一种改进的高动态GPS信号快速捕获算法

用相干平均法进行周期性弱信号检测,要求对信号有一定的先验知识,或通过计算能够确定信号周期,在GPS信号捕获应用中有一定的局限性.基于此,首先改进了传统的相于平矽法,不用确定信号周期,直接对中频信号进行频率补偿,使周期满足一定条件,提高了信噪比;然后结合FFT和平均相关算法各自在频谱分析中的优点,分别将其应用于多普勒频移和伪码相位的确定.通过对GPS实测数据和高动态模拟数据进行仿真实验验证,结果表明该算法运算量与传统的快捕算法相比大大减少,并且在较低信噪比的环境下是有效的.     

GPS信号捕获性能的分析

在GPS信号捕获原理的基础上 ,分析了GPS信号捕获时间及检测概率的性能 ,得到捕获性能与载噪比、积分时间的关系 ,并对当前采用高精度时间源和多相关器技术的GPS接收机的捕获性能进行了分析。仿真结果表明采用先进的捕获技术的重要性。     

基于波束优化设计的宽带相干信号子空间算法

提高波束域宽带相干信号子空间算法(BCSSM)在低信噪比下的估计性能,并降低其运算量,是BC-SSM在实际系统中得到应用的关键。借助于优化方法,设计具有低旁瓣和恒定束宽特征的时域宽带波束形成器来实现预形成宽带波束,在保证宽带信号无失真接收的同时,能够有效抑制干扰,从而提高了BCSSM在低信噪比下的估计性能。宽带波束形成器采用数字延迟线和FIR滤波器相结合的结构,减少了设计所需FIR滤波器的阶数,显著降低了算法的运算量。设计实例和仿真结果证明了所提方法的有效性。     

基于随机共振的高灵敏度GPS信号捕获算法

针对微弱环境下全球定位系统（global position system, GPS）信号捕获问题,提出了基于随机共振（stochastic resonance, SR）的GPS信号捕获算法。该算法首先用部分匹配滤波器对GPS信号进行分段相关预处理,然后利用SR提高预处理后信号的信噪比(signal to noise ratio, SNR),SR中引入了二次采样和自适应技术,解决了传统SR不适合捕获大频率信号(频率远大于1Hz的信号)及SR参数难以与被捕获信号匹配的难题,最后采用快速傅里叶变换（fast Fourier transform, FFT）谱分析技术,实现在较短的相关累积时间内获得较高的捕获灵敏度。实验表明,算法能明显提高系统捕获性能,在相关累积时间为10 ms,信号SNR为-38 dB的情况下,算法捕获GPS信号的正确检测率达到100%。     

水声通信中差分相干检测及其相位补偿方法

水声通信中的多普勒(Doppler)频移和水声信道的时变性等因素影响着载波跟踪效果,最终使得接收机性能下降.常规差分相干检测技术能为PSK调制提供天然的载波同步但抗码间干扰能力很差且当载波偏移较大时的性能也受到很大影响.针对这一问题,提出了一种自适应差分相干检测算法及其相位补偿方法.该算法将线性均衡器和差分相干检测器有机结合,降低了检测的均方误差并成功地抑制了多径的影响.利用一种新的相位补偿方法对均衡前的信号先进行相位补偿,跟踪信道引起的相位变化,进一步提高了系统抗载波频偏的能力.在实际湖试信道条件下的4DPSK性能仿真表明:在10Km的距离上,应用常规的相干检测算法无法对存在标准频率偏移在0.01以上的情况进行正确检测,但自适应差分相干检测算法经过相位补偿后,处理存在大频偏(标准频率偏移在0.02到0.04之间)的情况时,同样误码率下比原来节省2～4dB的信噪比.     

改进的高动态高灵敏度GPS信号捕获算法

首先介绍弱GPS信号定义和影响因素,指出要想实现弱信号条件下的捕获,必须增加处理增益.要提高增益,就要进行累积,而累积最重要的限制就是导航电文的变化、多谱勒频偏的影响以及非相干累积的平方损失.而高动态又必须考虑累积时间与多普勒补偿的均衡.针对这些因素,指出在弱信号条件下,FFT捕获较传统算法更具有优势.采用差分累积提高累积时间并减轻了非相干累积平方增益损失.半比特搜索法能够估计出导航数据的最佳组合,实现很长时间的相干积分.高动态高灵敏度情况下,还必须考虑补偿码多谱勒的影响.提出一套完整的弱信号处理方案,采用Monter·Carlo方法进行仿真,实验结果验证了该算法的有效性.     

