GPS信号的码相位交错捕获方法

为了使全球定位系统(GPS)接收机的信号捕获搜索过程更加有效,在传统捕获方法的基础上进行了改进,提出一种新的捕获方法。通过分析传统捕获方法的性能,在几何上对捕获点的分布进行了优化设计,并对其捕获性能进行了分析比较。新算法可以在捕获相关峰平均衰减值相同的情况下,增加捕获分格的面积,减少整个搜索区域的捕获时间。仿真结果表明:该方法在平均衰减性能和最大衰减性能方面都优于传统捕获方法,且衰减值分布均匀,捕获性能更加稳定。     

OQPSK调制快速位定时和载波相位捕获算法

在高速数字突发通信中,需要快速、高效地对接收信号的位定时和载波初始相位信息进行估计.针对OQPSK调制的特点,提出一种能够同时进行位定时和载波初始相位捕获的并行算法,与传统的先进行载波恢复,再进行位定时捕获的串行处理相比,同步速度更快,实现结构简单,适于数字化实现.     

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PCF重构的北斗B1C信号无模糊捕获算法

针对B1C信号自相关函数存在多峰性会导致基带信号处理过程中存在模糊性问题,提出一种基于伪相关函数(pseudo-correlation function, PCF)重构的无模糊捕获算法,对互相关函数进行重构消除副峰并提高主峰峰值,将B1C信号的数据和导频分量进行联合捕获提高捕获灵敏度,同时引入降采样和FFT并行捕获策略降低计算复杂度.仿真结果分析表明：改进算法可以实现B1C信号捕获,改进算法在提高主峰的同时,完全消除了副峰,实现了B1C信号捕获的无模糊性.其捕获时间相比其他算法缩短近1/2,在信噪比高于13 dB时,主峰比例均值趋于稳定,最高相比Filtered法提高67.74%,在捕获概率为0.9时联合捕获载噪比低于导频单通道捕获1.8 dB·Hz,并在较低载噪比情况下较其他算法具有更好的适应能力.     

MBOC信号捕获算法性能分析

现代化的GPS和Galileo系统在L1/E1频点增加使用MBOC调制的民用信号。MBOC调制相比BOC(1,1)增加了BOC(6,1)分量,增加高频分量可以提高信号的伪码测量精度和多径抑制性能,但同时也提高了信号捕获的复杂度。文中介绍了MBOC信号3种常用的捕获算法,并从硬件资源和检测性能两方面比较其性能,结果表明窄带匹配滤波捕获算法以损失部分能量为代价,极大降低了实现复杂度。     

多通道直扩信号并行捕获算法

为了缩短多通道直接序列扩频信号的捕获时间,提出了一种新的多通道并行捕获算法.该算法将多个通道的伪码序列进行叠加,形成一个新的伪码序列,由新的伪码序列和多通道直扩信号进行相关,检测到信号后再判决具体通道.分析和仿真结果均表明,提出的算法在不增加实现资源的情况下,以少量降低相关信噪比为代价缩短了捕获时间,适用于多通道直扩信号的快速捕获.     

GPS L1C信号的仿真分析

GPS L1C信号采用数据和导频双通道结构.基于Matlab仿真产生L1C信号并分析了数据、导频通道的自相关和频谱特性,两通道有类似的相关函数包络,导频通道自相关函数的旁峰相比数据通道向外偏移0.06个码片,相同的码相位范围内峰值变化更加剧烈,其相关峰的斜率比数据通道自相关函数高2.56dB,中心主峰更窄.比较了不同前端带宽下BPSK(1),BOC(1,1),BOC(6,1),TMBOC(6,1,4/33)调制信号的均方根带宽,理论上TMBOC(6,1,4/33)信号的跟踪精度相比L1C/A信号提高了57%.分析了次级码的相关特性.它具有强自相关性,有效降低卫星信号互相关函数的旁瓣,旁瓣比为27.4dB.研究表明L1C信号具有优良的跟踪精度和减少互相关干扰的潜能.     

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.     

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。     

基于自相关函数重构的BOC信号无模糊捕获算法研究

针对BOC信号特殊的结构给捕获带来的模糊性问题,提出了一种基于BOC信号自相关函数重构结合并行码相位捕获的高效算法,即在本地增设一条正交参考波形支路,将本地参考波形支路与接收BOC信号的相关结果,通过简单线性计算来消除BOC调制的相关副峰,增大主峰强度,同时结合并行码捕获算法,降低了算法的运算量.仿真结果表明,载噪比在35~45 d B·Hz范围时,本算法相比于现有的几种基于自相关函数重构的主峰检测算法,主副峰分离度有约2~5 d B的提高,尤其在低载噪比下可以提供更高的正确捕获概率.     

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.     

基于ReliefF算法与遗传算法的肌电信号特征选择

针对肌电信号特征维数高、运算效率低等问题,提出了一种基于ReliefF算法与遗传算法(GA)相结合的肌电信号特征选择方法.分析了肌电信号的特征,运用小波分析对肌电信号进行特征提取,采用ReliefF算法评估所提取的高维特征信号的权值,以选出对分类效果影响显著(权值较大)的特征子集,采用GA进一步筛选出分类效果最佳的特征子集,并对比分析了基于ReliefFGA-Wrapper算法与全局搜索算法对肌电信号处理的时间和分类效果.结果表明,所提出的方法能够提高运算效率并具有很好的分类效果.     

