一种高灵敏度GPS信号快速捕获算法

为了提高GPS软件接收机捕获算法的灵敏度和快速性,提出了一种高灵敏度GPS卫星信号快捕方案。首先对GPS信号进行频率补偿,然后进行相干滤波提高卫星信号的信噪比,从而提高捕获算法的灵敏度。再采用延迟、累积捕获结构寻找输入信号中各颗卫星的C/A码起始点,引入延迟累加器实现各卫星多普勒频移成分的分离、估计,将传统的二维捕获过程简化为两个一维搜索过程,捕获时间仅为传统FFT快捕算法的几十分之一,提高了捕获算法的速度。分别通过实测和GPS数字中频信号发生器仿真生成的GPS数字中频数据对所设计的捕获算法进行了验证,实验结果表明该捕获算法行之有效。     

基于采样率变换和循环卷积的GPS信号快速捕获

提出了一种适用于GPS软件接收机的C／A码和多普勒频移的快速捕获算法。该算法结合了采样率变换FFT和时域卷积两种方法,提高了捕获速度和多普勒频移的精度。算法主要思想为对输入信号重新采样,在较低频率下用FFT获得粗略的码相位和多普勒频移,然后改变码相位对原始信号进行时域卷积,根据相关峰得到精确码相位,同理采用改变多普勒频移进行时域卷积,获得精度较高的多普勒频移。通过对GPS中频数据捕获表明该方案的捕获时间大大缩短。     

GNSS信号中多普勒频移的估计与补偿技术

为了提高全球导航卫星系统(GNSS)的信号捕获速度,提出了一种校正与补偿由卫星运动导致的GNSS信号中的多普勒频移的算法。讨论了由卫星运动的动力学方程计算卫星运动速度的方法、(GNSS接收机位置下的)可见卫星的确定,分析了由卫星运动引入GNSS信号中的多普勒频移,通过建模仿真了24颗卫星信号的多普勒频移变化曲线。仿真结果表明,多普勒随时间变化的曲线是具有周期性和单值性的光滑曲线,可依据接收机时钟估计出多普勒频移值,在半径800 km左右的范围内,大部分时间上的估计误差小于500 Hz,有效地缩减了多普勒频移的不确定范围,提高了GNSS信号的捕获速度。     

数字正交分解算法的研究

在软件无线电接收机中,普遍采用了中频数字化方案。中频接收机的输入信号为一个带通模拟信号,在进行信号解调前,必须先对其进行数字化正交处理,即将一个实信号变成两个正交数字序列。根据正交数字序列,可以方便地提取信号瞬时参数,同时在一定程度上能克服因衰落或多普勒频移等因素而导致的信号失真。根据A/D转换器在信号解调时所在位置和信号采样率的确定方式,对传统的基于Nyquist采样定理的模拟下变频法和基于中频带通采样的Hilbert滤波法、数字混频法和多相滤波法进行了研究。     

高动态突发扩频通信中伪码和多普勒频移的快速捕获

在高动态突发扩频通信系统中,要求接收机在很短时间内实现伪码和多普勒频移的快速捕获。目标的高速运动使接收机基带信号中存在较大的多普勒频移。针对伪随机序列相关峰的多普勒频移敏感特性,分析了多普勒频移对伪码捕获和数据解调的影响,提出了采用单通道匹配滤波进行伪码捕获,采用三通道并行相关器搜索多普勒频移的接收机捕获方案。该方案可有效减少硬件资源消耗,同时缩短捕获时间。     

卫星导航系统接收机原理与设计——之六

4.5.2数字信号检测Signal Detection上文假设接收机已经获取当前导航信号伪码延迟和多普勒频移参数对的预估值,因此,接收机可以利用当前估计的伪码延迟和多普勒频移参数对产生本地复制码。但是,GNSS接收机基带数字信号处理通道首次建立初始状态时,接收机并不能预估出导航信号的参数对(伪码延迟和多普勒频移),因此数字信号处理通道需要搜索可见范围内的所有的卫星(信号),即所谓的“冷启动”。接收机利用信号处理通道中的捕获模块     

