北斗信号快速捕获研究与仿真

捕获速度和捕获多普勒误差影响着北斗接收机的工作性能,北斗信号导航电文的高数据率使传统通过加长快速傅里叶变换(FFT)数据长度来精细化多普勒频移估计的方法不再适用.在研究北斗信号结构和并行码相位搜索捕获原理的基础上,利用FFT对北斗信号实现快速捕获,根据信号相关幅值与多普勒频移估计误差的关系,采用曲线拟合对多普勒频移进行精细化估计,提高了北斗信号的捕获性能.利用采集的北斗导航模拟器信号和MATLAB对算法进行了仿真,仿真结果表明,在1 ms相干积分时间下,并行码相位搜索捕获算法成功捕获到全部卫星信号,经曲线拟合精细化之后的多普勒频移估计误差小于50Hz.     

基于FPGA的低截获概率卫星测控信号捕获系统

提出了一种基于FPGA的低截获概率卫星测控信号捕获解决方案。基于AD+FPGA的硬件架构完成了带宽为200MHz的跳频和直接序列扩频混合扩频信号的解跳、解扩,实现了基于Xilinx的快速傅里叶变换IP核的扩频码的快速滑动码相关,以及多跳积分结果的相干累加,并采用相对门限法进行了捕获判决。板上试验结果证明了该方案的捕获性能,最大捕获时间小于4 s,捕获概率达到99%,虚警概率小于0.001。该系统已应用于北斗二代导航MEO卫星测控链路。     

基于全相位频谱校正的TMBOC信号的捕获

针对使用传统部分匹配滤波器（PMF）结合快速傅里叶变换（FFT）无法精确捕获时分复用二进制偏移载波（TMBOC）调制信号的问题,提出一种基于全相位频谱校正的捕获方法。首先通过PMF过程对接收信号进行部分相关运算,再使用全相位快速傅里叶变换（apFFT）算法对多普勒效应进行补偿,最后结合全相位频谱校正技术对功率谱进行校正。仿真结果表明,在同一条件下,该算法比PMF-FFT加窗算法检测概率提高了3 dB左右,并有效缩短了捕获时间。该算法可比PMF-FFT加窗算法更精确捕获TMBOC信号。     

BD2快速捕获方法的研究与FPGA实现

针对北斗二代B1频点伪码相对较长,传统匹配滤波捕获占用资源过大的问题,在数字匹配滤波器的基础上,介绍一种折叠匹配滤波器结合快速傅里叶变换并行捕获的方法,将传统的多普勒频移和码相位的二维搜索减少为码相位、多普勒频移并行的一维搜索,以此缩短捕获时间和减少资源的消耗。首先对算法的数学模型进行推导,然后对快速捕获的核心模块——sinc内插单元、折叠匹配滤波单元以及FFT谱分析单元的原理和FPGA电路实现进行了详细的论述。最后通过在 Modelsim 软件平台上的验证,证明了该实现方案具有设计合理、捕获速度快和资源消耗低的特点,在应用于北斗信号捕获的同时,还适用于其他系统的伪随机码捕获。     

一种高动态环境下 COMPASS 卫星信号快速捕获算法

在对传统的卫星信号捕获算法分析的基础上,提出了一种惯性导航系统(INS)辅助的基于部分匹配滤波器和快速傅里叶变换(FFT)相结合的捕获算法。在此算法中,利用惯性导航设备提供的信息计算多普勒频率,通过部分匹配滤波器和 FFT 相结合的算法并行搜索载波频率和码相位。该算法不仅能缩小多普勒频率的搜索范围,而且能够快速搜索码相位。仿真结果表明,此算法能够在高动态环境下成功捕获 COMPASS 卫星信号,并且明显减少捕获时间。     

