基于软件的GPS信号捕获跟踪算法研究

对GPS软件接收机的捕获和跟踪部分进行了研究。对于捕获模块,通过对常用串行搜索捕获算法和并行频域搜索捕获算法的比较和分析,提出了一种新型并行码相位搜索捕获算法;对于跟踪模块,提出采用非相干延迟锁相环对码进行跟踪,同时采用Costas环对载波进行跟踪;最后,从捕获和跟踪的GPS信号中提取出导航电文,并根据电文中的参数计算出了用户的位置坐标,并在Matlab中对用户的位置坐标进行了定位解算验证。     

GPS中频接收机同步的实现

介绍了一种GPS接收机的同步实现仿真过程，由于捕获部分采用FFT变换方法，大大缩短了捕获时间，码跟踪采用数字延迟锁相环（DPLL），载波跟踪采用数字锁相环（DPLL），位同步采用了一种计算所有可能比特跳变位能量的最大似然位同步算法，可以在极低的信号与噪声功率谱密度之比的条件下，检测到比特位边界。     

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。     

接收机

0617477超快宽调谐突发模式10Gbit/s收发信机的实现=I m-plementation of ultrafast widely-tunable burst-mode10Gbit/s transceiver〔刊,英〕/S.Rubin,E.Bui movich//Electronics Letters.—2002,38(23).—1462(E)0617478GPS中频接收机同步的实现〔刊,中〕/陈勇//电子科技.—2006,(3).—5-8(D)介绍了一种GPS接收机的同步实现仿真过程,由于捕获部分采用FFT变换方法,大大缩短了捕获时间,码跟踪采用数字延迟相环(DPLL),载波跟踪采用数字锁相环(DPLL),位同步采用了一种计算所有可能比特跳变位能量的最大似然位同步算法,可以在极低…     

基于VC++的GPS软件接收机设计

由于GPS软件接收机具有需要硬件资源极少、可移植性强、开发新算法成本低等诸多优点,成为了新一代GPS接收机研制的热点.完成了基于快速傅里叶变换(FFT)算法的卫星信号的捕获算法、基于混合载波跟踪环的载波跟踪和码跟踪算法、卫星星历数据的提取及卫星状态解算算法和伪距测量算法等算法的仿真验证,介绍了基于VC++的GPS软件接收机的设计方法和过程.该软件接收机可以输出各个通道跟踪到卫星信号的载波频率、伪码频率及伪距,卫星星历及卫星状态,接收机的位置、速度信息以及各种DOP值等诸多信息.最后,给出了所开发的GPS软件接收机在实际GPS数字中频信号下的定位结果.结果表明,该软件接收机的定位误差在20 m以内.该GPS软件接收机系统采用纯软件的方法实现了硬件GPS接收机数字中频信号后的所有功能,算法修改灵活,可为进一步研究GPS接收机的各种算法提供一种方便快捷的仿真平台.     

一种USB测控应答机的健壮捕获算法

在统一S频段（USB）测控应答机中频数字化处理的基础上,提出了一种健壮的相位调制(PM)信号捕获算法。针对USB测控应答机输入信号存在副载波时捕获易于假锁的问题,采用快速傅里叶变换(FFT)与锁频锁相环结合的算法,利用PM信号频谱对称的特点,快速获得残差载波的正确频率,防止捕获到副载波信号或者其他干扰信号上;采用锁频锁相环实现PM信号的精确捕获与跟踪,适应USB测控应答机大动态多普勒变化及高灵敏度的要求。通过仿真试验验证了该方案载波正确捕获的有效性,且接收灵敏度达到-121 dBm。     

软件锁相环的设计与仿真

根据软件无线电技术的特点和锁相环的基本原理,提出了一种适于计算机软件实现的锁相环数学模型,并分析了不同参数对锁相环捕获和跟踪性能的影响,得出不同情况下参数设定的基本准则。计算机仿真结果表明,软件锁相环在加性高斯白噪声信道下具有较好的捕获与跟踪性能。     

