GPS接收信号捕获方法的研究

全球定位系统(GPS)是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星定位系统。本文对GPS信号的捕获方法进行了研究。     

基于FFT的扩频信号捕获仿真

针对现有扩频信号捕获方法实时性差、消耗硬件资源多的缺点,提出了一种基于FFT的低信噪比扩频信号快速捕获方法.根据FFT原理,设计了FFT伪码捕获原理框图,并从伪码特性、FFT栅栏效应和信道影响三方面分析了其性能.仿真结果表明:FFT捕获算法在-10 dB的低信噪比下仍具有良好的伪码捕获性能,并具有一定的实时性,可广泛应用于无线定位、遥控遥测和卫星通信等领域.     

高动态下直扩信号的快速捕获

在扩频接收过程中受发射机和接收机之间的相对运动和时钟不稳定因素的影响,接收伪码和本地伪码之间会存在一定的频移,严重影响信号传输的准确率和有效率。本文提出了一种基于多普勒频率补偿-频域匹配的并行捕获新方法,这种方法大大节省了硬件资源,提高了系统的检测概率。     

北斗导航系统 B1频点弱信号捕获技术研究

针对BDS（北斗卫星导航系统） B1频点的D1导航电文因存在NH码二次调制,导致相干累积时间不能超过1ms,从而影响了增益累积效果,降低了弱信号捕获性能的问题,基于NH码与CB1I码叠加码的自相关性,提出了一种改进的基于全比特累积的差分相干算法来实现BDS弱信号捕获。该算法通过将非相干算法和传统差分相干算法有效结合来解决传统差分相干算法不适用于长时间相干累积的问题。为了验证算法的捕获性能,将改进的算法与基于全比特累积的非相干算法对BDS－B1频点弱信号的捕获性能进行了比较。仿真结果表明,改进算法能够实现信号功率低至－178 dBW的BDS－B1频点弱信号的捕获。     

高动态直扩接收机快速码捕获方法

针对接收信号存在大频偏的高动态直扩接收机伪码捕获时间长的问题,分析了高动态环境下匹配滤波检测器相关长度与相关后输出信噪比之间的关系,提出了分段匹配的方法。同时提出了在低信噪比的恶劣条件下,利用多周期累加的方法进行伪码捕获。根据这种新方法重新设计了捕获模式,并基于Matlab进行了算法仿真和性能比较,结果表明,新的算法能够容纳较大的频率动态范围,在较低信噪比下,具有伪码捕获功能。     

基于FPGA+DSP实现高动态GPS信号模拟器

为了测试全球定位系统(GPS)接收机在多种运动模式且高保真的环境中的性能,利用已有的星历和用户设定的参数,计算模拟载波和码多普勒频率和卫星信号延迟,进而在FPGA+DSP架构的硬件平台上,模拟GPS接收机接收到的GPS卫星信号.通过GPS接收机测试模拟器信号的定位结果与模拟器预先设定的轨迹相比较,其结果表明:高动态GPS信号模拟器能准确模拟多种运动模式下GPS卫星信号.     

高动态GPS C/A码的快速捕获与跟踪技术

针对高动态GPS接收机C/A码的快速捕获与跟踪问题进行了研究,介绍了一种高动态环境下的伪码快速捕获与跟踪算法.该算法既不占用太多的硬件资源,又显著改善了高动态GPS接收机C/A码的捕获速度与跟踪精度,大大提高了高动态GPS接收机的性能.     

GPS信号捕获算法的研究

GPS信号的捕获是GPS接收机的核心模块,它是基于码相位和多普勒频移二维搜索的过程。对于捕获模块,通常采用串行搜索算法和并行频域搜索算法。探讨几种算法的原理并分析其相应缺陷,并指出对GPS弱信号捕获的性能优良算法。     

基于伪码与多普勒频率分离的北斗信号捕获算法

北斗B1频点信号采用二次编码结构,而二次编码使用的NH（Neumann-Hoffman）码会发生比特跳变,导致接收机捕获性能降低,对此,提出一种基于伪码与多普勒频率分离的北斗信号捕获算法.该算法将接收信号分为两路,利用延迟差分运算和测距码的双极性分别对两路信号进行处理,消除了NH码比特跳变带来的影响.在此基础上使用匹配滤波器捕获码相位,使用快速傅里叶变换搜索多普勒频移,实现了码相位和多普勒频移的同时捕获.仿真结果表明,提出的算法成功捕获到了NH码跳变的信号,且在相同虚警率下灵敏度相比部分匹配滤波和快速傅里叶变换算法约有1.03 dB的提升.     

一种基于FPGA的高动态高数据率直扩信号的捕获算法

改进了以快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)为基础的高动态、高数据率直接序列扩频信号快速捕获的算法.详细介绍了算法实现的理论,推导了参数的选择范围,最后采用现场可编程门阵列(field programmable gate ar-ray,FPGA)程序对算法进行了设计与仿真.仿真结果表明,算法通过将相干积累与非相干积累相结合,在一定程度上消除了数据符号跳变对载波频偏估计的影响,有效地提高了低信噪比条件下多普勒频率估计的精度.     

高动态GPS信号模拟器中串口通信的实现

为了解决高动态GPS信号模拟器的硬件和上位机软件之间准确稳定的通信问题,提出了一种基于FPGA的串口通信设计方案.经过大量的测试,结果表明该设计方案采用FPGA设计串口通信,提高了系统的稳定性,能满足高动态GPS信号模拟器整个系统要求.     