一种基于四阶累积量的相干信号测向算法

利用四阶累积量估计相干信号的来波方向(DoA)需要获得修正阵列的方向矩阵。提出了一种估计修正阵列方向矩阵的改进算法,它减少了计算量,通过模式激励和空间平滑,实现均匀圆阵对来自不同独立信号源的相干信号的DoA估计,并利用虚拟阵列流形的中心对称性,将复矩阵的特征分解转换为实矩阵的特征分解,减少了计算量。相比基于自相关矩阵的算法,所提出方法提高了阵元利用率,有效地抑制了高斯噪声,不需要对模式激励后的数据进行白化处理,仿真结果表明,在低信噪比和多个独立信号源存在的条件下,有更明显的优势。     

小波降噪在微弱GPS信号捕获中的应用

为了解决微弱卫星环境下接收机对信号的正确捕获问题,首先介绍微弱GPS信号捕获特点及捕获方法,并从检测概率和灵敏度的角度分析了相关积分、差分累加方法的捕获性能。在此基础上引入了小波降噪与相关积分、差分累加相结合的捕获方法,并给出详细的理论推导和捕获性能分析,从小波基的选取、小波变换层数和阈值选择三方面进行深入分析,从而得出合适的小波阈值降噪方法。考虑到小波降噪的阈值应跟据变换尺度不同而分别选取,给出一种自适应阈值降噪方法。实验证明,相比传统的相关积分、非相干累加和相关积分、差分累加信号捕获方法,小波降噪方法的引入在保证较高检测概率的同时,可以有效提高微弱卫星信号捕获的输出信噪比,从而降低了误码率。     

微弱GPS信号捕获中的远近效应消除方法

首先分析了全球定位系统(global positioning system, GPS)互相关对微弱卫星信号捕获的影响,并针对该问题给出了子空间投影算法的推导,从理论上证明其能消除远近效应对微弱卫星信号捕获的干扰。在此基础上,重点分析了码相位和频率误差对子空间投影算法的影响,并通过模拟数据和真实数据加以验证。实验证明模拟数据由于其码相位和频率误差较小并可预测,采用子空间投影能够有效消除强、弱卫星信号互相关对某个微弱卫星信号捕获的影响,但对于实际信号由于频率误差一部分来源于晶振的抖动并不容易预测,针对捕获卫星能量极弱情况下,采用子空间投影的方法则存在较大的强信号残差并不容易被消除。     

宽频段相干信号多维参数联合估计算法

基于非均匀的L型阵列,提出了一种宽频段相干信号频率、二维到达角和极化参数联合估计的算法———JTSS算法。该算法能精确地估计具有相同数字频率的相干信号的多维参数,无需多维谱峰搜索,具有计算量小,参数自动配对的优点。另外,在JTSS算法的基础上,利用阵列的分维特点进一步处理,成功地实现了具有频率兼并现象的宽频段相干信号的多维参数估计。该算法能够并行实现以进一步增强其实时性。计算机仿真结果验证了算法的有效性。     

Fast fine acquisition algorithm of GPS receiver aided by INS information

Acquisition time of global position system (GPS) receiver, which is the main factor contributes to time to first fix (TTFF), can be shortened by estimating the Doppler frequency shift through external inertial navigation system (INS) information and almanac data and reducing the searching area. The traditional fast acquisition is analyzed, the fast acquisition of the GPS receiver aided is presented by INS information, and the signal is fine captured by spectrum zooming. Then the algorithm is simulated by sampled GPS intermediate frequency (IF) signal and the result verifies that this acquisition can dramatically improve the capability of GPS receiver and reduce its acquisition time.     

一种GPS信号码片内多径时延估计算法

针对全球定位系统(global position system, GPS)中延迟差小于一个C/A码片的多径时延估计问题,提出一种基于约束增量维纳滤波的多径时延估计算法。该算法利用GPS信号C/A码延时先验估计,对多径冲激信道时延估计值和衰减系数估计值进行区间约束和幅度约束,并将约束条件应用到增量维纳滤波的迭代过程中,从而实现码片内多径时延的估计。理论分析和仿真结果表明,此算法具有时空复杂度低、收敛快,在低信噪比条件下有较高的分辨率等优点。     

一种时域并行差分相关捕获算法

提出了一种基于硬件实现、在时域对全球导航卫星系统信号进行相关捕获的新算法。算法采用并行差分结构,通过对相关结果的复用,实现了对多个卫星信号的同时捕获。还分析了该算法、传统的相关算法和现有的两种改进型时域相关算法以及基于FFT的频域相关算法的算法复杂度和所需寄存器数量。分析和仿真结果表明,该算法在计算单个复现码的1次相关时,运算量并不随着过采样率的增加而增加。相比于传统的相关算法和现有的两种改进型时域相关算法以及基于FFT的频域相关算法,该算法在运算复杂度上具有优势,有利于在实际硬件系统中实现。     

