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.     

基于均值法的P码直接捕获改进算法

为确保GPS在C/A码信号受到干扰时仍然可用,必须进行P码的直接捕获。研究了循环相关的性质,针对均值法提出了一种改进的P码捕获算法。改进算法对输入信号不补零,通过比较捕获统计量大小选择合适的本地P码与接收信号进行循环相关。分析了改进算法与均值法的捕获概率与捕获统计量。仿真实验表明,在低载噪比时,改进算法相比于均值法捕获概率增加较多;在高载噪比时,改进算法捕获概率仍高于均值法。     

一种新的P码直接捕获算法

对P码捕获算法中的直接平均法进行分析,对平均起始码相位差造成相关信噪比损失的问题进行研究,提出了一种新的补偿平均法.新的补偿平均法构造了一个本地伪码序列补偿对,通过补偿对叠加的方式实现对相关信噪比的补偿,减小了直接平均法中由于平均起始码相位差带来的影响.分析和仿真结果均表明,补偿平均法具有更高的相关信噪比;新算法的相关信噪比在整个平均起始码相位差空间上保持一致,比直接平均法在整个平均起始码相位差空间上的最低相关信噪比提高约3dB.     

BD2接收机P码直接捕获设计

P码直接捕获技术可提高BD2接收机的抗干扰能力和抗截获能力,是BD2军用接收机必须具备的功能.提出了基于匹配滤波和基于时域并行捕获两种P码直接捕获方法,并分别介绍了其工作原理和具体参数选择.通过计算两者的盲捕和重捕时间表明,两种实现方法均可以满足设计要求,可以实现对BD2长码的直接快速捕获.     

自适应均值直接捕获算法研究

与传统捕获方法相比,P码信号直接捕获具有抗干扰的能力,因此国内外出现很多的P码直接捕获的方法,其中具有一定应用价值的是均值法。首先对P码直接捕获接收机进行系统理论分析,并对均值法原理进行阐述。根据均值法会额外造成信噪比损失的缺点,结合非相关累加的性质提出了基于均值法的自适应直接捕获算法。其后通过理论分析和实验仿真证明此方法仍然可以保留均值法计算量较小的优点,并且克服了均值法无法捕获到较弱信号的不足,对实际P码直接捕获接收机设计具有一定的参考价值。     

基于整数规划下遗传算法的P码直接捕获算法优化

P码直接捕获算法包含诸如平均点数、相干积累时间、非相干积累次数、频率步进量、唐检参数及快速傅里叶变换(FFT)运算单元数等10多个参数. 当在算法检测概率、虚警概率和捕获时间满足要求的约束下,对算法消耗的多种资源进行优化时,具有多约束、多变量、非线性和整数取值等难点. 为解决如此复杂的参数优化问题,提出一种整数规划下遗传算法应用于P码直接捕获算法. 该方法借鉴遗传算法的思想,并考虑P码直接捕获算法参数的整数取值要求,适合各种条件下的算法参数优化. 数值分析结果表明,该方法获得了最优的参数值,有助于实际应用.      

一种改进的低信噪比GPS信号捕获算法

为解决传统非相干累加算法难以克服的数据比特反转与平方损失问题,针对低信噪比GPS信号C/A码捕获,研究一种基于相干结果差分共轭乘累加的检测统计方法,实现了相干累加时间的延拓与增益的提高.仿真实验结果表明:在同等条件下捕获-175 dBW信号时,该算法性能明显优于非相干累加算法,可获得约2 dB增益.     

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。     

基于XFAST自适应的直接捕获算法

针对采用XFAST(Extended replica folding acquisition search technique)方法会额外造成恒定信噪比损失的缺点,提出一种基于XFAST方法的自适应捕获方法,结合非相关累加的性质进行自适应组合,对P码信号进行直接捕获.研究结果表明:此自适应捕获方法仍然可以保留XFAST计算量较小的优点,同时可以克服XFAST无法捕获到较弱信号的不足,对实际GPS P码直接捕获接收机的设计以及我国自主北斗长码直接捕获接收机的发展均具有一定的参考价值.     

