扩频通信接收机关键技术的FPGA实现

扩频伪码的捕获与跟踪是扩频通信接收机的关键技术,其实现十分复杂并且需要大量的软/硬件资源。为了实现接收机的小型化、降低功耗、提高系统的性能和可靠性,提出了采用FPCA实现扩频伪码的捕获与跟踪及其他关键技术,在FPCA上集成数字下变频、载波振荡器、匹配滤波器、伪码发生器、载波跟踪环、伪码跟踪环和解扩共7个模块。详细讨论了各模块的设计方案,并对扩频伪码的捕获进行了仿真,仿真结果证明了设计方案是正确的。     

大多普勒下基于FFT伪码捕获技术研究

在直接序列扩频通信中,伪码的捕获一般是通过相关运算来实现的,对于具有大多普勒频移的直接序列扩频信号,采用传统的伪码捕获方法,捕获时间将会很长,同时运算量也非常大。为了实现伪码的快速捕获,研究了一种基于FFT的伪码并行捕获算法。针对伪码长度不是2的整数次幂和存在数据跳变的问题,提出一种改善方法。计算机仿真结果表明：该方法既能满足FFT快速运算的要求又能消除数据跳变的影响,从而提高了基于FFT的伪码并行捕获性能。     

基于前置三阶相关检测的高性能直扩伪码捕获

为了提高无线电导航系统长伪码序列的检测概率,同时降低捕获时间,提出了一种带前置三阶相关检测的伪码捕获算法,即根据伪随机码和高斯噪声的三阶相关特性,首先实现本地伪码与接收伪码序列的码元相位同步,再用传统捕获方法进行伪码相位同步.理论分析和仿真结果表明,该方法能够有效提高捕获过程的检测概率,并降低捕获时间.     

冷启动环境下多卫星信号的联合捕获

针对冷启动环境下多卫星信号的联合捕获算法缺乏的问题,提出了一种复合伪码,部分匹配滤波结合快速傅里叶变换(PMF-FFT)以及频谱校正的捕获方法.该方法首先通过将不同卫星信号的伪码相加生成复合伪码,获得对不同卫星信号同时捕获的能力,然后将复合伪码和接收信号进行PMF-FFT运算,实现对多卫星信号的捕获,最后将经过FFT后...     

强干扰环境下基于最大信干噪比准则的联合波束形成与伪码捕获方法

在阵列天线直接序列扩频遥测系统中,联合波束形成与伪码捕获可以最大限度的利用阵列增益提高低信噪比下的捕获性能.考虑强干扰环境下的大系统扩展比多目标测控,分析了基于NLMS权值搜索与伪码捕获方法的抗干扰容限,提出了基于最大信干噪比(SINR)准则的自适应波束形成与伪码捕获联合实现方法,根据伪码相位搜索的滑动相关运算结果估计信号功率,最大化输出SINR实现自适应波束形成.计算机仿真表明,最大化SINR波束形成与伪码捕获联合方法的捕获性能更优,在低信噪比和强干扰环境下可以有效实现空间自适应波束形成和快速伪码捕获,并已成功应用于某遥测系统.     

基于FPGA实现扩频码的捕获

通过对伪码捕获原理进行分析以及对各种捕获方法进行比较,确定一种性能好、易实现的串并混合搜索捕获方案。并给出了一个在实际系统中成功应用的捕获电路,用Modelsim对伪码捕获电路部分模块的性能进行了仿真。     

直扩接收机的伪码二维捕获改进算法

传统的伪码捕获算法已经无法满足伪码的快速捕获的要求,为了降低伪码的捕获时间,在伪码二维捕获的基础上提出一种伪码二维捕获改进算法,该算法包括两级捕获,第一级捕获增大伪码时延和多普勒频差步进量,大范围搜索时延和频差;第二级捕获缩小伪码时延和多普勒频差步进量,小范围搜索时延和频差。理论分析和仿真结果表明,提出的伪码二维捕获改进算法相比伪码二维捕获算法,捕获时间缩短为原来的一半,捕获到的伪码时延和多普勒频率的性能有所改善。     

基于状态机伪码快速捕获的研究

在扩频通信系统中,长伪码序列的快速捕获是一个关键问题。针对传统捕获方法捕获速度慢、消耗资源多的缺点,提出一种基于状态机的新型伪码快速捕获方法,介绍了状态机伪码快速捕获方法的原理并在FPGA上实现了快速捕获。仿真结果表明,和传统的串行捕获方法相比,该算法在不降低捕获速度的基础上消耗更少的资源。     

伪码同步技术研究及其FPGA实现

针对扩频通信系统中的伪码同步问题,分析了基于匹配滤波捕获跟踪算法的伪码数字化同步方案.围绕匹配滤波捕获算法的原理和仿真,对伪码捕获跟踪同步算法在FPGA中的具体实现进行了研究.实验结果表明,该同步算法在FPGA上实现简练,性能稳定,能很好满足通信系统对速度和精度的要求.     

Agarwal-Cooley快速循环卷积算法在伪码捕获中的应用

提出一种采用循环卷积实现伪码捕获的方法,研究了Agarwal-Cooley快速循环卷积(Agarwal-Cooley Fast Circular Convolution,ACFCC)算法及其并行结构,设计实现了基于ACFCC的伪码捕获方法,最后分析了该方法的捕获性能.理论分析和仿真结果表明,与基于FFT循环相关法相比,基于ACFCC的伪码捕获方法在其它捕获性能没有明显改变的情况下,降低了运算量,并且便于计算机采用并行结构实现,提高了系统的捕获效率.     

