高动态GPS接收机中伪码捕获问题研究

设计在高动态环境下工作的GPS接收机，其难点之一便在于对卫星伪码的快速捕获。针对缩短GPS接收机捕获伪随机码时问的问题，在对GPS信号结构作出分析的前提下，解释了时域滑动相关的常规捕获方法；提出了基于FFT的快速捕获技术，并在Marlab环境下做了系统仿真，仿真结果显示捕获速度可以得到显著提高。     

伪码FFT快捕恒虚警门限的研究

FFT捕获是伪码快速捕获的主要方式,伪随机码FFT快捕属于二元信号检测。通过相关输出最大相关值和门限比较来搜索伪码相位,这种情况下虚警捕获门限不能根据每个随机变量的分布来确定,而要根据最大值分布来确定门限。针对这一问题,推导了包络检波和平方检波伪随机码频域快捕恒虚警门限,并进行了仿真,验证了结论的正确性。     

高动态短时突发扩频信号的快速捕获技术研究

针对传统伪码捕获结构在处理高动态突发信号时存在的局限性,提出了一种基于载波信号功率谱特性的快速捕获电路结构,通过计算解扩信号功率谱最大值与次大值的比值,并将该比值与判决门限进行比较,从而判断捕获成功与否.采用Welch算法改进信号功率谱的方差特性,计算机仿真结果验证了该算法能够完成高动态环境下短时突发扩频信号伪码的快速捕获.     

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。     

高动态直扩信号快捕设计与FPGA实现

为了解决高动态直扩信号捕获速度与资源消耗的矛盾,分析了部分匹配滤波结合快速傅里叶变换(PMF-FFT)的捕获性能。针对PMF-FFT捕获范围有限且占用硬件资源过多的问题,采用递归折叠匹配滤波器代替常规匹配滤波器的方法大大节省了硬件资源,并行FFT保证了其捕获速度,同时采用扫频方法成倍增加了频偏捕获范围。给出了该方法的FPGA设计结构与实现结果,验证了该方法的有效性。与FFT循环卷积方法相比,在频偏捕获范围一定的前提下,所提方法捕获速度快,占用资源较少,非常适合高动态直扩信号的快速捕获。     

卫星导航信号长码快速直接捕获算法研究

以对较低信噪比情况下的长码快速捕获算法进行了研究，分析比较了多种快速捕获算法，研究了一种基于FFT（快速傅立叶变换）的重叠平均块操作快速捕获算法，提出了该算法的工程实现方法，通过Matlab仿真分析了算法的捕获峰值、余量及捕获概率，并通过实验硬件平台分析了算法捕获时间。仿真实验表明该算法具有更快的捕获时间、更高的捕获概率。     

GNSS接收机长码快速直捕技术研究与实现

针对全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收机中的长码快速直捕算法,对基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)的循环相关算法和多段匹配滤波器+FFT算法的原理和架构进行了详细分析,同时将阵列天线技术应用于GNSS接收机上,提高了低信噪比下的长码直捕性能。在同一个硬件平台上,2种算法都得到了很好的工程实现,并对试验数据进行了分析和比较。结果表明2种算法各有优缺点,在较低的信噪比和高动态的环境下均能快速有效地完成长码的直接捕获,对GNSS接收机的快速定位和导航具有一定的现实意义。     

一种快速伪码捕获算法

在扩频通信系统中,伪码捕获跟踪是通信的基础,捕获时间的长短直接影响系统性能。为缩短捕获时间,可以采用并行、FFT频域捕获等方法。介绍了一种采用Walsh变换进行伪码捕获的方法,整个过程只需一次Walsh运算,可以进一步缩短捕获时间,并且只涉及加法而没有FFT运算所需的复数和乘法运算,具有运算速度快、占用资源少、实现简单等特点。     

基于FFT的GPS CA码捕获算法研究及仿真

C／A码的快速捕获是设计GPS接收机的一个最重要的问题之一。由于常规串行捕获算法存在计算量大、捕获时间长等缺点，提出了一种基于FFT的C／A码捕获算法。首先对此算法进行了理论上的分析，然后阐述了用循环相关来实现算法的流程，并进行了优化，最后对优化后的算法进行了Matlab仿真。理论分析和仿真结果表明，本算法的计算量远低于常规的串行捕获算法，且易于移植到硬件中进行实现。     

伪码快速捕获算法分析与仿真

随着测控领域对数据保密性要求的不断提高,对扩频伪码长度的选取也不断增加,因此,采用一般方法进行伪码的捕获已无法满足系统对于实时性的要求。文中通过对传统伪码捕获方法及其优缺点进行分析,采用以快速傅里叶变换为基础,在频域捕获伪码的方法,满足了测控通信系统中长伪码捕获的实时性要求,通过仿真验证了方法的有效性。     