一种基于FFT的多谱勒扩频信号捕获方法

在通信测控系统中短的信号捕获时间是非常重要的。提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)的多谱勒直接序列扩频信号的快速捕获方法,利用频域循环移位特性和FFT变换特点计算出本地伪码序列与输入信号序列的相位差,检测出输入信号多普勒频移。从理论上对该技术进行了研究,分析了捕获方法的基本原理,推导了二维相关计算的数学表达式。用Matlab/Simulink工具进行了仿真,检测出多谱勒频移和伪码相位,进一步验证了该算法捕获的正确性。     

高动态目标信号模拟源的设计和实现

为配合中频数字角跟踪接收机的研制,需要一个既能够产生角误差信号,又能够模拟多普勒、多普勒变化率等动态特性的中频模拟源。利用FPGA和AD9957硬件平台,采用基带载波控制的方式产生多普勒频移和多普勒频移变化率,设计了一个多调制体制、多带宽的信号模拟源。通过测试并与实际跟踪数据进行比对验证,表明该设计合理,模拟出的高动态特性与真实信号的动态特性一致。     

GPS系统多普勒频移估算的研究

在GPS导航定位系统中,多普勒频率偏移直接影响接收机性能。为了克服多普勒频率偏移的影响,提高接收机的GPS信号捕获速度,对多普勒频移估计算法进行了研究。推导了导航卫星运行参数的数学模型,给出多普勒频移估算的数学模型,对导航卫星运行参数及多普勒频移特性进行了MATLAB仿真。结果表明,卫星与接收机之间的相对位置对信号的多普勒频移特性有着较强的影响。仿真结果可以为多普勒频移的估计和补偿提供先验信息。     

基于改进遗传算法的GPS信号捕获方法

文章针对GPS信号的捕获问题,提出了一种基于改进遗传算法的信号捕获方法。该遗传算法采用了动态参数编码以及个体分布情况自适应确定交叉变异概率,对信号捕获中的多普勒频移和码相位这对参数进行优化。仿真实验结果表明,该算法成功捕获到GPS信号中多普勒频移和码相位,并具有较高的准确度和捕获效率,从而提高了捕获性能。     

基于FFT的GPS快捕方法设计和实现

在GPS接收机中扩频信号的捕获是系统的关键技术之一.卫星和接收机的相对运动使GPS信号产生相位延迟和多普勒频移,传统的滑动相关的捕获方法需要很长的捕获实践.通过分析GPS的信号特征,推导出卫星信号和本地信号经过相关累加后成为以多普勒频率变化的正弦信号,证明了运用FFT方法可以快速估计出卫星信号的多普勒频率.同时详细介绍了基于此方法而设计的FPGA硬件方案,提出了一种分时复用的方法使12个通道共用一个FFT捕获硬件,提高了效率节省了面积.通过实验验证了改算法的有效性,缩短了捕获时间.     

基于FPGA的宽带信号数字下变频设计与实现

为了实现机载雷达数据记录仪对宽带雷达回波信号的实时存储,提出了一种基于FPGA的宽带中频信号数字下变频结构。讨论了多相滤波正交化和分布式算法的基本原理,给出了宽带中频信号数字下变频的实现方案,重点对结构中正交化和抽取滤波两个模块进行了分析设计。Matlab仿真结果和FPGA仿真结果表明：该宽带中频信号数字下变频结构具有...     

基于FPGA高动态GPS快速捕获协处理器设计实现

高动态GPS接收机中,扩频信号捕获是系统的关键技术.由于系统的高动态特性,使GPS信号产生较大的载波多普勒频移和伪码多普勒频移,加大了信号捕获的难度.若采用通常的滑动相关捕获,需要很长的捕获时间;采用传统的全匹配滤波器结构,消耗的硬件资源太大.为提高捕获性能,分析了一种改进的折叠匹配滤波器并采用相干累加和非相干累加相结合的快速捕获方法,对GPS信号进行码相位的并行捕获,详细介绍了基于FPGA的具体实现.     