A new frequency domain search strategy in high sensitivity GPS signal acquisition circuit designing

The contradiction between the sensitivity and the frequency domain searching speed of GPS signal acquisition circuit has been discussed for a long time. The signal integration operation which enhances the sensitivity of the system also makes the frequency slots narrower, which affects the speed of the system. In this research a high sensitivity GPS signal acquisition circuit is implemented with a new frequency domain search strategy. The new strategy combines DDS sweep strategy with cyclic shifting sweep strategy which makes the TTFF (time to first fix) reduced evidently. The extra hardware resource cost of the new strategy is acceptable. The speed advantage of the new frequency domain search strategy has been verified by hardware comparison tests.     

应用频率误差修正的高灵敏度GPS信号捕获技术

为提高弱信号环境下GPS捕获的灵敏度和频率精度,分析了差分相干捕获的输出特性,并对捕获频率误差的分布性进行理论推导.在此基础上提出在捕获过程中将频率误差修正值通过反馈环路实时引入本地振荡器,使修正后的sinc项趋近于1.理论分析与性能评估结果表明,差分相干输出近似服从高斯分布,提出的方案在处理低信噪比的GPS信号时,灵敏度优于非相干法2 dB、标准差分法0.5 dB;在给定的积分时间下,捕获得到的多普勒频率均值与实际值的误差小于5 Hz,标准差小于20 Hz,而且具有捕获频率精度随积分时间增加而提高的优点,能够满足后续弱信号跟踪要求.     

适应高动态环境的GPS载波相位估计方法研究

鉴于载波相位观测量可提供高精度定位信息的特点 ,分析了在高动态环境获得载波相位观测量的三种可能方法 ,对三种方法的估计精度和动态跟踪能力进行了比较 .提出了一种适合GPS系统的高动态环境载波相位测量方案 .     

Hybrid differential coherent bit synchronization algorithm for the weak GNSS signal

The low signal-to-carrier ratio and frequency deviation affect the bit synchronization in the GNSS receiver. In this paper, a hybrid differential coherent bit synchronization algorithm is presented, which uses the short coherent time to improve the signal gain and adopts the large distance differential coherent method to enhance the discrimination between bit edge and others. The results show that the proposed algorithm maintains a good frequency deviation tolerance, and achieves good synchronization performance under 50Hz frequency deviation. Compared with previous methods, the proposed algorithm improves the sensitivity of bit synchronization by 3～7dB.     

一种新的高动态全球定位系统频率估计算法

针对常用高动态全球定位系统频率估计算法扩展卡尔曼滤波(EKF)由于对模型进行简单线性化而造成的估计精度低与失锁门限高等缺陷,引入了一种新的线性滤波算法unscented卡尔曼滤波(UKF)进行频率估计．该算法不需要对非线性模型进行线性化,而是利用一系列Sigma采样点,通过unscented变换(UT)来进行状态与协方差阵的递推与更新．仿真实验结果表明新算法的估计精度远高于EKF,失锁门限也比EKF低约1dB,估计性能得到了改善．     

一种基于LabVIEW的微弱信号混沌检测方法

针对模拟电路混沌系统实现易受外界条件影响等不足,本文提出了一种基于LabVIEW实现微弱信号混沌检测系统的方法。利用强大的数值计算软件LabVIEW求解Duffing方程,通过识别系统输出的相轨迹的变化检测估计微弱信号。实验结果表明,利用LabVIEW产生的实验结果与理论仿真结果一致,证实了基于LabVIEW的微弱信号混沌检测方法是可行的,这为混沌系统的数字实现提供了新的思路。     

Variable scale-convex-peak method for weak signal detection

Avariable scale-convex-peak method is constructed to identify the frequency of weak harmonic signal. The key of this method is to find a set of optimal identification coefficients to make the transition of dynamic behavior topologically persistent. By the stochastic Melnikov method, the lower bound of the chaotic threshold continuous function is obtained in the mean-square sense.The intermediate value theorem is applied to detect the optimal identification coefficients. For the designated identification system, there is a valuable co-frequency-convex-peak in bifurcation diagram, which indicates the state transition of chaosperiod-chaos. With the change of the weak signal amplitude and external noise intensity in a certain range, the convex peak phenomenon is still maintained, which leads to the identification of frequency. Furthermore, the proposition of the existence of reversible scaling transformation is introduced to detect the frequency of the harmonic signal in engineering. The feasibility of constructing the hardware and software platforms of the variable scale-convex-peak method is verified by the experimental results of circuit design and the results of early fault diagnosis of actual bearings, respectively.     

一种基于GPS C/A码引导的P码捕获方法

针对GPS系统P码(Precision Code)信号多普勒频移大、码周期长和速率高的特点带来的捕获慢且资源消耗较多的问题,提出了一种新的基于GPS C/A(Coarse/Acquisition Code)码引导P码捕获的方法。系统首先完成C/A码捕获,然后向新型P码发生器置入引导信号zv_set,在接下来的第1个1.5s码周跳变沿对V1和V2置入计数初值;在码同步信号的驱动下,V1和V2进行循环计数,等到V2=0时,P码码值正确,返回引导完成标志。通过仿真分析,该方法资源占用率减少了50%。结果表明该方法可有效避免繁琐的运算,适用于星载GPS双频导航接收机设计。     

提取混沌中微弱信号的正交局部投影方法

改进了降低混沌中噪声的局部投影方法,建立了正交局部投影算法,根据混沌的确定性特征,提出了预测性邻点选取方法和参数选择法则。这种方法成功地应用于提取Henon混沌中的微弱信号,在信噪比不低于-80 dB的条件下,能够准确提取信号信息。数值实验表明,该方法具有高度的稳定性和可靠性,是提取混沌中微弱信号的有效方法。