Performance Analysis of an Expanding-Search Algorithm for Coarse Acquisition of DSSS Signals

For coarse acquisition of Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) signals, a search of the possible code phases is required. In cases such as signal reacquisition, where a priori information is available, the serial search may be abandoned in favor of an expanding search. In this paper, an expanding-search algorithm is presented and compared to the expanding-sweep algorithms which have been treated in the literature. Performance results for the serial-search and the expanding-search algorithms are given. A discussion of the optimality of the serial-search and the expanding-search algorithms is presented. Performance comparisons of the serial search and the expanding search are made for different a priori code phase probability density functions (pdfs) and the results are discussed. A technique for determining when the expanding search is an optimal search algorithm is developed and applied to the performance curves shown previously. The results indicate that the expanding search provides a quantifiable improvement over the serial search when the pdf is somewhat peaked. The results also indicate that in many cases the expanding search may be a more effective search algorithm than the more common expanding sweep.     

一种UWB信号快速捕获算法的研究

超宽带通信系统采用极窄脉冲作为信息传递的载体,由此带来精细的时间分辨率和极低的功率谱密度,因而使得UWB信号的捕获是UWB系统设计所面临的一项重大挑战。论文提出的一种基于比特翻转和减小搜索空间的算法,在不增加系统复杂度的情况下,可以比较明显地提高捕获速度。     

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。     

一种基于并行FFT的pn码快速捕获算法实现

扩展频谱通信系统是将基带信号的频谱扩展到很宽的频带上,然后再进行传输的一种系统。pn码的快速捕获,是直扩系统的一项关键的基带技术,文中采用基于最大似然估计的并行FFT算法,完成多路输入信号的频谱分析、载波多普勒频率检测和伪码同步位置的搜索,最后给出了Matlab仿真及RTL实现电路图。该算法已在工程中得到应用,对提高多路扩频信号,同时接收系统捕获时间有良好的效果。     

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。     

高动态下GPS信号的捕获和跟踪技术研究

为检测高动态GPS信号,需要设计码环及载波环的捕获和跟踪数字系统。如何快速捕获信号,并进行精确跟踪,是问题的关键。针对高动态环境下GPS信号的捕获和跟踪问题,分析了高动态环境对GPS信号的影响,提出了FFT码快速捕获算法,以及二阶FLL与三阶PLL混合载波跟踪方案,并对码环和载波环的结构和参数的设计方法进行了说明。仿真结果和分析表明该方案能在高动态环境下实现信号的快速捕获,且能较好地满足接收机动态性能和跟踪精度的要求。     

基于FFT的两种伪码快速捕获方案的研究与实现

该文提出两种基于FFT的伪码快速捕获方案,一种是基于分数倍采样率转换器的快捕方案;另一种是基于抽取器的快捕方案。两种伪码快捕电路均利用设计复用技术使硬件规模大幅减少;采用并行设计使系统的运算速度大大提高;采用块浮点算法以提高动态范围和运算精度。两种快捕电路均由一块FPGA实现。仿真和测试结果表明,基于分数倍采样率转换器的快捕电路与基于抽取器的快捕电路相比,占用的硬件资源较大,但是捕获精度更高。     

基于辛算法的二维电磁场散射问题的研究

辛算法是保持Hamilton系统辛结构的一种新的数值方法,由于 Maxwell方程是一无穷维Hamilton系统,因此可将辛算法用于电磁场模拟中.本文提出一种基于辛分块Runge-Kutta(PRK)方法的显式辛算法,并将它成功应用于二维电磁散射问题的计算中.通过对金属方柱散射场的数值模拟,比较了FDTD法和低阶辛算法(一阶和二阶),结果表明低阶辛算法不仅与FDTD法精度相当,而且可以减少存储空间和计算时间,尤其是一阶辛算法节省了大约的CPU时间,提高了计算速度,体现了该算法的优越性.     

时移短时相关法在DSSS码捕获系统中的应用

该文提出了将时移短时相关法应用于直接序列扩频(Direct Sequence Spectrum Spreading,DSSS)码捕获系统中。首先分析了码频频偏对捕获性能的影响,在折中考虑算法复杂度及捕获性能的基础上,提出了应用时移短时相关法进行码频频偏补偿,给出了捕获系统的实现方案;分析并比较了应用时移短时相关法前后捕获系统的检测概率,结果表明,应用时移短时相关法可大大提高捕获系统的检测概率。该文对高动态低信噪比条件下进行码捕获有重要的意义。     

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。