INS辅助GNSS高动态捕获跟踪技术研究

在高动态的环境下,由于载体的运动速度及加速度非常大,卫星与载体之间的相对Dopple很大,超出了常规全球卫星导航(GNSS)收机的捕获搜索范围与跟踪门限,因此会造成搜索不到卫星或失锁。针对这一问题开展了利用惯导测量系统(INS)辅助GNSS接收机捕获与跟踪技术研究,GNSS接收机利用INS提供载体的速度、加速度和位置参数,预测载体的多普勒(Dopple)频移,结合接收机的星历及环路信息,共同调节环路中的NCO,及时重新设定环路搜索中心频率,从而解决了高动态引起大的Dopple频移这一问题。仿真结果表明,相比传统的接收机,通过INS辅助的GNSS接收机可以在超高动态模拟环境下,加速度100 g和速度为4 000 m/s时仍可以快速捕获及稳定跟踪信号。     

基于共轭差分的弱信号捕获方法性能分析

传统基于包络检波的捕获方法由于平方损耗太大已不适用弱信号条件下的全球导航系统(GNSS)信号捕获。介绍了一种新的检波方法——共轭差分检波来取代传统的包络检波,为弱信号条件下GNSS接收机的捕获设计提供了理论依据。理论分析表明,共轭差分检波在弱信号条件下引入的检波损耗远低于包络检波,并且共轭差分检波通过改善噪声的统计特性提高了后处理增益。通过仿真实验验证了理论分析的正确性。     

基于点积差分的弱信号捕获方法性能分析

捕获是GNSS接收机信号处理中的关键部分,在弱信号条件下,传统基于包络检波的捕获方法由于检波损耗太大已不再适用。介绍了一种新的检波方法——点积差分检波来取代传统的包络检波,为弱信号条件下GNSS接收机的捕获设计提供了理论依据。理论分析表明,点积差分检波在弱信号条件下引入的检波损耗远低于包络检波,可用于有频率辅助的GNSS接收机的弱信号捕获。最后,通过仿真实验验证了理论分析的正确性。     

一种改善 GNSS 弱信号捕获性能的伪码优化设计

强多址干扰下的弱信号捕获是高灵敏度GNSS接收机比较常见又难以解决的问题。本文提出一种非等长的伪码设计方法,通过使各路导航信号调制伪码码长互质,从时域上降低了伪码的互相关值,从频域上降低了目标信号和干扰信号的谱分离系数。理论分析和仿真表明,基于非等长的伪码优化方法,能够改善强多址干扰环境中弱信号的捕获性能。     

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。     

GNSS接收机信号捕获门限动态设置研究

在捕获的非相干积分环节后合理选取捕获门限的大小,是GNSS接收机信号捕获取得良好接收性能的关键,门限过小容易造成虚警,而过大的门限又容易造成漏警.首先介绍了信号捕获原理,然后通过分析待检测值的概率分布,结合信号的信噪比研究,得出了动态设置捕获门限的方法.     

软件GPS接收机弱信号捕获方法

为了提高软件GPS接收机弱信号捕获能力,研究了软件GPS接收机弱信号捕获的方法,分析了非相干积分的损耗和增益,通过非相干积分方法提高接收机灵敏度,对于存在多普勒频移的信号采用频率补偿方法改善非相干积分效果,采用实验方法确定检测门限,达到较好的检测效果。采用平方法测量精确频率,分析了不同条件下平方法的输出增益,仿真实验证明,合理选择数据长度和求和时间可以较大程度地改善频率分辨率。     

基于分段并行相关的GPS弱信号捕获实现方法

二维搜索捕获算法需要较长的捕获时间,采用基于分段并行相关的捕获方法,能够显著提高接收机的捕获速度。首先介绍了算法的原理,其次详细论述了分段并行相关器的结构。 在此基础上对相干积分时间、非相干积分次数以及捕获门限进行了详细的数学分析和计算机仿真。 最后,比较了选取不同相干积分时间和非相干积分次数条件下,算法的捕获性能。     

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。     

GNSS信号捕获与跟踪算法的改进与实现

为了缩短GNSS接收机捕获信号所用的时间,在对导航信号进行频谱观察的基础上,改进了基于FFT的捕获算法和阈值的设定,并对改进后的算法进行了仿真验证,结果表明该算法具有可行性,并可以缩短捕获时间。设计了GNSS接收机的完整跟踪通道,利用MATLAB软件对该跟踪通道进行仿真,仿真结果验证了该跟踪通道的正确性。     

一种高动态低信噪比环境下基于多样本点串行快速傅里叶变换的信号捕获方法

高超音速技术是未来空间飞行器的发展趋势,同时对通信平台在超高动态、低信噪比环境下的快速捕获能力也提出了新的挑战.针对经典捕获算法受频偏影响的局限性,该文提出一种基于信号多样本点串行快速傅里叶变换的信号捕获算法(MS-FFT),所提算法通过串行执行多个样本点的FFT,采用非相干合并后的峰值搜索得到捕获结果,在不增加复杂度的条件下,避免了频偏对捕获性能的影响.通过对峰值信噪比(PSNR)理论公式的推导,证明了MS-FFT的频偏适应范围取决于采样率,随着数模转换器件采样能力的不断提升,具有比经典算法更大的频偏适应范围.最后,通过仿真验证了上述理论推导的正确性,证明了所提算法更加适合超高动态环境的应用场景.     