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GPS的星地激光通信捕获对准研究

提出了基于GPS坐标解算实现星地激光通信捕获、跟踪和对准(ATP)初始捕获的方法。星地激光通信信标光跟踪系统通过对地面GPS坐标和卫星坐标的解算,得到地面光学天线的方位角和俯仰角,光学天线根据角度旋转对准信标光,从而将信标光引入粗跟踪CCD的视场。给出了GPS坐标解算算法和信标光方向角度随卫星坐标变化的仿真曲线。用二维电机进行了地面转台的捕获实验,对实验数据进行了捕获精度的分析,结果表明,通过GPS坐标解算能够快速地实现信标光的初始捕获。     

高动态多普勒条件下载波的捕获与跟踪算法研究

本文介绍了一种高动态多普勒条件下载波的捕获与跟踪算法。使用又积鉴频法对载波作初捕，实现载波的快速捕获，利用锁频锁相环实现对载波的精确跟踪。分析了噪声及载波动态性对环路的影响。仿真结果验证了该方法的正确性及有效性。     

CORDIC算法在跟踪环中的应用与FPGA实现

主要介绍了CORDIC算法在跟踪环鉴别器中的应用,包括码跟踪环、锁频环和锁相环鉴别器,并进行了FPGA实现。在设计中,采用统一CORDIC算法优化方法减少硬件开销,用非流水方式在一个CORDIC运算基本单元中实现了码跟踪环、锁频环和锁相环三种鉴别器。同时对CORDIC运算的精度和位宽进行分析,在保证环路功能的情况下尽量减少硬件资源的使用。在Virtex5 lx220上测试使用了该鉴别器的GPS跟踪环,取得了满意的跟踪效果。     

基于TDOA/FDOA相位条纹的高精度GPS信号跟踪方法

针对传统GPS接收机跟踪环路结构复杂,以及在低信噪比(SNR)、高动态条件下跟踪性能较差的问题,该文提出一种基于相位条纹斜率检测的跟踪新方法。通过采用到达时差(TDOA)的频域相位测量伪码时延,到达频差(FDOA)的时域相位测量载波多普勒频偏。该方法降低了环路实现的复杂度,同时提高了跟踪精度。仿真结果验证了该方法的有效性和稳定性,在载噪比为32 dB-Hz时,相比传统方法,基于TDOA/FDOA相位条纹法的码相位测量精度提高了60%,载波多普勒测量精度提高了31%,且在高动态环境中也能实现精确跟踪,对改善GPS接收机跟踪性能具有研究意义。     

基于CORDIC算法的GPS载波跟踪环鉴相器的设计

提出了一种实现GPS载波跟踪环鉴相器的方法,该方法采用CORDIC算法来实现用于鉴相的arctan函数.同时,给出了这种基于CORDIC算法的硬件实现的结构和相应的仿真结果.这种算法结构简单,只需要采用加法和移位操作即可,非常易于硬件实现,并且其仿真结果可以达到GPS的要求.     

基于I/Q支路相干积分观测滤波的GPS接收机信号跟踪方法

针对传统GPS接收机在弱信号环境下跟踪误差大,收敛速度慢的缺点,该文提出一种基于I/Q支路相干积分观测滤波的GPS信号跟踪方法。将接收机I/Q支路相干积分输出为观测量,应用无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)算法构建卡尔曼滤波器,得到基带数字信号处理滤波模型,闭合接收机跟踪环路。该方法能够有效减小传统GPS跟踪环路中信号参数的估计误差,提高接收机抗干扰能力和弱信号环境下环路跟踪性能。仿真对比结果表明,不同载噪比环境下相比传统GPS信号跟踪的方法,基于I/Q支路相干积分观测的信号跟踪算法能够提高跟踪精度,加快跟踪收敛速度。     

