微弱GNSS信号捕获中的能量累加方法

文章分析了弱信号条件下全球卫星导航系统（GNSS）信号的特点,较为详细地阐述了基于相干积分与非相干积分的能量累加原理,分析了两种方法的优点和缺点,给出了弱信号捕获中常用相干与非相干相结合的方法。最后介绍了差分相干算法．它可以看作是对非相干方法的一种改进方法。     

GPS软件接收机中微弱信号捕获算法研究

信号捕获的目的是确定接收机当前所在位置的可见卫星号,进而计算可见卫星的载波频率和伪随机码相位信息.目前随着GPS接收机应用的日益广泛,如何在弱信号环境下实现定位的问题日益突出.普通的GPS接收机不能捕获和跟踪到导航卫星信号,只能设法提高GPS接收机的灵敏度来实现导航和定位.为了解决微弱信号情况下的GPS信号捕获问题,在...     

新的微弱GPS信号快速捕获算法

弱信号环境下快速有效的C/A码捕获算法,在高灵敏度GPS接收机中占据着重要地位,同时也是高灵敏度GPS接收机实用化的关键。通过对捕获信号相关幅值的统计特性分析,从理论上揭示了微弱GPS信号难于捕获的根本原因,并论述了当前主要的数据累积方法的利弊。通过对GPS系统和导航电文格式的分析,将快速相干累积与卫星位置预测相结合提出了新的GPS微弱信号捕获算法。理论分析和仿真结果表明了本算法的可行性,在信噪比SNR为-43dB时可以稳定地捕获GPS信号。使用实际数据测试表明,该算法能明显增加捕获到的卫星数量。     

微弱GNSS信号捕获技术

微弱GNSS信号捕获技术是实现弱信号GNSS导航的核心技术之一。本文阐述了微弱GNSS信号的捕获原理,分析了弱信号对GNSS接收机捕获的影响,着重介绍了微弱GNSS信号捕获的方法以及AGNSS技术。     

宽带扩频信号的并行结构捕获设计

针对宽带扩频信号码片速率高达180 Mcps以上,传统扩频捕获算法无法适应的技术难题,提出了一种基于并行处理结构的伪码捕获算法。详细阐述了宽带扩频信号接收机的并行结构下变频、匹配滤波和基于FFT的并行处理结构的伪码捕获算法的设计实现方法,并且对该捕获方法的性能进行了仿真,解决了宽带扩频信号捕获的硬件处理速度难题;为了满足低信噪比时的捕获要求,将IFFT输出的对应位置的时域值进行非相干累积,以改善伪码捕获算法的性能。仿真结果表明,该算法可实现宽带扩频信号的快速捕获,且有良好的抗噪声性能。     

弱导航信号捕获技术仿真分析

本文介绍了导航信号的特点及低信噪比条件下的捕获思想和方法,分析了相干积分、非相干积分及二者相结合的原理。对于GNSS信号的搜索捕获采用长时间相干积分算法,会导致频率的搜索范围增加;采用非相干积分算法将增加平方损失：采用相干积分与非相干积分结合的方法提高整体信号强度,避免多普勒现象产生的影响,实现对弱信号的捕获。仿真结果表明,采用20ms的相干积分时间和5次非相干积分,在没有互相关干扰的情况下,可以接收信噪比为一35dB的弱信号。     

一种GNSS信号捕获中的比特压缩与重构方法

在全球导航卫星系统(GNSS)双模接收机的信号捕获过程中,采用"多段匹配滤波器(MMF)+快速傅里叶变换(FFT)"的方式实现信号的时频二维搜索,采用非相干累加算法以提高捕获灵敏度,这2种算法在硬件实现中需要占用大量的存储资源。由于现场可编程门阵列(FPGA)芯片的存储资源有限,本文提出了一种比特压缩方法,极大地降低了非相关累加后的随机存取存储器(RAM)资源,比特重构方法对压缩数据做还原处理,保证了数据的精确度。该方法只对强信号的非相干累加结果做压缩,对弱信号结果不做压缩处理。仿真结果表明,该算法在满足0.9的检测概率,0.01的虚警概率下,节省了0.64 Mbit的RAM资源。     

扩频体制低轨卫星通信信号捕获与跟踪系统设计

针对扩频体制下低轨卫星信号的捕获及跟踪等系统设计实现问题,根据卫星信号模型进行了捕获及跟踪算法设计,重点对基于快速傅里叶变换的快速捕获算法、锁频环、锁相环和码跟踪环路进行了设计,并进行了工程系统实现。试验验证表明,该系统可以实现码分多址体制低轨卫星信号捕获、跟踪处理,工作性能参数满足系统需求。     