基于相干累积的跳频扩频信号的捕获方法

为解决高动态低信噪比环境下信号捕获质量差、通信性能弱的问题,提出了一种基于相干累积的跳频扩频信号的捕获算法.该算法首先对中频信号的2倍重采样信号做快速傅里叶变换(FFT);然后与PN码的FFT的共轭相乘,再做快速傅里叶逆变换(IFFT)完成一次相关,最后对多路相关的结果按照行存列取的方式做FFT,进行相干累积,并通过峰均比来判断是否捕获成功.相较于时域相关运算,频域相关运算在码相位上,只需经过2次FFT与1次IFFT运算,算法复杂度低.由于高斯白噪声的特性,相干累积能实现对信号能量的累积,而不累积噪声能量,可实现对微弱信号的捕获.实验结果表明,该算法在信噪比为-21 dB的情况下,可实现对6000 m/s高动态下3.8 GHz频段附近的信号的捕获,具有较高运算效率和灵敏度.     

高动态多普勒条件下伪码快速捕获技术

在扩频通信中,伪随机码的捕获是系统的核心和关键技术.在高动态多普勒存在的条件下,传统的伪码捕获方法捕获时间较长.本文详细介绍了一种基于部分匹配滤波(Partial matched filtering,PMF)与快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)相结合的伪码快速捕获方法,使其对多普勒频移的使用范围大大提高,缩短了伪码捕获时同.最后用Matlab进行了仿真,验证了该方法的正确性和有效性.     

一种基于GPS软件接收机的优化捕获算法

在GPS软件接收机系统中,卫星的捕获操作需要进行大量的相关运算,消耗大量的运算时间和硬件资源.虽然软件接收机采用快速傅里叶变换(FFT)算法来代替相关运算,可以一定程度上减少处理时间,但是对于嵌入式系统来说,由于耗时难以令人满意,限制了其在嵌入式平台上的应用.提出一种自适应搜索算法,利用循环相关操作的原理,在多普勒频移的搜索过程中,采用多级步进,通过不同长度搜索的步长,在保证搜索正确性的前提下,能够减少捕获操作中相关运算的数量;同时,为了减少不必要的硬件消耗和运算消耗,将多级步进预先设置并储存到数据表,从中得到足够精确的多普勒搜索步长,因此利用自适应搜索算法可以减少部分不必要的快速傅里叶变换的数量,提高捕获操作的时间效率.实验证明此方法能够一定程度上提升捕获操作的效率,从而减少捕获所需时间.     

基于SFFT的宽带信号互谱法测向算法

在无线电频谱监测中,随着数据采集能力和采样频率的不断提高,对算法的时效性提出了更高要求。对于宽带信号测向系统,提出基于稀疏快速傅里叶变换的互谱法相位测量算法,该算法利用信号频域的稀疏特性,通过频谱重排、滤波、降采样和估值,能快速计算出频谱中K（信号稀疏度）个拥有最大值的傅里叶系数。利用这K个大值点计算平均时延,在保证与传统快速傅里叶变换有相同精度的同时,降低算法的时间复杂度。分析表明,该算法的时间复杂度与信号稀疏度K呈亚线性关系。该方法提高了算法效率。仿真分析对比了基于稀疏快速傅里叶变换的互谱法和基于快速傅里叶变换的互谱法的误差,表明了该算法的有效性。     

基于匹配滤波器与FFT的伪码快速捕获方法及性能分析

针对GPS信号伪码捕获消耗资源大与捕获时间长的问题,采用匹配滤波器(MF)与快速傅里叶变换(FF-T)相结合的方法.该方法有效结合了串行捕获与并行捕获的优点,在减少硬件资源的同时实现了信号的快速捕获.详细推导了该算法的理论,并在Matlab平台上实现了伪码捕获的仿真及算法性能分析.分析表明该算法较其他算法在减少资源消耗、实现快速捕获及抗干扰方面有较大的优越性,并可应用于下一代全球导航卫星定位系统(GNSS)信号的捕获,为新一代的卫星伪码捕获奠定了基础.