完成对各个卫星的时频二维扫描.根据相关函数的定义采用的的移位相关方法需要较长的时间方能完成捕获.为提高卫星捕获速度,这里我们提出基于FFT的GPS 信号快速捕获算法.     

基于FFT的P码捕获技术及FPGA实现

根据GPS P码的特性,提出了基于FFT的P码快速捕获方法。基于FPGA技术,介绍了P码快速捕获算法的硬件实现。根据算法原理以及系统特性,分析了捕获时间。测试结果表明,此系统能正确捕获GPS P码,且耗时较短,具有较好的灵活性和可扩展性。     

极低信噪比环境下的P码二维直接捕获改进算法

针对极低信噪比环境下GPS系统中超长精密测距码(P码)直接捕获的问题,传统的滑动相关法已无法满足P码直接快速捕获的要求,分析了现有常用FFT校频快速捕获技术性能以及FFT运算长度与信号输入信噪比的关系,指出了现有算法的不足,在此基础上提出一种在极低信噪比环境下的码捕获新方法--利用非对称FFT计算和视频积累相结合的 P码直接捕获改进算法,仿真结果表明,即使在-35 dB的极低信噪比情况下,算法也可快速实现P码的直接捕获,最后给出算法的FPGA实测结果,进一步验证了算法的可实现性及有效性.     

基于部分匹配滤波器和FFT的信号捕获方案的设计与实现

本文分析了传统的部分匹配滤波器(PMF,Partial Matched Filter)和快速傅立叶变换(FFT , Fast Fourier Transform)相结合的时域频域双并行的高速捕获算法,并在该算法的基础上,对比了几种捕获方案。这些方法采用了不同的PMF长度和不同的FFT点数,本文旨在一定的频率分辨率范围内,比较各种捕获方法的优缺点,设计并实现一套GPS信号捕获的方案。     

GPS软件接收机捕获算法的FPGA仿真

探讨了GPS软件接收机的前端采集数据结构、C/A码捕获算法原理、Virtex2p开发板原理.为了能在FPGA(可编程门阵列)上实现GPS信号并行捕获算法,采用了补零计算来弥补算法中采样点不基于2N的不足,并且在Simulink环境下运用基于FPGA的应用软件SystemGenerator进行了补零后的并行捕获算法的FFT模块、虚数乘法模块、平方模块等搭建编程.同时采用了Matlab中的M文件将采样数据仿真成模拟信号导入完成仿真实验,并将仿真结果与Matlab结果进行了相应的比较和分析,得到与Matlab结果同样的捕获频率.虽由于补零引起小于1个码元(16个采样点)的采样点误差,但不影响捕获结果,证实了System Generator在FPGA实现捕获算法可行性.     

一种新的高动态直扩接收机快速码捕获方法

针对接收信号存在大频偏的高动态直扩接收机伪码捕获时间长的问题,分析了高动态环境下匹配滤波检测器相关长度与相关后输出信噪比的关系,比较了相关后的几种检测算法的性能,分析了FFT校频技术的性能.在此基础上提出一种在高动态环境下的码捕获新方法,该方法采用分段匹配滤波相关、最大选择检测算法和二次内插的FFT校频技术.根据新方法设计了捕获电路模块.Matlab系统仿真结果表明,新的捕获方法可以容忍校正更大的频率动态范围,在较低信噪比下快速完成码捕获功能.     

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.     

GNSS软件接收机中频信号数据分析

中频信号是软件接收机研制重要输入数据。以通过位捕获器对实际GPS信号进行采集获取的实际数据为基础,说明了GPS中频数字信号的生成方法,并完成了对实际数据的捕获算法实现,为进一步研究提供基础。     

基于频域GPS信标提取电离层闪烁信息的方法

GPS(global positioning system)信标提取电离层闪烁信息的传统方法十分依赖于GPS硬件接收机对电离层闪烁信号的连续捕获和准确跟踪,而电离层闪烁发生特别是强闪烁情况下信号往往很弱,极易发生接收机的信号失锁,导致闪烁信息丢失的现象.针对这一问题,以构建软件GPS接收机为基本前提,提出一种基于快速傅里叶变换的频域处理方法用于计算电离层幅度闪烁指数.模拟计算结果表明:新方法计算得到的闪烁指数避免了系统误差,具有较高的精度.     

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.     

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。     

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.     

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.     

混场源电磁接收系统同步数据采集技术

在混场源电磁探测中,为弥补天然场电磁信号频率低、能量低的不足,实现接收机对发射信号的有效接收,在分析发射、接收系统工作原理的基础上,提出基于全球卫星定位系统(GPS:Global Position System)的同步数据采集方案。该方案采用发射机发射不同频率高频电磁波作为人工场源,运用GPS的定时定位功能,校准发射、接收系统时间,控制两系统时钟偏差在1 s 以内,确保信号发射与接收同步进行。实验表明,该方案提供的人工发射信号与低频天然场信号相结合,可将混场源电磁探测信号的频率范围由0.1 Hz ~1 kHz扩展到0.1 Hz~50 kHz,拓宽了仪器的探测深度。     

GPS军码信号的带限高斯噪声干扰参数选择分析

为了提高带限高斯噪声对GPS军码信号的干扰效率,以GPS接收机的码跟踪误差作为干扰效果评估指标,对其特定干信比下的干扰频偏和干扰带宽进行优化确定。在分析GPS P(Y)码和M码信号功率谱特点的基础上,根据非相干超前减滞后处理码跟踪环路工作原理,理论推导得到干扰频偏和干扰带宽与码跟踪误差的解析式。基于实际情况设置接收机码环参数,分别定量地仿真计算出不同干信比下针对P(Y)码和M码信号的高效干扰频偏和干扰带宽。以造成码环失锁所需干信比最小为主要评判准则,同时考虑干扰易实施性和频域滤波等因素的影响,通过综合比较得出:当干信比在50~60dB范围内时,针对P(Y)码信号的干扰频偏和干扰带宽分别设置为0和8.8MHz,针对正弦BOC和余弦BOC调制的M码信号的干扰频偏分别设置为9.833 MHz和10.9 MHz,干扰带宽统一设置为10 MHz。