一种基于FFT的高动态GPS信号快速捕获方法

对高动态GPS信号快速捕获问题进行了研究,提出了一种适应高动态环境,捕获时间短的捕获方法。该方法采用多普勒频域串行捕获,时域由FFT代替滑动相关的并行捕获的二维策略,从而大大提高了高动态GPS接收机的信号捕获性能。分析了基于FFT的快速捕获原理和软件实现,并通过对实测的GPS信号的捕获验证了该捕获方法的正确性。     

Analysis of unmanned aerial vehicle navigation and height control system based on GPS

According to the characteristic of global positioning system (GPS) reflection signals, a GPS delay mapping receiver system scheme is put forward, which not only satisfies the unmanned aerial vehicle (UAV) guidance localization but also realizes height measurement. A code delay algorithm is put forward, which processes the direct and land reflected signal and outputs the navigation data and specular point. The GPS terrain reflected echo signal mathematical equation is inferred. The reflecting signal area, when the GPS signal passes the land, is analyzed. The height survey model reflected land surface characteristic is established. A simulation system which carries guidance localization of the UAV and the height measuring control through the GPS direct signal and the land reflected signal is designed, taken the GPS satellite as the illumination source, the receiver is put on the UAV. Then the UAV guidance signal, the GPS reflection signal and receiver’s parallel processing are realized. The parallel processing reduces UAV’s payload and raises system’s operating efficiency. The simulation results confirms the validity of the model and also provides the basis for the UAV’s optimization design.     

基于采样率变换与FFT的GPS系统C/A码捕获改进算法

针对全球定位系统民用粗码信号快速捕获算法速度慢、不易于硬件实现的不足,提出了基于采样率变换和FFT的GPS信号C/A码捕获算法。利用采样平均的方法把采样率为5Msps的输入信号降低为1.024Msps,然后利用FFT进行粗捕,得到粗略的伪码相位,最后对粗略的伪码相位周围的原始数据进行循环相关处理得到精确的伪码相位估计值,降低了对后续跟踪环的动态要求。仿真结果表明该算法运算量小可以快速实现C/A码的粗捕,得到高精度的捕获结果,同时该算法可以利用现有1024点的FFT处理核(IP),便于在硬件上实现。     

Novel approach to GPS/SINS integration for IMU alignment

Strapdown inertial navigation system(SINS) requires an initialization process that establishes the relationship between the body frame and the local geographic reference.This process,called alignment,is generally used to estimate the initial attitude angles.This is possible because an accurate determination of the inertial measurement unit(IMU) motion is available based on the measurement obtained from global position system(GPS).But the update frequency of GPS is much lower than SINS.Due to the non-synchronous data streams from GPS and SINS,the initial attitude angles may not be computed accurately enough.In addition,the estimated initial attitude angles may have relatively large uncertainties that can affect the accuracy of other navigation parameters.This paper presents an effective approach of matching the velocities which are provided by GPS and SINS.In this approach,a digital high-pass filter,which implements a pre-filtering scheme of the measured signal,is used to filter the Schuler cycle of discrete velocity difference between the SINS and GPS.Simulation results show that this approach improves the accuracy greatly and makes the convergence time satisfy the required accuracy.     

Accuracy improvement of GPS/MEMS-INS integrated navigation system during GPS signal outage for land vehicle navigation

To improve the reliability and accuracy of the global positioning system (GPS)/micro electromechanical system (MEMS)inertial navigation system (INS) integrated navigation system,this paper proposes two different methods.Based on wavelet threshold denoising and functional coefficient autoregressive (FAR) modeling,a combined data processing method is presented for MEMS inertial sensor,and GPS attitude information is also introduced to improve the estimation accuracy of MEMS inertial sensor errors.Then the positioning accuracy during GPS signal short outage is enhanced.To improve the positioning accuracy when a GPS signal is blocked for long time and solve the problem of the traditional adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) method with poor dynamic adaptation and large calculation amount,a self-constructive ANFIS (SCANFIS) combined with the extended Kalman filter (EKF) is proposed for MEMS-INS errors modeling and predicting.Experimental road test results validate the efficiency of the proposed methods.     

基于CRC的ASM信号维特比纠错算法

为提高甚高频数据交换系统(very high frequency data exchange system, VDES)中应用特定消息(application-specific messages, ASM)的解码性能, 提出一种基于循环冗余校验(cyclic redundancy check, CRC)的改进维特比纠错算法。通过合理降低符号状态数和使用部分CRC参与纠错, 使该算法平衡了纠错性能和计算量, 同时提出了新的分支度量以解决过于理想化的传统分支度量导致的性能损失。仿真表明, 新分支度量相比传统分支度量提升了1 dB的误帧率(packet error rate, PER)性能, 在用12个CRC寄存器参与纠错的条件下,该方法比相干解调算法提升了1 dB的PER性能, 同时通过合理的符号状态数降低策略将计算量降为传统算法的1/4。