一种高动态低信噪比环境下基于多样本点串行快速傅里叶变换的信号捕获方法

高超音速技术是未来空间飞行器的发展趋势,同时对通信平台在超高动态、低信噪比环境下的快速捕获能力也提出了新的挑战。针对经典捕获算法受频偏影响的局限性,该文提出一种基于信号多样本点串行快速傅里叶变换的信号捕获算法(MS-FFT),所提算法通过串行执行多个样本点的FFT,采用非相干合并后的峰值搜索得到捕获结果,在不增加复杂度的条件下,避免了频偏对捕获性能的影响。通过对峰值信噪比(PSNR)理论公式的推导,证明了MS-FFT的频偏适应范围取决于采样率,随着数模转换器件采样能力的不断提升,具有比经典算法更大的频偏适应范围。最后,通过仿真验证了上述理论推导的正确性,证明了所提算法更加适合超高动态环境的应用场景。     

高动态环境下长码扩频信号快捕算法

针对高速高动态接收机在长伪码周期、大频偏情况下的快速捕获问题,该文提出一种基于码相位压缩相关器与快速傅里叶变换(CCPC-FFT)的双驻留伪码快速捕获方法。在第一驻留阶段,利用码相位压缩相关器对相邻码相位进行快速、粗略的压缩搜索,同时利用FFT算法完成对多普勒频偏的并行捕获;在第二驻留阶段,利用传统的相关积分方法对第一驻留捕获的所有码相位进行逐个精确搜索。给出了系统性能的理论分析模型,并通过蒙特卡洛仿真验证了理论分析的正确性。最后仿真结果表明：新方法在平均捕获时间上比2维压缩相关(TDCC)捕获方法进一步缩短,同时提高了频偏的捕获带宽和精度,且针对长码的捕获比其他基于FFT的方法节省资源。     

基于USB2．0的通用高频小信号采集分析系统的设计

介绍了一种基于AD变换器、USB2.0接口及FPGA的通用高频小信号采集分析系统,可对频率100 kHz-30 MHz,峰峰值0.1～10.0 mV的输入信号进行采集与分析.该系统运行稳定,有很好的可移植性,可用于多种微弱高频信号的采集与分析,目前已在传导性EMI噪声智能测试仪中得到了运用.     

GNSS CBOC信号快速无模糊度捕获算法研究

新型CBOC导航信号的自相关函数存在多个过零点和侧峰,因此其捕获更具挑战性。针对CBOC信号提出了一种基于FFT的快速无模糊度捕获方法,该方法利用两路正交的本地亚载波消除了CBOC信号自相关函数的多峰特性,并采用了基于FFT的并行捕获结构来加速导航信号的捕获。此外,针对CBOC信号是一种时域组合BOC信号的特性,给出了所提方法的BOC(1,1)型、非相干CBOC型和相干CBOC型接收机的模型,并分析对比了其性能。仿真结果表明所提的并行SCPC方法能快速正确地捕获CBOC信号,且其相干CBOC型接收机比另外两种接收机具备更优的性能。此外,相比BPSK-like方法,所提方法最大能有1dB-Hz的性能提升。      

基于USB2．0的通用高频小信号采集分析系统的设计与实现

如何提取信号中微弱的高频部分,并对信号进行高频特性分析,是信号采集处理中的难题。本文介绍了一种基于AD变换器、USB2.0接口及FPGA的通用高频小信号采集分析系统,可对频率范围为100 kHz~30MHz,峰峰值为0.1~10mV的输入信号进行采集与分析。该系统运行稳定,有很好的可移植性,能用于多种微弱高频信号的采集与分析,目前已在传导性EMI噪声智能测试仪中得到了成功运用。     

Weak GPS Signal Acquisition Method Using Variable Threshold

Coherent integration and non-coherent ac- cumulation have been developed to acquire weak Global position system （GPS） signals. The threshold of acquisi- tion algorithm is fixed, and is determined by the weak- est signal. Strong signals and weak signals always coexist in the physical environment. A new method is presented for weak GPS signal acquisition using variable thresh- old. Through adjusting the thresholds with different non- coherent accumulation times, this method is applicable to all kinds of signals. It has wonderful acquisition efficiency through theory analysis and real signal verification, espe- cially when strong signals and weak signals coexist, it can greatly reduce acquisition time.     

深空通信中基于FFT的高动态扩频信号的捕获

在深空通信中，航天器的高动态性使扩频信号引入了高Doppler频移，给捕获造成了巨大困难。针对如此之大的Doppler频移，提出了一种新的捕获方案，即基于FFT算法实现对Doppler频移进行一定程度的补偿，将沿码相位一Doppler频率的二维搜索简化为沿码相位的一维搜索；重点分析了深空通信环境中高速长PN码的捕获性能。理论分析和仿真结果表明，该方法大大缩短了捕获时间，是一种性能优良的伪码捕获方法。     

Linux下GNSS中频信号采集系统及接收机设计

针对GNSS中频信号数据量大、传统数据采集卡成本高昂的问题,设计了Linux操作系统下基于USB2.0串行总线和FPGA的GNSS中频数据采集系统,完成了相应的软硬件设计。利用状态机控制CY7C68013A各端点缓存的读写状态,完成高速数据传输功能,通过FPGA缓存中频数据有效提高系统数据传输带宽。编制了Linux下完整的GNSS软件接收机,实现了基于QT的接收机用户界面软件和Qwt插件的数据图形化显示窗口。测试结果表明:数据采集系统的传输速率可达200 Mbit/s以上,在降低成本的同时有效解决了大量数据的传输问题,软件接收机满足定位精度要求,具有良好的灵活性和适应性,而且易于扩展和升级算法。