北斗信号快速捕获研究与仿真

捕获速度和捕获多普勒误差影响着北斗接收机的工作性能,北斗信号导航电文的高数据率使传统通过加长快速傅里叶变换(FFT)数据长度来精细化多普勒频移估计的方法不再适用.在研究北斗信号结构和并行码相位搜索捕获原理的基础上,利用FFT对北斗信号实现快速捕获,根据信号相关幅值与多普勒频移估计误差的关系,采用曲线拟合对多普勒频移进行精细化估计,提高了北斗信号的捕获性能.利用采集的北斗导航模拟器信号和MATLAB对算法进行了仿真,仿真结果表明,在1 ms相干积分时间下,并行码相位搜索捕获算法成功捕获到全部卫星信号,经曲线拟合精细化之后的多普勒频移估计误差小于50Hz.     

北斗B1I信号的捕获算法

北斗B1I信号的捕获是北斗2代接收机的核心模块,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,通常采用并行码相位搜索捕获算法来实现对空中可见卫星的捕获.针对信号较弱情况下的卫星捕获,采用了非相干累加与并行码相位搜索捕获相结合的方法.测试结果表明,该捕获算法能够有效快速地实现弱信号的捕获.     

一种高动态环境下 COMPASS 卫星信号快速捕获算法

在对传统的卫星信号捕获算法分析的基础上,提出了一种惯性导航系统(INS)辅助的基于部分匹配滤波器和快速傅里叶变换(FFT)相结合的捕获算法。在此算法中,利用惯性导航设备提供的信息计算多普勒频率,通过部分匹配滤波器和 FFT 相结合的算法并行搜索载波频率和码相位。该算法不仅能缩小多普勒频率的搜索范围,而且能够快速搜索码相位。仿真结果表明,此算法能够在高动态环境下成功捕获 COMPASS 卫星信号,并且明显减少捕获时间。     

基于三步逼近的BD2高精度快速捕获算法研究

针对BeiDou-2（BD2）卫星导航软件接收机捕获模块中捕获精度低和运算量大的问题,提出了一种基于三步逼近的高精度快速捕获算法。算法采用变步长的三步逼近方法逐步缩小多普勒频移搜索范围,快速得到了精确的初始码相位和多普勒频偏;利用频率圆周移位方法,在第一步搜索以一次乘法代替FFT操作,较大地减少了捕获模块的运算负担。实验结果证明,该算法捕获的伪码偏移精确、载频偏移误差在100 Hz以内,且最优情况下的运算量比传统的并行码相位捕获算法平均减少了70.56%,运算效率高。     

基于全相位FFT的伪码捕获研究

为了快速捕获高动态直接序列扩频信号,文章基于全相位FFT(apFFT)设计了一种变换域伪码捕获方法,该方法利用apFFT的频率通道完成了对不同码相位上多普勒频偏的并行搜索,同时在apFFT的基础上,利用全相位时移相位差法进行频率校正,理论分析和仿真结果表明,相比于传统的FFT伪码捕获法,该方法在进行伪码搜索时,可完成对多普勒频高精度估计,并且该方法具有更强的抗噪性能,适用于存在强噪声且快速移动的复杂通信环境。     

基于自适应滤波器PN码同步和多普勒频移联合捕获方法

近年,基于自适应滤波理论的PN码捕获算法受到越来越多的关注。本文将这种思想用于多普勒频移捕获,提出了一种基于频域自适应滤波器的多普勒频移捕获算法,并进一步推导出了PN码和多普勒频移联合捕获算法。另外,针对传统自适应PN码捕获算法会受到调制数据的影响,提出了一种差分自适应算法,解决了调制数据引起的PN码极性翻转问题,提高了自适应滤波PN码捕获的适用性。最后对所提算法进行了仿真验证。     

正交码时分多子信道扩谱系统的伪码捕获技术

在提高无人机数据链的抗干扰能力优化问题的研究中,无人机信道存在多普勒频移问题.为解决上述问题,提出正交码时分多子信道扩谱系统.新系统与传统混合扩频系统相比,具有较强的抗干扰能力,使子信道伪码的快速捕获达到系统同步.无人机通信链路中,载体动态性引入的多普勒频移对正交码时分多子信道扩谱系统的收子信道伪码捕获造成了较大困难.在高动态多普勒存在的条件下,传统的伪码捕获方法捕获时间较长.针对正交码时分多子信道扩谱系统的特点,提出了一种改进的频域并行搜索算法,解决了高动态环境下多子信道伪码的快速捕获问题.仿真结果表明,改进方法与二维搜索法相比,在相同条件下伪码捕获时间大大缩短,实时性强且简单有效.     