伪随机序列调制信号的多普勒频移估计

讨论了伪随机序列调制信息的多普勒频移和延迟的估计问题。隐藏在非透光残骸内的慢速运动目标反射信号含有周期信息。例如,这些信息可能是由人为或自然灾害后幸存人员的呼吸和心跳引起的。非相关与相关噪声都会导致编码序列薄结构出现误差。提出了一种拥有非相干鉴频器的准最优接收机。该接收机拥有两个相位同步的平行通道。主要讨论了该接收机合成过程的工作条件及其特性。这一合成过程建立在改进的非线性滤波过程基础之上。整个合成过程分为两步:第一步假设信号频率无频移且已掌握该信号处理算法的基本结构;第二步,假设该算法结构未改变,利用信号滤波理论设计了移频控制回路中的滤波器。频移与信号延迟的联合估计序列可用作动态卡尔曼滤波器模型。     

极弱GNSS信号高灵敏度快速捕获技术研究

由于相干积分时间较长,检测误码率大,多普勒延迟效应等影响,利用基于混沌阵子的差分相干捕获实现方法计算量大,难以进行快速捕获,本文介绍了一种极弱GNSS信号高灵敏度快速捕获技术,主要包括微弱GNSS信号检测技术、多普勒频率偏差补偿技术及相干积分与非相干累加结合方法,解决了对极弱GNSS信号高灵敏度快速捕获的问题。     

一种数字中频GPS信号生成方法

研究了一种数字中频GPS信号生成方法。给出了数字中频信号数学模型,模型考虑了各种因素对信号的影响。通过导航电文分析,提出信号传播时延、多普勒频移以及信号入射方向的估计方法。给出了中频信号产生的流程,对其中时延的设置,信号的上变频、信号幅度设置以及方向信息的导入进行了阐述。对所生成的信号模型进行了仿真分析,给出了信号产生各个阶段的频谱,对所生成的信号进行了相关捕获。仿真结果表明频谱特征符合理论分析,能够被捕获并找出信号时延从而实现定位。证明该信号模型能作为信号源应用于GPS接收机研制中。     

基于广义延拓逼近的GPS卫星信号多普勒频移估计方法

对并行码相位捕获GPS卫星信号时多普勒频移的栅栏效应进行研究。为了减小栅栏效应的影响,提高多普勒频移的捕获精度,提出用广义延拓逼近法来提高多普勒频移的估计精度,并在不增加算法运算量的基础上,对此方法进行优化,进一步降低了噪声对捕获多普勒频移精度的影响,仿真结果验证了该方法的有效性。     

频谱分析仪的数字中频设计方案

为了提高频谱分析仪的频率分辨率,同时降低模拟中频、视频电路组件的生产难度,现代频谱分析仪大多采用数字中频技术,利用模数转换器把模拟中频信号转换为数字信号,经过数字下变频、数字滤波、数字检波或快速傅里叶变换运算后得到射频信号的幅度和频率信息,再经过视频滤波处理后得到清晰的信号频谱.文中论述的信号处理方案实现了频谱的数字分析,在实际应用中验证了其指标的稳定.     

基于FPGA实现PN码快速捕获方案的设计

文章基于离散时间信号处理的分析方法,对多普勒频移影响PN码的性能进行了讨论。详细分析了部分数字相关器与FFT结合的频响特性并进行了系统仿真。在此基础上,提出了对存在较大多普勒频移的长伪随机码系统,采用FPGA实现部分数字相关器与FFT频率校正技术相结合的伪码捕获算法,实现较短时间捕获PN码的方案。     

中频相参数字接收机的相位补偿误差分析

中频相参雷达是一种通过在中频上的频率跟踪和相位补偿使不相参的回波具备相参性的雷达系统,这种雷达成本低、功率大,但是测速偏差和地物抑制能力相较全相参系统偏低,在实际使用中难以满足用户的需求。鉴于此,通过对中频相参数字接收机的频率跟踪和相位补偿功能的原理分析,推导出中频相参数字接收机经过相位补偿后,得到的回波的发射初始相位并不能修正到零,实际上存在两部分误差：第一部分与中频相参数字接收机内部数字控制振荡器（NCO）的频率、回波与样本脉冲之间的延时关系成正比,只要对NCO频率进行调整,此误差在脉间和距离上就是变化的;而第二部分是测频处理算法带来的误差。在发射样本信号频率变化不大的情况下,第一部分相位补偿误差在脉间的变化对多普勒速度处理的偏差、信号功率谱的展宽以及信噪比的下降起主导作用。在以上推论的基础上,改进了中频相参数字接收机的频率跟踪策略,有效改善了测速精度和地物抑制能力。