改进的双块补零P码直接捕获算法

针对低信噪比和高动态环境下的P码直接捕获问题,本文对传统双块补零算法进行改进,提出一种分段旋转双块补零算法.算法通过分段FFT得到各数据段的频谱;通过频谱的循环移位进行频率斜升和初始频偏补偿,再求出频率补偿后的各段数据与本地伪码的相关值并进行非相干累加;对相关峰峰值进行恒虚警检测和抛物插值.仿真结果表明,本文所提算法与传统双块补零算法相比,检测概率和参数估计精度大致相当,捕获时间降低80%,逻辑运算单元和存储单元分别减少64%和99%.同时给出了不同系统要求下的关键参数选取方法,使算法具有较高的实用性.      

Direct GPS P-Code Acquisition Method Based on FFT

Recently, direct acquisition of GPS P-code has received considerable attention to enhance the anti-jamming and anti-spoofing capabilities of GPS receivers. This paper describes a P-code acquisition method that uses block searches with large-scale FFT to search code phases and carrier frequency offsets in parallel. To limit memory use, especially when implemented in hardware, only the largest correlation result with its position information was preserved after searching a block of resolution cells in both the time and frequency domains. A second search was used to solve the code phase slip problem induced by the code frequency offset, Simulation results demonstrate that the probability of detection is above 0.99 for carrier-to-noise density ratios in excess of 40 dB. Hz when the predetection integration time is 0.8 ms and 6 non- coherent integrations are used in the analysis.     

弱信号P码直捕方法研究

提出了一种新的基于快速傅里叶变换(FFT)的P码直捕方法,并采用TS201对其进行了具体实现.该方法采用时间分格将大的P码时间不确定度分割成若干小的时间分格,并配合外部存储器的使用,有效减少了直捕过程中FFT的次数,并且可实现各种灵活的捕获策略.分析了低信噪比下非相参积累后的捕获概率及虚警概率,提出了基于两次检测的"A+B"检测方法,既保证了检测性能,又降低了捕获时间.性能分析结果显示,该方法能够在60 s内完成捕获信噪比为-32 dB,时间不确定度为±1 s的P码直捕.     

直接序列扩频信号快速捕获

提出一种新的基于频域并行搜捕法的改进型快捕电路结构.该结构利用设计复用技术实现FFT单元和IFFT单元的复用;通过软件计算本地伪码FFT,并将其结果存储在ROM中,使硬件规模大幅减少;采用并行设计提高系统的运算速度;采用块浮点算法提高动态范围和运算精度.整个快捕电路由一块FPGA XC2V3000-5实现,工作时钟为29 ns,精度为1/4码片情况下,伪码捕获仅需4.145 ms.仿真和测试结果验证了设计的正确性.     

电子干扰下GPS接收机C/A码捕获性能的研究

研究电子干扰对卫星定位系统(GPS)接收机C/A码捕获性能的影响.分析了C/A码平均捕获时间和捕获时间方差,并且进行了基于连续波、宽带及部分频带3种干扰模式的模拟分析.分析结果表明,若针对GPS接收机的干扰功率超过一定强度后,平均捕获时间和捕获时间方差指标将急剧恶化.在相同的GPS接收机中频输出信干比下,连续波干扰较宽带干扰效果更加明显.     

P码直捕的搜索策略与参数设计

研究低信噪比和高动态环境下P码直接捕获算法的搜索策略与参数设计.利用非相干积累与峰值位置约束的唐判决算法,增强灵敏度性能;提出了一种改进的搜索策略,将时域不确定范围分段,以适应高动态环境;通过一个实例介绍算法参数设计的方法,优化了单次检测概率、虚警概率、非相干积累次数、唐检参数与时域分段数.仿真结果表明,改进的搜索策略降低了漏检概率达30%;设计的参数可以在接收信号功率为-133 dB(mW量级),运动速度为900 m/s,加速度为20g,时间不确定范围为±1 s的情况下,虚警概率低于10-7,检测概率大于90%,捕获时间低于50 s.     

频域分段相干累加法在P码直捕系统中的应用

论文提出将频域分段相干累加法应用于P码直捕系统。首先对算法进行了介绍,然后给出了应用此算法的P码直捕的实现方案,分析了在高动态环境下其对硬件资源及工作速度的要求,研究表明应用频域分段相干累加法的P码直捕系统能够适应高动态环境,且大大节省了硬件资源。