一种数字匹配滤波器的设计

对直扩信号捕获有两种常用的传统方法:滑动相关法和匹配滤波法.滑动相关法一个伪码周期只作一次相关累加运算;匹配滤波法只需一个伪码周期就可实现伪码相位的捕获,但消耗硬件资源过大.本文综合匹配滤波的优缺点,设计一种合理的匹配滤波器,并在XILINX公司的ISE下用VHDL语言编程实现数字匹配滤波器的设计,并在第三方仿真工具Modelsim中进行了仿真验证.     

基于匹配滤波器与FFT的伪码快速捕获方法及性能分析

针对GPS信号伪码捕获消耗资源大与捕获时间长的问题,采用匹配滤波器(MF)与快速傅里叶变换(FF-T)相结合的方法.该方法有效结合了串行捕获与并行捕获的优点,在减少硬件资源的同时实现了信号的快速捕获.详细推导了该算法的理论,并在Matlab平台上实现了伪码捕获的仿真及算法性能分析.分析表明该算法较其他算法在减少资源消耗、实现快速捕获及抗干扰方面有较大的优越性,并可应用于下一代全球导航卫星定位系统(GNSS)信号的捕获,为新一代的卫星伪码捕获奠定了基础.     

基于并行架构的宽带扩频信号捕获技术研究

为解决大动态低信噪比环境下,由于宽带扩频信号速率过快,使得载波多普勒和伪码多普勒较大导致无法成功捕获信号的问题,提出一种基于并行架构的捕获方法;该方法利用并行载波NCO产生本地载波,与接收信号进行下变频混频以对载波和伪码多普勒进行补偿,利用并行伪码NCO产生本地码进行内码滑动相关和外码匹配滤波,经过二次捕获进一步估计载波多普勒和伪码相位;仿真结果表明,在62 dBHz的载噪比下,符号速率为1 Mbps,载波多普勒搜索范围为± 800kHz,载波多普勒变化率为±100 kHz/s时,这种方法可以实现宽带扩频信号捕获,并且在符号信噪比为2 dB时,捕获概率为99%,捕获时间为0.9009 s;使用该捕获方法,可以降低宽带扩频信号捕获复杂度、提高捕获效率,为大动态低信噪比环境下宽带扩频信号的捕获提供了一种有效的捕获方法。     

针对大多普勒频率偏移的PN码快速捕获与解调

扩频技术应用于高速移动环境时使得接收信号附加了很大的多普勒频率偏移,增加了捕获难度,如低轨道卫星扩频通信等。本文在基于FFT的捕获方法基础上,提出了分段式数字匹配滤波器和FFT捕获相结合的捕获方法,同时采用基于并行导频的信道估计方法来校正多普勒频率偏移,实现信号的正确解调。该方法既具快速捕获的特点,同时捕获多普勒频率偏移范围大。     

基于DSP与FPGA的嵌入式组合导航计算机系统设计

为了满足SINS/GPS组合导航系统高精度、低功耗、小型化的需求,设计出基于DSP和FPGA架构的嵌入式导航计算机平台。首先,描述了导航计算机系统的总体架构,提出了导航计算机硬件总体设计方案,并阐述了导航信息处理模块和数据采集通信模块;其次,设计了Kalman组合滤波器,描述了组合导航系统软件流程;最后,进行样机实证试验。实验结果表明,该系统可以实时高效完成外围传感器信息数据采集、实时导航解算、Kalman滤波、上位机的指令读取等任务,满足SINS/GPS组合导航系统对导航计算机的性能需求。     

扩频通信芯片STEL-2000A的初步改进及其FPGA实现

本文对扩频通信芯片STEL-2000A的主要功能模块进行了研究,针对匹配滤波器和差分解调模块进行改进。具体来说,对匹配滤波器模块的幅值近似公式进行了详细误差分析,提出更加精确的近似公式。此外,针对差分解调模块提出新的查找表方法,相比原有的解调方法,新方法不仅正确实现差分解调功能,而且简化了复杂度、减小了计算量及资源占用量。改进的系统在Virtex-IIpro开发板上进行实现,验证了改进方法的正确性及有效性。     