一种全球定位系统卫星C/A信号通道绝对时延标定算法

为了精密测量全球定位系统（GPS）卫星C/A（Coarse/Acquisition）信号发射通道时延,提出了一种采用数字信号处理技术的标定算法.对GPS卫星输出的C/A导航信号和时间保持系统的Z计数脉冲进行双通道同步采样,在数字域完成C/A信号预处理后,进行多速率数字信号处理,获取C/A信号中伪随机码起始点;结合Z计数脉冲信号样本数据的处理结果,计算得到C/A信号发射通道的绝对时延.采样率为10 GHz时算法标定结果的不确定度低于0.2 ns.

     

全球卫星定位系统的数学分析与算法

在卫星时钟、系统时钟、用户接收机时钟同步为前提假设的基础上,描述了用户接收机定位的数学原理;又在以上时钟非同步条件下建立用户接收机位置定量求解模型和算法,在线性化的基础上,用迭代法进行位置求解.为定位软件的设计提供了理论依据.     

一种组合导航的自适应信息融合算法

以GPS/INS组合导航系统为应用背景,针对组合导航系统信息融合的精度与稳定性要求,将简化的Sage-Husa自适应滤波算法与指数加权衰减记忆滤波算法相结合,提出了一种改进的自适应信息融合算法.仿真表明,改进的自适应算法解决了噪声统计特性和模型参数不易确定的问题,能够有效的保证信息融合的精度和稳定性.在算法仿真的基础上,对在VC 6.0环境下算法进行了改进,给出了GPS/INS组合导航系统的结构及软件框架,通过实验验证了改进的自适应算法的实际应用价值.     

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.     

基于改进粒子滤波算法的GPS多路径效应理论与试验研究

为了有效地提高GPS定位结果的精度,进行了多路径误差的理论与试验研究.建立了一套GPS多路径信号模拟与监测系统,通过在流动站天线不同高度、不同距离处放置反射板,获取了连续两天的GPS监测数据;将改进的粒子滤波算法用于GPS数据后处理中.结果表明,改进的粒子滤波算法能够有效地消除GPS信号接收机本身的系统噪声,消噪后连续两天多路径信号的相关性较消噪前有了大幅度提高.通过比较发现,反射物在不同距离引起的多路径误差具有一定的规律性,随着距离的增加多路径误差逐渐减小,且在增加相同距离的情况下减小的幅度越来越小.     

组合导航系统新息自适应卡尔曼滤波算法

全球定位系统(GPS)量测噪声的不稳定变化将造成惯性导航系统(INS)/GPS舰用组合系统卡尔曼滤波器性能下降,在对自适应卡尔曼滤波器分析的基础上,提出了一种新的基于新息估计的自适应卡尔曼滤波算法.该算法通过计算新息方差强度的极大似然估计最优估计,将新息方差计算直接引入卡尔曼滤波器的增益计算.仿真结果表明,本文方法较标准卡尔曼滤波器可以提高系统精度和抗干扰能力.     

GPS转发式欺骗时延分析与优化

为避免全球定位系统(global positioning system,GPS)转发式欺骗中不合理的时延改变接收机钟差,建立了转发式欺骗模型,利用泰勒级数展开的方法推导了时延与定位偏差的映射关系,给出了映射矩阵的具体形式.进而分析了产生负数时延的原因,并研究了时延修正对接收机钟差的影响.在得到映射矩阵基础上,综合接收机钟差和欺骗位置两方面因素,提出一种利用遗传算法优化时延的方法,该方法以接收机钟差改变量和欺骗偏差为寻优准则,在转发器工作范围内寻找符合要求的时延.仿真结果表明,采用遗传算法所得到的时延,对钟差的改变量小于接收机纳秒级的时钟精度,并且欺骗位置在预先设定的范围内,同时结果不再需要修正.该方法可以有效提高转发式欺骗的隐蔽性,为成功实施GPS转发式欺骗提供了参考.     

Development of a Mobile Sensing Unit and Its Prototype Implementation

This paper represents a design and development of a mobile sensing unit as well as its prototype implementation for railway track monitoring. The unit consists of an ultra-small personal computer (PC), a global positioning system (GPS) receiver, an accelerometer and an ADC (Analog/Digital Converter) so that the unit can trace the route while capturing an acceleration response of a passenger vehicle. The unit enables more frequent and qualitative data acquisition compared with traditional and the state of the practice railway track inspection equipments. Locating disorder is the key of our unit, which has a reasonable accuracy of positioning with GPS data, existing facilities landmarks, and car acceleration responses. The proposed unit is a promising device for efficient properties management of railway agencies. The prototype implementation shows a result that car acceleration responses are related with the track displacements in low frequencies. The results also imply that sensor settlement on a vehicle floor, not axes or bogies, is effective for capturing track vertical displacements.