基于PMF-FFT的扩频信号多通道并行捕获

目前在扩频测控通信系统中越来越多地采用了部分匹配滤波和快速傅里叶变换（PMF-FFT）的方法来实现扩频信号的捕获,这里分析了PMF-FFT实现扩频信号捕获的算法原理、过程和性能,充分利用多通道并行处理架构,提出了基于PMF-FFT的频域（频率分槽）多通道并行捕获和时域（伪码分区）多通道并行捕获两种不同的实现方法,以满足不同的扩频测控通信系统对伪码捕获性能的应用需求。     

一种改进的PMF—FFT短码捕获方法

提出了一种改进的PMF-FFT短码快速捕获方法.该方法将大规模并行相关器与PMF-FFT捕获结构结合起来,利用大规模并行相关器实现接收信号与本地码的分段匹配相关,将部分相关结果进行FFT运算实现对信号载波频偏的搜索,大大提高了PMF-FFT的捕获速度.Matlab仿真结果表明,该方法可以在低的信噪比之下实现对GPS短码的快速捕获.捕获电路的设计基于流水线,资源复用等硬件设计思想,利用较少FPGA资源,在一片FPGA内实现了对短扩频码的实时的快速捕获.     

一种基于FFT的伪码快捕方法

在扩频通信系统中,PN码的捕获是系统的核心和关键技术。将扩频通信技术应用于低地球轨道卫星通信系统时,由于卫星相对于地面站具有很高的径向速度和加速度,使接收信号附加了很大的多普勒频率。大多普勒情况下,常规的伪码捕获方法是进行多普勒频率——码相偏移的二维捕获,伪码捕获时间较长。详细分析了一种基于FFT的伪码捕获方法,该方法利用FFT运算的特点,对接收信号中由于多普勒频率引起的相位偏移进行了补偿,使之对多普勒频率的适用范围大大提高,从而只需进行码相偏移一维捕获,成倍地缩短了伪码捕获时间。     

基于相关的SFFT的卫星信号捕获算法

GPS(Global Positioning System)接收机中,常用的捕获方法有时域串行捕获方法、基于FFT( Fast Fourier Transform)的并行频率捕获方法和基于FFT的并行码相位捕获方法,但在某些应用场景下,会对卫星信号的捕获速度提出更高的要求,因此给出了一种基于相关的SFFT(Sparse Fast Fourier Transform)的卫星信号快速捕获算法。该算法结合卫星信号伪随机码的强自相关性的特性,将原有的SFFT的幅度估值去掉,利用时域串行的捕获方法,将SFFT算法中输出的大值坐标点对应的本地伪码与接收卫星信号做相关,进而捕获卫星信号。通过实验对算法进行验证,并与已有的卫星信号捕获方法进行对比,结果表明该方法能有效地运用于卫星信号捕获中,并且该算法的运算量要比传统捕获算法更低。      

级联FFT伪码捕获算法的研究与改进

新一代卫星导航信号体制采用的复合扩频码信号,给信号的捕获带来不利影响。本文深入研究了用于复合扩频码捕获的级联FFT伪码捕获算法,首次推导出算法的数学原理,为算法提供了理论依据。依据算法的数学原理,定量分析了载波多普勒和码多普勒对算法捕获性能的影响。载波多普勒的影响是两级多普勒补偿后的剩余多普勒共同作用的结果,码多普勒将导致算法在弱信号条件下的捕获失效。根据码多普勒的产生机理,结合算法的特点,提出分段码多普勒补偿改进算法,减小捕获性能损失,增加捕获时的能量累加时间。最后对分析结果进行仿真验证,仿真结果表明,算法的性能损失与理论分析结果相互吻合,改进算法能有效性的减小码多普勒影响,实现对微弱导航信号的捕获。      

基于前向搜索的GNSS长距多径信号判别技术

卫星导航接收机中的多径信号,尤其是长距多径信号会造成伪码的错误捕获与跟踪,带来很大的伪距测量误差,甚至定位失效。针对这一问题,利用卫星导航系统中独有的直达信号相对于多径信号具有最超前码相位的特性,在导航信号捕获跟踪之后,继续通过相关峰前向搜索的方法来判别直达信号与多径信号,在剔除多径分量之后获得准确的伪距测量值。在此基础上讨论了长距多径信号的搜索区间,给出了新的接收机处理架构,从而为卫星导航中长距多径信号的去除与精确定位的实施提供了重要参考。     

伪码脉冲复合测距及其快捕方法

给出了基于伪码复合冲击脉冲信号测距的方法。分析了伪码脉冲幅度调制和时延相位调制两种信号形式频谱,以幅度调制信号为例分析了全相参时延捕获方法。提出了伪码脉冲幅度调制信号的快捕方法,比较计算了各种捕获方法的检测信噪比,并给出了快捕实现原理框图。     

