GNSS软件接收机中匹配滤波器算法研究

为了适应全球卫星导航定位系统接收机的发展趋势,针对GNSS系统不同信号,研究了一种联合多个星座卫星信号的匹配滤波器捕获算法.通过对算法的分析,给出了影响算法复杂性的两个因素:接收序列伪码长度和本地复现序列数,并通过仿真给出了捕获GPS粗码信号和伽利略系统E1频段开放信号可以参考的最佳复现序列数.仿真结果表明,对不同的GNSS信号,只要通过软件配置算法中的复现序列数,就可以以最小的计算复杂性来捕获相应信号.这个结论对软件接收机中匹配捕获算法的设计有重要的指导意义.     

软件GPS接收机信号搜索捕获的仿真实验研究

信号搜索捕获是基于软件无线电(SDR)技术的软件GPS接收机(SGR)的重要组成部分,同时也影响软件GPS接收机的工作性能指标。通过特定设计的硬件实验装置获取了真实GPS数字中频信号,利用Matlab分别在时域和频域范围对信号搜索捕获进行了算法仿真,同时对GPS信号中C/A码产生也进行了仿真。根据信号搜索捕获理论结合仿真试验结果,对时/频域两类处理方法进行了分析和比较,认为基于FFT的频域搜索捕获方法是软件GPS接收机工程实现的合理选择。     

基于随机共振的高灵敏度GPS信号捕获算法

针对微弱环境下全球定位系统（global position system, GPS）信号捕获问题,提出了基于随机共振（stochastic resonance, SR）的GPS信号捕获算法。该算法首先用部分匹配滤波器对GPS信号进行分段相关预处理,然后利用SR提高预处理后信号的信噪比(signal to noise ratio, SNR),SR中引入了二次采样和自适应技术,解决了传统SR不适合捕获大频率信号(频率远大于1Hz的信号)及SR参数难以与被捕获信号匹配的难题,最后采用快速傅里叶变换（fast Fourier transform, FFT）谱分析技术,实现在较短的相关累积时间内获得较高的捕获灵敏度。实验表明,算法能明显提高系统捕获性能,在相关累积时间为10 ms,信号SNR为-38 dB的情况下,算法捕获GPS信号的正确检测率达到100%。     

GPS软件基带信号处理与定位实现

在GPS软件接收机架构下,基于计算机MATLAB软件平台,利用实际采集的GPS中频信号,在普通计算机上实现了一个硬件接收机的所有基带信号处理以及导航解算功能：详细介绍了FFT相关捕获方法,经典载波、伪码跟踪环设计;对于接收机中最重要的伪距计算环节,给出一种完全不需要本地时间,而仅利用采样数据,根据由捕获和跟踪得到的观测量,提取出各卫星帧头到达天线的时延差,从而计算伪距的方法,最终实现了定位解算。实验结果表明,利用真实GPS中频数据,可以在GPS软件接收机架构下,完成全部基带信号处理以及定位解算等完整过程,完全实现一个接收机功能,并适合精密单点定位、多模接收机等算法开发。     

一种快速的GPS软件接收机信号捕获方案设计

为了提高GPS软件接收机信号捕获的速度,设计了一种快速的GPS信号捕获方案。对比分析了两种常用的GPS(GlobalPositionSystem)信号粗捕获实现方法,设计了一种优化的实现方法;同时对常用的两种精细载波频率算法进行了比较分析,设计了一种二次曲线拟合的方法计算精细载波频率;基于多普勒频移的分布特点,改变以往顺序搜索的方式,采用跳频搜索的方法。最后,将优化的粗捕获方法、精细载波频率算法和多普勒频移跳频搜索方式组合成一个完整的GPS捕获方案,仿真结果表明所设计的实现方案运算量小、速度快,捕获的结果满足跟踪要求。     

高速运动环境下GNSS接收机阵列抗干扰算法

全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)接收机高速运动状态下,干扰信号来向快速变化将导致阵列抗干扰算法性能下降,为此提出了基于干扰加噪声协方差(interference-plus-noise covariance, INC)矩阵重构的零陷加宽算法。首先,依据采样协方差矩阵相邻特征值之比估算干扰信号数目。然后,利用空间谱估计值粗略判定干扰信号来向,并根据零陷展宽需求重新设定干扰区域空间谱估计值。最后,以干扰区域谱估计值为基础重构INC矩阵,求解阵列权矢量。仿真实验表明,相比于其他零陷加宽算法,所提算法在相同展宽下的零陷更深,阵列输出载噪比(carrier to noise ratio, C/N₀)也高出5 dBHz以上。     

