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。     

一种克服比特跳变的北斗B1弱信号捕获技术

比特跳变是限制弱信号环境下卫星信号捕获性能的一个重要因素.比特跳变会导致检测变量峰值分裂,在降低峰值的同时,导致多普勒频率估计精度降低,从而影响捕获性能.为克服这一影响,本文结合非相干积分法,提出了一种基于分段傅里叶变换的分块补零弱信号捕获方法.该方法利用傅里叶变换的线性性质,首先,通过对本地扩频码进行拆分和补零以剔除循环卷积内潜在的比特跳变问题;其次,通过对分块捕获结果进行组合以重构完整的捕获结果;最后,采用非相干积分法提升弱信号环境下的捕获灵敏度.仿真结果表明,文中提出的方法很好地解决了比特跳变造成的峰值分裂问题.同时,蒙特卡洛实验表明,该方法能在载噪比为22的弱信号环境下实现90%的检测概率,高于传统非相干积分法约50%.     

基于分段FFT的脉冲伪卫星信号捕获方法

建立了脉冲伪卫星信号捕获模型,并针对传统的饱和接收方法无法适应脉冲伪卫星组网应用下信号接收的问题,提出一种基于分段快速傅里叶变换(FFT)的脉冲信号捕获方法. 该方法是一种串并行结合的捕获方法,既保证了捕获概率,又能极大地降低捕获时间. 对分段FFT捕获方法和串行捕获方法的捕获时间进行了比较,研究了FFT方法在不同分段策略下的捕获性能,并针对脉冲截断问题提出了脉冲截断检测算法和分段调整方法. 仿真验证了该方法的有效性.     

单通道小样本信号频率估计算法

针对噪声条件下单通道小样本信号的频率估计问题,提出基于MUSIC方法估计信号频率的算法,通过分析单通道接收信号,结合阵列信号处理方法,根据离散采样间隔和线性阵列阵元间距的关系,提出新的观测数据矩阵构造方法.利用采样数据构造一个Toeplitz矩阵,然后对该矩阵进行特征值分解得到信号子空间和噪声子空间,并通过MUSIC算法实现在单通道较小采样数据量的条件下,精确地估计信号频率.最后经过计算机仿真并与快速傅里叶变换(FFT)算法相比,验证了本文算法的有效性和优越性.     

基于二次编码的北斗信号二次捕获算法

针对恶劣环境中微弱北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)信号捕获难度大的问题,结合北斗采用的二次编码与主码的分层结构,提出北斗信号二次捕获算法.在主码层面进行并行捕获,而后在整个二次编码周期上进行二次捕获,以去除二次编码对积分时间的限制延长积分时间,达到提高接收机灵敏度的目的.实验仿真证明该算法提高了捕获能力4 dB,同时降低约30%的运算量.      

GPS弱信号的高灵敏度捕获算法

为提高弱信号环境下全球定位系统（global positioning system,GPS）捕获的灵敏度,需进行累积提高增益。在分析传统相干累积和非相干累积算法的基础上,研究了一种基于快速傅里叶变换（fast fourier transformation,FFT）的差分相干累积方法。并采用蒙特卡罗仿真,分析了载噪比（carrier to noise ratio,C/N0）、累加次数、相干累积时间的选择对非相干算法和差分相干算法性能的影响。仿真结果表明,较传统非相干法,研究的差分相干法用于检测弱信号时具有明显的性能优势,信号检测增益最多可增加约1.8 dB,充分说明了差分相干在高灵敏度捕获中的优势。     

傅里叶变换在交流电机试验数据处理中的应用研究

把傅里叶变换及其改进算法应用于交流电机试验的数据处理中，介绍了通过傅里叶及改进傅里叶变换的交流采样公式，提出了对电机试验中稳态谐波信号进行分析处理的方法．     

北斗一号卫星信号高灵敏度捕获方法

研究在复杂环境下弱北斗一号卫星信号的捕获方法.利用北斗一号卫星在同一频率上发射两个波束和帧头与卷尾组成已知连续信息序列的特点,可以对两个波束做长时间相干联合捕获.从增加捕获信号功率和减小非相干累加损失两个方面提高捕获灵敏度.仿真和实测结果表明,联合捕获方法可以捕获低于—133 dBm的信号,性能优于单波束串行搜索捕获方法.     

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。     

大动态直扩信号的快速捕获方法

针对大动态环境下直接序列扩频信号的快速捕获问题,提出了一种两轮频域搜索的捕获方法.该方法采用快速傅里叶变换实现伪码的并行相关,通过两轮频域搜索完成捕获.第1轮搜索整个多普勒频率范围,得到各个频点的峰均比,选大后进行门限判决;第2轮搜索进行多普勒频率的小范围验证.分析和仿真结果均表明,对于直接序列扩频信号的快速捕获,提出的方法具有更高的捕获精度、更好的捕获性能,尤其适用于大多普勒频率及其变化率的动态环境.     