基于PMF-FFT的时频域双并行捕获

为了解决传统的PMF-FFT( Partial Match Filter-Fast Fourier Transform)捕获算法在信号捕获方面的不足,提出了一种新的基于PMF-FFT的时频域双并行捕获方案。对PMF加改进的汉宁窗,通过调整窗系数,选择最优化的参数,减小了捕获系统输出增益的衰减。利用FFT频谱分析的特点,对FFT的输入进行合理补零,输出加改进的汉宁窗,调整窗系数,基本上消除了扇贝损失。理论分析和MATLAB仿真结果证明,该方案在尽量不增加系统复杂度的情况下提高了捕获速度和频率估计精度,能够适应多普勒频偏较大的扩频伪码快速捕获。     

分段极性相关法估计DS-BPSK信号参数

介绍了一种分段极性相关的方法,并将其应用于DS-BPSK信号的多个参数估计和伪码捕获。该方法首先通过计算分段相关值的极性序列之间的相关值来估计基带码元极性,然后对分段数据进行平滑以提高信噪比条件,最后再估计伪码序列位数、码片宽度和伪码序列值等参数。仿真结果表明,该方法在输人信噪比R_(SN)=-17 dB条件下,可以同时估计DS-BPSK信号的多个特征参数,也可以进行伪码的快速捕获。     

伽利略E5波段信号扩频码基于VHDL的FPGA器件设计

介绍了伽利略卫星信号E5波段的基带信号结构,详细讲述了伽利略卫星信号中E5波段扩频码的结构和扩频码基于伪随机序列的线性移位寄存器的产生方法,给出了基于VHDL的FPGA器件设计方案以及modelsim仿真结果和signaltapII逻辑分析器捕获FPGA中的最终信号结果,由最终结果可知采用FPGA来实现伽利略伪卫星的E5,E1,L1波段的基带信号合成是非常简单易行的.     

高动态环境下高阶双二进制偏移载波信号的精确捕获

针对高动态环境下双二进制偏移载波(DBOC)调制信号无法精确捕获的问题,该文提出一种基于部分匹配滤波结合快速傅里叶变换(PMF-FFT)的捕获方法。又针对捕获过程中相关损失和扇贝损失引起的检测性能降低问题,提出一种改进的捕获方法。该方法首先利用离散多项式相位变换(DPT)去除接收信号的高阶动态项,然后针对DBOC信号重新设计PMF-FFT算法;最后利用频谱校正法对FFT后的功率谱最大值进行校正。仿真结果表明,在同一条件下,该方法将检测概率提高了2 dB左右,并且有效缩短了捕获时间。     

SFM干扰和高动态环境下DBOC信号的捕获

针对DBOC信号在正弦调频干扰(sinusoidal frequency modulation, SFM)和高动态共存环境下的捕获方法匮乏的问题,提出了一种基于正弦调频变换(discrete sinusoidal frequency modulation transform, DSFMT)结合离散多项式相位变换(discrete polynomial-phase transform, DPT),线性调频Z变换(CZT)的捕获方法。首先对接收到的信号做DSFMT,接着确定干扰位置并置零再做IDSFMT完成SFM干扰的抑制,然后利用定阶算法确定干扰抑制后信号的动态阶数再通过DPT去除其高阶动态项,最后利用CZT算法完成信号的捕获。仿真结果表明,在相同条件下,本文算法的检测概率比DSFMT-apFFT算法提高大约17 dB,比PMF-apFFT算法提高大约30 dB,比PMF-FFT算法提高大约34 dB。      

高动态短时突发扩频信号的快速捕获

针对低信噪比和大多普勒频移环境下,短帧突发直接序列扩频通信系统要求在短时间内以很低虚警和漏警概率捕获信号这一难题,设计了仅使用独特码的短时突发扩频信号帧结构,在接收端将扩频码与独特码作为一个复合扩频码看待,提出了基于FFT的高动态突发信号捕获方法,可同时快速完成突发信号检测、扩频码捕获、频偏估计、帧同步检测和位定时捕获等任务。仿真结果表明:该算法能有效消除多普勒频移对短时突发扩频信号捕获性能的影响。     

基于PMF-FFT的高精度伪码捕获算法

针对低信噪比、高动态环境下传统的伪码捕获算法捕获概率较低的问题,提出一种高精度的时频联合两轮频偏校正捕获算法.算法以两级PMF-FFT(Partial Match Filter-Fast Fourier Transform)捕获单元为模型,在不增加FFT点数的前提下对第一级增加差分相干累积模块提高信噪比,并运用时频联合频偏估计分别对信号进行两轮频偏校正,第二级输入经加窗处理,同时适当增加PMF长度,进一步提高捕获精度.理论分析和仿真结果表明,该算法与传统的PMF-FFT算法相比,有效地提高了多普勒频偏估计精度,且系统在低信噪比、高动态条件下捕获概率得到提升,具有良好的捕获性能.     