基于ARM的移动机器人组合导航系统设计与实现

为了实现室外自主移动机器人的导航定位需求,利用微惯性测量单元(MIMU)和全球卫星定位系统(GPS)接收机,设计并实现了一种基于ARM Cortex M4内核的SINS/GPS组合导航系统。详细介绍了系统硬件组成、软件结构,并在此基础上实现了Kalman滤波的SINS/GPS组合导航算法。将该组合导航系统安装于旅行者II移动机器人,采用差分GPS对组合导航系统性能进行评估。实验结果表明:该系统具有较高的精度,达到了设计要求,具有良好的实用性。     

GLONASS捕获系统中FFT核复用关键问题

根据GLONASS卫星信号组成和特性及其伪码捕获原理,运用并行码相位捕获算法在MATLAB环境下完成GLONASS卫星信号的捕获仿真,同时根据MATLAB下建立的仿真平台,设计了基于此方法的FPGA具体实现电路;为了满足FFT运算点数的要求,采用数据Sinc内插滤波器对数据进行精确内插,将输入的62000点数据内插为4096点,同时为了复用FFT核,分别采用了加快C/A码读取速度的方法、运用状态机的状态值加上数据指数项的数据截位方法;最后通过Xilinx的ISE软件调用Modelsim对整个捕获模块进行仿真.仿真结果表明:该系统实现了GLONASS信号的捕获,满足了接收机系统功能和性能的要求,可直接用于GLONASS实时接收机系统的设计中.     

基于TMS320F28335的小型导航计算机系统设计

设计了一种基于新型浮点DSP--TMS320F28335的小型导航计算机取代以往基于双处理器结构的同类系统,完成6路模拟量和3路数字量实时采集的同时,实现低成本大容量的非易失数据存储,其浮点运算能力满足导航算法需求,双CAN总线接口可接驳多种上位机,通过片内高速数据交换通道还可扩展高性能DSP阵列.跑车试验表明,该设计用更小的体积和功耗实现了低成本导航计算机系统.     

基于TMS系列DSP实现LFM信号的实时脉冲压缩

研究了以定点通用型DSP芯片TMS320VC5509为硬件核心的LFM信号实时脉冲压缩技术。在CCS 3.3软件开发平台上实现,采用C语言编程,结合Matlab仿真得到LFM信号和匹配滤波器的系数,在时域实现脉冲压缩算法。为有效抑制副瓣的影响,采用海明窗加权函数对滤波器进行调制。采用单位阶数耗时衡量滤波算法,通过增加滤波模块接口的方法对数据存储更新方式进行优化,并结合FIR滤波器的特性简化了卷积算法。测试表明,系统工作稳定,处理精度和实时性均达到了较高标准,可以满足工程应用的要求。     

数字信道化高效结构设计及FPGA实现

针对宽带接收机中处理多个同时到达信号时的逻辑资源消耗大、实时性差、配置不灵活等问题,从多相滤波和采样率等价交换原理出发,对接收机前端信道化过程开展研究。提出了包含移位抽取模块、多相滤波模块和全并行快速傅里叶变换(FFT)模块的数字信道化高效实现结构;利用基于现场可编程门阵列(FPGA)的硬件描述语言实现了该高效结构。最后,给出了仿真验证和在线测试的结果,验证了该高效结构实现方式合理。在满足宽带接收机处理多个同步到达信号的同时,有效提高了处理速率,降低了资源消耗,为后续基带信号处理预留了更多的硬件资源。     

基于FPGA的二维FFT图像边缘增强设计

在处理图像类信息时,图像细节往往能传达更多信息,是人们较为关注部分。针 对在光照不理想的条件下,传感器采集到的图像对比度低、细节难以分辨的问题,提出一种基 于现场可编程门阵列(FPGA)的二维快速傅立叶变换的图像边缘提取及增强方法。通过模块化设 计,完成 4 路并行 512×512 点快速傳里叶变换(FFT)运算处理器设计,并通过 FFT 模块复用减 少 FPGA 内资源消耗,同时实现图像频谱的高通滤波算法及傅立叶逆变换算法。经过仿真与实 验,确定该方法有效可靠,实时性强,可以满足工业上图像处理的需求。