高速运动环境下GNSS接收机阵列抗干扰算法

全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)接收机高速运动状态下,干扰信号来向快速变化将导致阵列抗干扰算法性能下降,为此提出了基于干扰加噪声协方差(interference-plus-noise covariance, INC)矩阵重构的零陷加宽算法。首先,依据采样协方差矩阵相邻特征值之比估算干扰信号数目。然后,利用空间谱估计值粗略判定干扰信号来向,并根据零陷展宽需求重新设定干扰区域空间谱估计值。最后,以干扰区域谱估计值为基础重构INC矩阵,求解阵列权矢量。仿真实验表明,相比于其他零陷加宽算法,所提算法在相同展宽下的零陷更深,阵列输出载噪比(carrier to noise ratio, C/N₀)也高出5 dBHz以上。     

单比特量化软件接收机中的鲁棒数字鉴相器

提出一种新的应用于单比特量化软件接收机中的鉴相器--鲁棒数字鉴相器。与已有的数字鉴相器不同,提出的鉴相器是对I、Q 两路的载波相位分别进行估计,再进行线性融合,从而提供了比数字鉴相器更好的精度和鲁棒性。分析与仿真结果表明,无论是在高信噪比还是低信噪比环境下,在单比特量化接收机中,提出的鉴相器估计精度均优于传统的反正切鉴相器和数字鉴相器,具有良好的性能和鲁棒性。     

强干扰下GPS接收机性能仿真和分析

由于GPS接收机接收信号弱,使得接收机容易被干扰.为了分析干扰对GPS接收机的影响,开发了一个基于Marlab的软件仿真平台.该平台包括四个部分:用户界面、GPS信号仿真器、GPS软件接收机以及干扰信号发生器.接收机在受干扰信号的驱动下的输出量:伪距、载噪比、锁相环锁定值和定位误差,用于接收机的干扰性能分析.理论结果和实验结论相吻合表明该软件仿真平台可以用于干扰条件下接收机的性能分析.同传统的硬件仿真相比,软件信号仿真平台以较低的代价为研究者和开发人员的评估和测试提供更多的灵活性.所有的关键技术都采用Matlab语言的模块化编程.因此,该仿真平台适合该领域的初学者掌握GPS原理和研究者开发更先进的抗干扰算法.     

动态环境下GPS软件接收机研究

载体的动态性所引入的多普勒频移给GPS接收机的载波跟踪带来了很大的困难。首先介绍了GPS软件接收机捕获与跟踪策略,提出了一种新的基于模糊逻辑控制器和三阶锁相环的动态载波跟踪方案,分析了模糊逻辑控制器的设计原理,推导了适合软件实现的三阶锁相环的数字形式。实验结果证明提出的设计方法与传统环路相比可大幅度缩短载波跟踪时间,减小环路滤波器带宽,并能消除周跳。     

GNSS接收机射频前端电路相位噪声评估方法

相位噪声是影响全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)接收机性能的一个重要因素,在高性能的接收机设计中,射频前端电路的相位噪声评测是不可忽略的。传统观测相位噪声的方法主要是利用频谱分析仪等专业仪器来实现,其无法观测GNSS接收机射频前端电路(包含模数(analog-digital,AD)转换器)的相位噪声。分析了接收机相位噪声和热噪声在信号复平面域的表现特征,提出了在信号复平面域评估GNSS接收机射频前端电路相位噪声的方法,并对该方法进行了仿真验证和实测验证。利用相位噪声对信号在复平面实部和虚部影响不同的特点,对采集到的信号数字中频数据进行相干积分处理,定量估算接收机射频系统的相位噪声。结果表明,该方法具有较高的评估准确度,可以用于测量与评估GNSS接收机射频前端电路(包含AD转换器)的设计质量,预测接收机性能。     

Fine Doppler shift acquisition algorithm for BeiDou software receiver by a look-up table

The BeiDou software receiver uses the fast Fourier transform(FFT) to perform the acquisition. The Doppler shift estimation accuracy should be less than 500 Hz to ensure satellite signals to enter a locked state in the tracking loop. Since the frequency step is usually 500 Hz or larger, the Doppler shift estimation accuracy cannot guarantee that satellite signals are brought into a stable tracking state. The straightforward solutions consist in increasing the sampling time and using zero-padding ...     