卫星广播信号上重叠发射导航增强信号的方法

提出了一种在卫星广播信号上重叠发射卫星导航增强信号的方法,将差分校正数据经过扩频后发射出去,与卫星广播信号进行频谱重叠,一起经卫星转发。通过参数设计和性能仿真可知,差分增强信号对广播信号的接收解调影响很小,差分接收机可以通过串行干扰抵消的方法从混合信号中提取出差分增强信号,实现解扩与辅助测距,解扩得到的差分校正数据可直接用于差分定位。当混合功率比为26 dB时,捕获概率达99.99%,测距精度为10.67 m,表明了此方法的可行性。     

基于捕获结果的GNSS欺骗式干扰检测

GNSS欺骗式干扰是卫星导航系统的一大威胁。对于转发式欺骗干扰,由于目标接收机并不知道所受干扰的具体参数,现有的单一欺骗检测方法不能检测所有欺骗干扰,本文提出一种在捕获阶段检测欺骗干扰的组合算法。首先利用联合信干噪比和多峰检测方法进行检测。如果捕获峰值超过给定阈值,则有欺骗干扰信号存在;若未超过给定阈值但有两个峰值,则利用提出的码相位差一致性方法进行检测,该方法避免了多径信号对检测性能的影响;当只有一个未超过给定阈值的峰值时,可能存在真实信号和欺骗干扰信号重叠,此时通过改进的相关函数宽度阈值方法进一步检测。当有两个相关峰时,随着欺骗干扰信号总功率变小,检测概率越来越高,表明了码相位差一致性方法的有效性;当有一个相关峰时,对于不同小时延下的转发式欺骗干扰信号,检测概率较高,表明了改进的相关函数宽度阈值方法的有效性。      

DCT变换域滤波码捕获方法

 针对较小时频不确定度的卫星信号捕获,提出了一种结合离散余弦变换(DCT)的码捕获算法.首先对信号进行部分匹配滤波(PMF),然后对各个码相位对应的PMF输出矢量进行DCT变换域滤波及信号重构,最后对信号进行基于能量的检测.由于PMF输出信号和噪声时变特性不同,滤波重构后信号能量几乎无损,而噪声能量得到了明显降低,从而提高了相同虚警概率下的捕获概率.理论分析和仿真结果表明本文检测算法可以有效提升检测概率,并且具有较低的复杂度.     

实时频谱分析技术在雷达信号侦察中的应用

复杂电磁环境下,信号侦察系统需要宽带的信号采集和处理能力、高截获概率和快速准确的分析能力。数字化雷达侦察宽带接收机中采用实时频谱分析技术可以提高设备对信号的捕获能力和观察能力,是一种非常有应用前景的新技术。本文首先研究了实时频谱分析技术的基本原理及其两个关键技术——频率模板匹配技术和数字荧光技术,然后提出了经过频率模板匹配处理后基于数字荧光技术生成的频谱积累图进行信号检测的处理方法,并定性分析了在接收频段上存在单信号、双信号及多信号等不同情况下该方法的处理性能。对双信号和多信号情况,根据信号位置按照分离、交叉和包含三种情况进行了分析。最后给出了相应的仿真验证,假定频段上存在三个宽带信号,其中一个信号在频率模板的模板区,另外两个信号不在,对3种能分离的情况在5dB、10dB、15dB、20dB的不同信噪比下各作了100次试验,并对试验结果进行了分析。仿真结果表明,采用文中提出的处理方法,能够有效的分析处理在同一时间段内存在的多个不同信号,从而提高了雷达侦察接收机的性能。      

基于信号估计的扩频测控信号快捕方法

为进一步提高扩频测控系统的捕获速度,研究了借助辅助序列估计伪码相位的方法,分析了该估计算法的精度。针对该算法在高动态条件下估计偏差较大引起捕获概率骤降的问题,提出引入最大似然频偏估计修正相干载波的方法,显著提高捕获概率。设计了基于码相位估计和载波频率估计的快速捕获算法,仿真结果表明,该算法在载噪比较好的情况下可以有效完成捕获。为提高算法在较低载噪比时捕获的可靠性,提出将估计值作为部分匹配滤波辅助快速傅里叶变换( PMF-FFT )初值的综合捕获方法,与传统捕获方法相比,平均捕获时间显著降低,且并没有带来硬件复杂度的提高,具有一定的理论意义和工程应用价值。