基于FPGA的GPS接收机相关器技术研究与实现

利用EDA技术和FPGA技术,研制出具有自主知识产权基于FPGA的GPS相关器。采用本地产生C/A码的超前、即时、滞后码与输入信号进行并行相关,并得到预检测值用于捕获GPS信号;重点设计载波NCO相位、载波周数、码相位、历元计数等测量数据产生模块,含该模块的GPS相关器可用于实现导航型和测量型接收机;阐述了GPS相关器各个模块的详细设计,并用VHDL在FPGA中实现了其全部设计。在Modelsim下进行功能仿真和时序仿真,仿真正确后下载到Xilinx Virtex-II Pro开发板中进行验证。运行结果表明设计的GPS相关器与微处理器配合可以完成GPS信号的基带信号处理。     

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。     

GPS中P(Y)码直接捕获技术与进展

GPS中P(Y)码直接捕获技术,不仅能提高接收机的抗干扰能力和反电子欺骗能力,而且还能用于对GPS新一代M码信号进行直接捕获,对发展我国新一代卫星定位系统也有很大的借鉴意义。在系统地分析了P(Y)码直接捕获技术难点的基础上,分析和总结了近年来P(Y)码直接捕获的各种主流技术,并对其中影响较为深远的并行相关器、延迟相乘算法、电光相关器、XFAST和直接平均等算法进行了较为全面分析和介绍。     

GPS信号捕获性能的分析

在GPS信号捕获原理的基础上 ,分析了GPS信号捕获时间及检测概率的性能 ,得到捕获性能与载噪比、积分时间的关系 ,并对当前采用高精度时间源和多相关器技术的GPS接收机的捕获性能进行了分析。仿真结果表明采用先进的捕获技术的重要性。     

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.     

不同干扰对北斗B1I信号接收机影响

目前,国内对于北斗卫星信号质量的评估多集中在空间段和地面段,然而对于干扰条件下,用户端的性能研究却不多见。为了对干扰有效划分,结合接收机基带信号处理过程,根据相关器积分时间与北斗B1I信号的频谱特性,将干扰分为4类,并导出相应的解析表达式,最后分析了连续波干扰下载波跟踪测量误差和码跟踪测量误差。北斗B1I信号的仿真结果与国外文献提供的GPS L1的仿真结果具有良好的一致性,验证了此方法的有效性。同时,对于不同干扰类型的研究有助于北斗接收机的抗干扰设计。     

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。     

扩频通信中PN码平方律捕获检测性能的统计研究

对于任何一种扩频通信PN码捕获系统来说,捕获性能在很大程度上取决于检测概率和虚警概率。在常用的平方律PN码捕获检测器中,相关器输出信号的概率密度函数是估计检测概率和虚警概率的重要依据。本文采用一种抽样数据方法导出了这个概率密度函数表达式及检测概率和虚警概率表达式,并通过了计算机仿真验证。本文研究的结果对于研究扩频通信理论和在实际系统中设计调整各种关键参数指标都是非常有用的。     

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。     

基于小波处理的P码直捕及实现研究

相对于C/A码,GPS的P码信号不仅定位精度高,且具有很强的抗干扰和保密能力。由于P码信号具有多普勒频移大、码周期长以及码速率高等特点,给P码的直接捕获带来了很大的技术难度。提出了采用小波滤波进行辅助捕获的捕获策略。在辅助捕获阶段,通过小波处理,减低需处理数据的数据率,从而提高了搜索速度,经二维搜索估计出接收P码信号的相对时延和多普勒频率等先验信息。利用该先验信息指导同步跟踪电路对接收信号进行捕获、跟踪与同步,从而达到提高捕获速度、降低硬件资源消耗的目的。仿真结果证明了该辅助捕获策略的正确性。     

基于相关鉴频器的载波同步算法

通过对整周期扩频的DS/SS系统伪码分段匹配滤波器的相关峰值与载波多普勒频差之间关系的分析,提出了一种基于分段匹配滤波器的相关鉴频算法,其频率捕获范围为0.75倍数据速率,工作上限可达1倍数据速率.通过计算机仿真对比分析了相关鉴频和四相鉴频的无噪鉴频特性和鉴频输出信噪比,给出了一种相关鉴频器和四相鉴频器的组合载波同步方案.仿真结果显示,与传统的四相鉴频器载波同步方案比较,新方案可缩短大初始频偏下载波同步过程.     