Adaptive beamforming and phase bias compensation for GNSS receiver

Adaptive antenna arrays have been used to mitigate the interference on global navigation satellite system(GNSS) receivers. The performance of interference mitigation depends on the beamforming algorithms adopted by the antenna array. However,the adaptive beamforming will change the array pattern in realtime, which has the potential to introduce phase center biases into the antenna array. For precise applications, these phase biases must be mitigated or compensated because they will bring errors in code phase and carrier phase measurements. A novel adaptive beamforming algorithm is proposed firstly, then the phase bias induced by the proposed algorithm is estimated, and finally a compensation strategy is addressed. Simulations demonstrate that the proposed beamforming algorithm suppresses effectively the strong interference and improves significantly the capturing performance of GNSS signals. Simultaneously, the bias compensation method avoids the loss of the carrier phase lock and reduces the phase measurement errors for GNSS receivers.     

基于ZF频率误差修正的GNSS信号捕获算法

在分析微弱信号条件下残余多普勒对全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)信号捕获影响的基础上,提出了基于迫零(zero forcing,ZF)频率误差修正的GNSS信号捕获算法,该算法将ZF的频率修正与快速改进的双块零扩展(fast modified double block zero padding, FMDBZP)算法有机结合,从而获得高精度的频率估计结果,并将修正项实时引入本地环路振荡器,减少了由多普勒频率误差引起的相关功率损失,理论分析和仿真实验表明,在给定仿真条件下,该算法能明显提高捕获性能,捕获灵敏度相对于FMDBZP算法有1.2 dB的性能提升,残余多普勒频率估计的标准差小于2 Hz。     

大多普勒偏移下直接序列扩频信号捕获新方法

针对具有大多普勒偏移的直接序列扩频信号捕获问题,提出一种基于快速傅里叶变换(FFT)的多普勒和伪码分别并行搜索的捕获新方法.该方法利用伪码二相调制特性,通过乘法消除伪码影响,得到多普勒估计值,在此基础上运用圆周相关法得到的伪码相位估计值.计算机仿真表明,它能更快、更高精度地完成多普勒频率一伪码相位的二维搜索,且捕获时间与多普勒偏移大小无关,尤其适用于大多普勒环境.     

超宽带正交解调接收机信号采集系统设计

根据超宽带信号处理及实现目标识别的需要,设计并实现了一套超宽带脉冲体制正交解调接收机信号采集系统。介绍了系统的硬件和软件设计,提出了I/Q正交解调及脉冲体制超宽带信号幅相误差校正方案,并构建了适于超宽带信号频谱分析的双谱分析模块。实际应用表明,该系统达到了实时高速稳定数据采集的要求。     

GNSS自适应阵列天线引入误差的分析与估算

自适应阵列天线作为全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)抗干扰应用中的重要工具,已经得到了广泛应用。然而,自适应阵列天线在抑制干扰的过程中,破坏了GNSS信号的完整性,给GNSS接收机测量引入了新的误差。首先从理论上分析测量误差的来源,然后通过仿真分析自适应阵列天线对接收机码相关函数的影响,最后提出一种码/载波相位偏差估算方法,并进行了引入测量误差大小的估算。实验结果表明,自适应阵列天线引入的测量误差具有不确定性,主要是由码相位偏差引起的,引入的伪距误差甚至达到几十米。在高精度应用中,这些误差必须被消除或补偿。     

数字高程模型的一种软件生成方法

为实现战场环境仿真中地形数字高程模型(DEM)的建立,结合数字高程模型的特点,根据地图等高线原理和计算机灰度处理技术研制开发了一套DEM生成软件,并以某地区等高线地图为例,详细叙述了此软件的DEM生成方法,最后对这个软件进行了总体评估。该软件可用于民用地理环境及军用战场环境仿真中DEM的建立。     

Design and realization of synchronization circuit for GPS software receiver based on FPGA

With research on the carrier phase synchronization and symbol synchronization algorithm of demodulation module, a synchronization circuit system is designed for GPS software receiver based on field programmable gate array (FPGA), and a series of experiment is done on the hardware platform. The result shows the all-digital synchronization and demodulation of GPS intermediate frequency (IF) signal can be realized and applied in embedded real-time GPS software receiver system. It is verified that the decision-...     

1.2 GSPS数字信道化接收机的设计与实现

在推导实信号数字信道化接收机高效结构的基础上,在硬件平台上完成了1.2 GSPS的16通道数字信道化接收机的实现。在FPGA实现中充分考虑了高速数据的可靠接收以及片内的数字处理速度和资源的优化,保证了系统良好的性能。实际中频测试结果表明,该数字信道化接收机的功能正确,性能稳定。