基于DS扩频信号的自适应门限双积分滑动相关捕获算法

提出了一种基于直接序列扩频信号的双积分滑动相关捕获算法,同时使用两组相关器联合进行码相位的捕获,捕获的门限采用CAFR(常虚警率)自适应控制方式。文中给出了这个捕获方案的数学模型,并进行了具体分析。实验表明,利用FPGA实现这种捕获算法,不仅具有较高的性价比,而且衡量PN码捕获的最关键指标——平均捕获时间也大大少于常规捕获方法。     

基于压缩感知的扩频信号统一捕获技术

为了应对不同的任务模式,新的测控体制不断涌现,多体制信号捕获技术成为研究热点。直接序列扩频和跳频扩频是当前扩频测控系统中最常见的2种信号体制,二者之间存在一定的差异,采用现有的接收设备会存在实时性受限、载荷负担重和采样压力大等问题。在基于压缩感知原理的直扩、跳频捕获技术的基础上,构建了压缩感知扩频统一捕获接收框架,利用不同的稀疏矩阵、观测矩阵和捕获算法作为参数对不同体制的信号进行表达,实现信号捕获。统一捕获实现过程运用复用、优化的设计思路,节省了逻辑资源,降低了算法复杂度。仿真分析表明,提出的统一接收框架能有效地捕获接收扩频信号,相较于软件重载的捕获方法在对信号捕获的实时性上具有更加优异的性能。     

弱信号下“北斗”接收机NH码的快速捕获

在全球卫星导航系统(GNSS)中,延长相关累积时间可以有效提高弱信号捕获灵敏度,但是"北斗"中圆地球轨道/倾斜地球同步轨道(MEO/IGSO)卫星信号的捕获性能很大程度上受到二次编码(NH)码的影响:调制NH码的信号在每一个码元周期(1 ms)内都有可能发生跳变,对相关累积时间造成一定影响,从而会导致系统捕获灵敏度的下降.为此,提出了一种针对NH码的码元遍历搜索算法,通过遍历累积时间内NH码的所有组合,消除NH码码元引起的误差.实验结果显示,所提算法可以在一定程度上提高卫星信号的捕获成功率,尤其可以至少提高2 dB弱信号的捕获灵敏度.同时,算法可以为信号跟踪提供更加准确的载波频率.     

一种全球定位系统弱信号捕获策略

信号捕获是目前广泛应用的数字全球定位系统(GPS)接收机的重要部分,弱信号条件下的信号捕获过程是目前GPS接收机算法研究的重点。本文分析和比较了2种经典捕获检测策略(TONG捕获策略及NM捕获策略)的性能,并针对弱信号条件下GPS信号捕获的特点,提出了一种适用于弱信号条件下的捕获检测策略—双门限搜索检测策略。理论分析和仿真说明该策略在弱信号条件下具有较好的性能。     

微弱GPS信号差分快速捕获算法

微弱GPS信号的捕获算法,是高灵敏度GPS接收机实用化的关键技术,但通常有效提高GPS信号捕获灵敏度的信号累积技术会消耗大量时间。通过对当前主要弱信号累积技术和捕获算法的分析,在总结其利弊的基础上提出了利用差分累积的微弱GPS信号快速捕获算法,并通过仿真验证了算法性能,利用实际采样数据证实了算法的有效性。     

序贯检测在“北斗”卫星信号捕获过程中的应用

为了提高“北斗”系统的捕获性能,解决在弱信号环境中无法有效捕获与检到卫星信号的问题,在“北斗”系统的捕获方法中采用序贯检测的方式进行了改进与优化。分析后得出,序贯检测通过双门限与待检测区,使得样本数灵活可变,可以有效应对不同信噪比的信号,在强信号与弱信号下都有良好的效果。通过仿真对序贯检测方式与传统检测方式进行了性能上的比较与分析,结果表明,序贯检测逻辑不仅达到了传统检测方法中预期的检测概率和虚警概率,同时具备更高的性能与灵活性,强信号下缩短了捕获时间,提高了捕获效率;弱信号下提高了2～3 dB信噪比增益与捕获性能;既保证了该检测逻辑的可行性,又为捕获检测过程提供了一种思路与方法。     