Analysis of unmanned aerial vehicle navigation and height control system based on GPS

According to the characteristic of global positioning system (GPS) reflection signals, a GPS delay mapping receiver system scheme is put forward, which not only satisfies the unmanned aerial vehicle (UAV) guidance localization but also realizes height measurement. A code delay algorithm is put forward, which processes the direct and land reflected signal and outputs the navigation data and specular point. The GPS terrain reflected echo signal mathematical equation is inferred. The reflecting signal area, when the GPS signal passes the land, is analyzed. The height survey model reflected land surface characteristic is established. A simulation system which carries guidance localization of the UAV and the height measuring control through the GPS direct signal and the land reflected signal is designed, taken the GPS satellite as the illumination source, the receiver is put on the UAV. Then the UAV guidance signal, the GPS reflection signal and receiver’s parallel processing are realized. The parallel processing reduces UAV’s payload and raises system’s operating efficiency. The simulation results confirms the validity of the model and also provides the basis for the UAV’s optimization design.     

高动态GPS/INS组合导航算法研究

首先介绍了新型深组合GPS/INS系统原理图及组合导航滤波算法。在该算法中,组合卡尔曼滤波器除完成INS误差及GPS接收机时钟误差的估计外,还参与了GPS码跟踪,即完成传统码跟踪环中环路滤波器的功能。采用自适应码跟踪误差估计器补偿组合卡尔曼滤波器测量值中的相关分量,从而消除了传统组合中不稳定的主要根源。然后进行了计算机仿真计算,仿真结果表明,新型深组合GPS/INS导航算法适用于机动性较高的载体。     

最大值约束的广义延拓逼近GNSS码鉴相算法

针对GNSS码跟踪环高精度鉴相需求,提出了一种最大值约束的广义延拓逼近码鉴相算法,利用5个相关臂的相关结果建立广义延拓逼近模型,拟合得到相关值分布函数,进而得到码相位差。同时利用相关结果最大的相关节点对拟合的相关值分布函数进行约束,进一步提高了码相位差的估计精度和适应性。将新算法与常用的归一化超前减滞后包络鉴相算法从鉴相线性范围、牵引范围和鉴相误差三方面进行了对比。蒙特卡罗仿真和在GPS软件接收机上对实际GPS信号采样数据进行测试的结果表明,结合最大值约束的广义延拓逼近鉴相误差性能大大优于传统的归一化超前减滞后包络鉴相,可以有效地提升码鉴相器的鉴相精度。     

GPS信号空时处理后码跟踪误差的补偿方法

全球卫星定位系统（global position system, GPS）接收机使用空时自适应处理能够增益信号并抑制干扰,但空时自适应处理结构影响GPS信号的定位精度。首先推导空时自适应处理后,GPS信号与参考信号的相关波形,分析了空时处理对码跟踪的影响。然后在码跟踪过程中改进本地参考信号以补偿相关波形的误差,减少空时自适应处理后的码跟踪精度损失。仿真和实测结果验证了算法的有效性。     

基于GPS信号的海面目标被动探测

在分析海面反射GPS信号规律的基础上,研究了海面目标通过第1菲涅尔区对GPS信号C/A码相关能量影响的规律,提出了通过检测海面反射信号相关能量变化的方法来探测海面目标。用左旋圆极化天线和软件接收机对该方法进行了地面接收试验,结果表明,当目标穿越第1菲涅尔区时会引起GPS反射信号相关能量的显著变化,通过对反射信号相关能量进行累积平滑处理可以检测这种变化,从而达到探测目标的目的。     

直接序列扩展频谱通信系统仿真

针对频通信广泛的应用 ,对它进行系统建模与仿真非常有益。论述了采用相关器捕捉环路和跟踪环路以及科斯塔斯环路 ,实现无导频直接序列扩频通信系统的伪码同步与载波同步的方法 ,给出了在系统仿真软件Serenade平台下的仿真结果 ,详细展示了扩频接收机工作的全过程 ,为设计、分析直扩通信系统提供了方便。