高抗噪性的SFFT-DT快速捕获算法

针对稀疏快速傅里叶变换(Sparse Fast Fourier Transform,SFFT)并行码相位捕获算法抗噪性能较差的问题,提出了一种新的高抗噪性快速捕获算法.该算法依据伪码相关函数峰值唯一的特点,利用降采样快速傅里叶变换(Downsampling Fast Fourier Transform,DFFT)取代了...     

改进密度峰聚类的walsh码软扩频盲解扩

针对walsh码软扩频信号盲解扩问题,提出一种改进密度峰聚类算法。该算法在已知伪码周期和码片速率的前提下,对接收数据进行分段处理,得到数据矩阵,随后计算数据点的局部密度和距离较高局部密度数据点的最短距离,最后的采用自动确定聚类中心的密度峰聚类算法估计伪码序列规模数和伪码序列。该算法具有在较低信噪比条件下,实现walsh码软扩频信号盲解扩的特点。仿真结果表明,在信噪比较低时,本文算法能够准确估计伪码序列规模数和伪码序列,且时间复杂度较低。      

基于直扩的伪码频偏估计

提出了一种基于直接序列扩频信号的伪码频偏估计方法。介绍了解扩原理,包括中频采样、数字下变频、相关累积、伪码频率估计、环路滤波和伪码跟踪等。分析了伪码频偏估计的具体方法:伪码搜索的方法实现伪码大频偏的粗略估计;用锁相环实现伪码的同步;对锁相环的相位误差的提取,环路滤波器的结构和参数给出了具体的实现方法和表达式,并对环路等效噪声带宽的选取及其影响进行了讨论。     

利用帧头消除测距时标整周期滑动的方法

在弹载扩频脉冲应答式测距系统中,应答机直接利用捕获脉冲作为时标信号进行测距。此法在高信噪比时测距精度较高,但在低信噪比时,伪码同步脉冲的抖动较大,同时捕获脉冲会产生整数个伪码周期地滑动,导致测距误差较大。为了提高测距精度,提出了一种利用帧头消除脉冲应答式测距时标整周期滑动并降低时钟抖动的方法。在获得伪码捕获脉冲并检测到帧头后,应答机才启动应答信号,可有效降低低信噪比时的测距误差。     

伪码均匀性对信号功率测量的影响

在扩频体制导航信号模拟源功率测量中,出现了长周期伪随机码调制信号的功率测量值波动范围明显大于短周期伪随机码调制信号功率测量值的现象。针对这一现象,该文从理论上分析了测量值产生波动的原因,并通过实验进行了验证,得出了伪随机码在测量时段内的码均匀性影响信号功率测量准确度的结论,提出了规避或降低由码均匀性引起测量误差的解决措施。     

基于自适应窗长WD分析的伪码调相-载波调频复合引信信号的参数提取研究

该文研究了自适应窗长时频分析的理论及其实现方法,利用该方法对伪码体制复合引信信号进行脉冲内特征分析。这些信号具体包括伪码调相信号、伪码调相与正弦调频复合信号、伪码调相与线性调频复合信号。仿真结果表明,在信噪比为10dB时,利用自适应窗长时频分析技术,不但可以提取载频调制的特征信息,而且能够有效提取相位突变位置的特征信息。     

伪随机码的盲信源分离方法

根据伪噪声通信及伪随机码的相关特性,提出一种采用盲信源分离方法从伪码扩频信号中分离不同伪码序列的方法,并探讨该方法在CDMA监听系统中的应用。采用该分离方法能快速准确地分离和识别不同用户的伪码特征,来获得该用户的语音或数据信息,具有很好的应用前景。     

面向低轨通信星座的导航定位方法比对研究

当前基于低轨卫星的导航定位方法研究成为国内外热点,其中基于低轨通信卫星的导航定位技术更是当前研究的重点方向。然而低轨通信星座较低的时空基准精度给导航定位带来了较大的挑战,针对弱时空基准约束的低轨卫星导航定位体制设计还处在研究的初级阶段。本文针对低轨通信星座的导航定位服务需求,基于LEO通信卫星的伪码测距信号与多普勒测频信号,开展精度因子（Dilution of Precision,DOP）及定位精度均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）分析,并对两类测量体制下的低轨通信星座导航定位服务性能进行分析论证。理论分析与仿真结果表明,在设定低轨通信卫星10 m～30 m弱时空基准误差的约束下,多普勒测频体制具有更优的导航定位精度,其周期平滑后的三维RMSE值为1.28 m,相比伪码测距体制下的三维RMSE值优化了86.8%;二维RMSE值为0.99 m,相比于伪码测距体制提升了52.9%。本文提出了一种较为可靠的低轨通信星座多普勒定位方案,为未来低轨通信卫星用于导航定位服务提供了有益参考。     

多径环境下TDDM-BOC信号伪码周期估计

针对低信噪比下存在多径效应的时分数据调制二进制偏移载波( TDDM-BOC )调制信号的伪码周期估计难题,提出了一种基于二次谱的TDDM-BOC信号伪码周期估计算法。该算法首先推导出多径环境下TDDM-BOC信号模型,然后求出多径TDDM-BOC信号的功率谱,再求其二次谱,最后通过检测二次谱的尖峰脉冲间的间距得到多径环境下TDDM-BOC信号的伪码周期。实验过程中采用累加平均的方法可以达到降噪和精确估计的目的。仿真结果表明：该算法能够在多径环境下对TDDM-BOC信号伪码周期进行有效估计,且估计性能与多径环境有密切关系,这为今后我国“北斗冶导航接收设备的开发提供了一定的理论参考。