目标遮挡情况下的压缩跟踪算法

针对经典压缩跟踪算法在目标被遮挡时容易导致目标丢失的问题,提出了一种基于目标遮挡情况下的压缩跟踪算法.该方法首先依据分类器的最大响应值判断目标是否被遮挡.若发生遮挡则利用基于颜色直方图特征的粒子滤波算法进行跟踪预测,即将遮挡前提取的目标颜色直方图与粒子的颜色直方图进行相似性比较.为确保目标再现时能及时准确地捕捉其位置,再利用Harris角点特征进一步验证,并将预测的位置作为目标位置继续压缩跟踪.仿真结果表明,该算法能够准确地判断遮挡的发生,平均跟踪成功率较经典的压缩跟踪算法提高了24%,有效提高了跟踪的鲁棒性.     

舰载相控阵雷达跟踪波束的计算机控制

在将多功能相控阵雷达应用于舰载环境时，提出了一个重要的问题，就是在舰船摇摆环境下，相控阵雷达电子波束如何稳定而且精密地指出目标。本文提出一种实现电子跟踪波束稳定的计算机控制方法－动态补偿舰船摇摆运动与自适应卡尔曼滤波相结合，计算机仿真结果表明，该方法能够使舰载相控阵雷达电子跟踪波束稳定而且精密地指出机动目标，并易于实现。     

Improving GPS Receivers Positioning in Weak Signal Environments Based on Fuzzy SSMF-FFT and Fuzzy Kalman Filter

With the advent of global positioning system (GPS) and the increasing expansion of technology, improving GPS receivers positioning has attracted great attention. When the signal received by these receivers is weak, receiver functioning becomes impaired. Due to the existing noise and the presence of Doppler shift in weak signal conditions, the signal acquisition section becomes problematic and in weak signal conditions or phase lock loop (PLL), the tracking section design of noise conditions gets difficult. In case of a lock loss on the signal, the user will not be able to calculate the Doppler frequency and the system will diverge. Therefore, a robust algorithm for the GPS receiver PLL is very vital. In this paper, the squared segmented matched filter-fast Fourier transform algorithm is used to improve the acquisition of weak GPS signals with an average SNR of 15 dB. By using the matched filter, the SNR is maximized and the code phase estimation will be more accurately. Also, the use of a segmented filter before the FFT reduces the number of FFT points and therefore, the computational complexity is reduced. To calculate the number of batches and obtain the best acquisition output, in the proposed algorithm, the system becomes fuzzy. In tracking section, fractional Fourier transform (FRFT) with the PLL based on fuzzy Kalman filter (FKF) is used to reinforce it against weak signal environments. The FRFT is used for estimating frequency and acceleration, and a third-order FKF is used for designing the PLL. As a result of these changes, the RMSE of positioning is improved more than 35%.

     

cdma2000-1x系统中GPS时钟算法

本文从一个简单、完善的自动机模型出发,介绍了一种正确获取GPS同步时钟的方法,并将其应用于cdma2000-1x系统中。数学推导表明,采用本文提供的算法获取的GPS同步时钟可以有效减少由于GPS时钟硬件的不稳定因素而造成的时钟精度损失,并能周期性地校正所取得的GPS时钟,控制时钟误差精度在100ns范围内。此算法实现简单,计算结果表明,该算法可以大幅度提高时钟精度。     

GPS L1信号C/A码的高效并行软件相关器研究

在GPS软件接收机的捕获和跟踪算法中,相关器的运算是很大的计算负担,为了能够快速的计算,提出了一套用于GPS软件接收机的,处理CDMA扩频信号的软件相关器高效并行算法,主要针对耗时较多相关器进行算法优化,并给出了实际运行结果和性能分析,表明了本文提出的优化算法与直接浮点计算的方法相比,将软件相关器的处理速度提高了约4倍。而且,运用高效并行软件相关器的跟踪算法能够正确跟踪,并解调信号。介绍的相关器的设计方法适用于所有卫星导航系统的软件接收机。