GPS接收机并行捕获算法的研究

对全球定位系统(global positioning system,GPS)中3种并行捕获算法进行了理论分析,同时针对捕获算法运算量、捕获时间、捕获灵敏度以及捕获结果 4个方面进行了对比分析和仿真验证。仿真分析表明:3种并行捕获算法均能有效捕获GPS信号。其中,匹配滤波算法硬件实现简单,但运算量大、捕获速度慢;C/A(coarse/acquisi-tion)码循环相关算法运算量小、捕获速度快,但硬件实现复杂;部分匹配滤波-快速傅里叶变换(partial matched fil-ter-fast Fourier transform,PMF-FFT)算法运算量适中、捕获速度快、硬件实现简单,但其捕获灵敏度相对于另2种算法低0.9 dB。所以,PMF-FFT算法更适合硬件大规模推广且实用价值高。     

伽利略E1-BOC信号的改进捕获算法及性能分析

在时域并行FFT捕获算法的基础上,采用在频率搜索维上基于能量搜索的策略对伽利略E1-Boc信号的捕获进行了仿真和实验分析.在伽利略仿真信号的码延迟时间为1.8 ms,多普勒频移为600 Hz,导航电文调制速率为250 bit/s,数值为±1的情况下分别从捕获率、ROC操作特性曲线以及计算复杂性3方面对能量捕获算法性能进行了验证,并与AV, Zero-Padding两种算法进行了比较.结果表明,能量捕获算法在载噪比为32 dB/Hz的室内微弱信号环境下,捕获率能达到90%,且ROC操作特性曲线和计算复杂性等综合性能均优于AV,Zero-Padding两种算法,适用于数据跳变发生频繁的微弱伽利略E1-BOC信号的捕获.     

基于FPGA的北斗B3I同步算法的研究与实现

针对BDS-B3I弱信号同步算法运算量大的难题,提出了一种改进算法。该算法先计算累加时长1ms的互相关序列,然后根据信号模型将运算结果扩展为累加时长20ms的互相关序列。基于FPGA技术,将改进算法简化为累加运算节约芯片开销,并设计一种并行+流水线化的电路结构,达到同时搜索多路卫星信号的目的。MATLAB仿真和FPGA验证表明,改进算法的计算量相比原始算法下降了90%,SNR>-34dB且频偏<±30Hz时捕获概率达到100%,流水线和并行化结构进一步加快卫星信号搜索速度,具有较强实用性。     

基于空频滤波的并行单星约束波束形成算法

由于空域抗干扰算法形成零陷时会导致有用信号一定程度失真,提出了基于空频滤波的并行单星约束波束形成算法。针对宽带接收机的应用,在空频二维宽带处理器的模型下,将各阵元接收数据变换到频域;通过频域并行单星约束方程,保证信号带宽内每个频点上的信噪比,有效防止了传统算法对有用信号的衰减。最后,将每颗卫星信号逆变换到时域,便得到了干扰抑制之后的全部卫星信号。计算机仿真验证了理论分析的正确性和算法的稳健性。     

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.     

基于DSSS-LFM-FRFT的ZigBee网络中抗RFID干扰研究

针对传统解决ZigBee/RFID(radio frequency identification)2种设备的信号同频干扰问题,采用信道调度算法存在频谱资源利用率低、通信效率低等问题,量化分析了两者信号冲突成因,并提出了基于直接序列扩频再线性调频的分数阶傅里叶变换自适应抗干扰方法(direct sequence spread spectrum-linear frequency modulation-fractional Fourier transform,DSSS-LFM-FRFT)。该方法将传统的ZigBee直接序列扩频技术进行改进,当系统检测到信号干扰时,在接收机解扩之前进行干扰抑制,通过线性调频再扩频技术展宽ZigBee信道信号频谱,接收机前端利用分数阶傅里叶变换滤除掉干扰信号之后再进行分数阶傅里叶逆变换,通过解扩还原信号。实验结果表明,该方法与传统DSSS比较,不仅提高了系统的抗干扰能力,还降低了误码率,实现了ZigBee/RFID共存时高效率通信,提高了无线网络频谱资源利用率。     

基于离散傅里叶变换计算介质损耗因数的二周期修正法

提出一种基于离散傅里叶变换的二周期修正法, 利用该方法可计算电力系统的介质损耗因数. 通过将电网信号两个周期的采样修正为一个周期, 可减小由频率偏移导致的频谱泄露和截断误差. 误差分析表明, 该算法与传统方法(加窗法)的精度具有相同的数量级, 但其运算时间比传统方法运算时间减小3倍以上.     

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.     

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.