GNSS系统中预积分时间内基带信号的功率谱密度研究

目前在进行全球卫星导航无线频率兼容性评估时,由于忽略了接收端预积分时间对基带信号截断作用的事实,导致采用的短码功率谱密度计算方法有误,这将影响到评估结果的精确性。针对这个问题,分预积分时间大于等于和小于伪码周期两种情况,对基带信号的功率谱解析式进行推导,然后仿真不同预积分时间内实际信号的功率谱以及解析式的功率谱,比较这两者的谱分离系数。仿真结果表明,预积分时间对短码的谱分离系数影响很大,这正确反映了预积分时间对功率谱密度的影响。该功率谱解析式有助于精确估计无线射频干扰。     

一种应用于深空通信的微弱信号捕获算法

针对低信噪比、高动态条件下深空测控通信信号捕获概率低以及复杂度较高的问题,首先分析了深空测控通信信号捕获的难点以及信号循环平稳特性,然后在此基础上提出了一种基于循环相关的新算法。计算机仿真结果证明新算法捕获门限达24 dBHz,适应频率动态达800 Hz/s;新算法较传统的捕获算法,在相同门限条件下的频率动态适应范围提升了约两个数量级。该方法已被应用于我国第一个深空测控站的建设,工作性能稳定可靠,有效地解决了低信噪比下深空站抑制载波信号的捕获问题。     

一种避免二次编码跳变影响的"北斗"弱信号捕获算法

在现阶段,"北斗"B1I信号在D1导航电文中引入现代化GPS和Galileo系统常用的二次编码调制,使得比特跳变周期变短,降低了系统的捕获灵敏度.为解决上述问题,提出了一种基于码元排布顺序的改进相干累积捕获算法,通过分组来遍历并统计一个数据段的累加和相关值,并且采用一种改进的判决方法进行双重判决,最终确定其中最大相关值并完成捕获.此方法有效延长了积分长度,克服了因Neumann-Hoffman(NH)码造成的相干累积时间过短的缺陷,能改善在低信噪比环境下的信号捕获能力.在高斯白噪声模型下对各个捕获算法进行的仿真对比结果表明,所提算法在低信噪比(-36～-34 dB)情况下,与补零算法相比,信号捕获灵敏度有约1.7 dB的提升.     

基于LFM模型的高动态弱GPS信号载波捕获

根据极大似然估计理论,通过载波频率和频率变化率分段对消、快速傅里叶变换(FFT)结果选大估计载波频率和频率变化率,实现载波信号捕获,建立了高动态全球定位系统(GPS)载波的线性调频(LFM)信号模型,并给出了算法的具体实现。详细分析了该算法中检测统计量的分布特性,推导了恒虚警准则下的检测门限,并讨论了其中关键参数的设计。仿真结果表明,该算法可以实现对18 dBHz的GPS高动态信号的载波捕获。     

基于小波变换的GPS微弱信号捕获组合算法

针对战场环境下GPS信号易受到敌方压制式干扰而产生严重衰减,提出了一种相干积分、非相干积分和小波降噪相结合的组合算法。该算法先通过相干积分和非相干积分结合的方法提高整体信号强度,避免导航数据位可能发生跳变的特性,然后采用小波降噪技术,克服信号与噪声的频带相互重叠时,滤波效果变差的问题,实现对弱信号的捕获。仿真结果表明,采用20 ms的相干积分时间、5次非相干积分和小波降噪,可以接收比传统方法低5 dB信噪比的微弱GPS信号。这种方法容易实现,预测可靠,具有实际应用价值。     

Data/pilot combination strategies for Compass B1C signal acquisition

The new Compass B1C signal, with a power ratio of the data channel to the pilot channel of 1:3, adopts BOC(1,1) in its data channel; a new modulation, namely, a quadrature multiplexed binary offset carrier (QMBOC) in its pilot channel modulates the narrowband BOC(1,1) and the wideband BOC(6,1) components in phase quadrature with each other. To fully exploit the B1C signal and to improve the acquisition sensitivity in a degraded signal or an indoor environment, this paper proposes to combine the data and the pilot channels for B1C signal acquisition. The noncoherent, coherent, and differential coherent strategies are considered for application in the B1C signal. Considering the power inequality between the data and the pilot channels, the maximum signal‐to‐noise ratio combination (MRC) is utilized in these strategies to obtain an optimal combination. This paper also proposes to simplify the differential coherent strategy to obtain a better anti‐noise performance under stable conditions. The computer simulation results are given to verify the theoretical expressions, and some discussions with respect to the proposed strategies are provided.