基于FFT的GPS信号二维大规模并行捕获

GPS接收机中信号捕获通过粗略调整本地复制信号的码相位和载波频率与卫星信号同步.信号捕获实际上一个二维的搜索过程,其主要挑战是计算复杂度.基于FFT的二维并行捕获方法,可以一次搜索整个二维不确定空间,在减少计算复杂度的同时提高了捕获性能.仿真结果表明,采用35 ms的捕获时间可以90%概率捕获到载噪比为34 dB-Hz的卫星信号.     

基-2FFT和基-4FFT GPS信号快速捕获算法研究

捕获是GPS接收机内信号处理的第一步。捕获过程可以粗略地估算出可见卫星信号载波多普勒频移和码相位,并将估算值传送给后续的跟踪程序。捕获的速度直接决定GPS接收机的性能。基于相关运算的信号捕获算法主要分为时域相关法和基于FFT的循环相关法,因此在基-2FFT循环相关法的基础上提出基-4FFT循环相关法,通过接收真实GPS卫星数据并进行MATLAB仿真分析,最终给出时域相关法、基-2FFT和基-4FFT循环相关法对应的捕获结果与仿真时间。结果表明,在捕获结果相同的前提下,基-4FFT循环相关法的运算速度有所提升。     

基于相关的SFFT的卫星信号捕获算法

GPS(Global Positioning System)接收机中,常用的捕获方法有时域串行捕获方法、基于FFT( Fast Fourier Transform)的并行频率捕获方法和基于FFT的并行码相位捕获方法,但在某些应用场景下,会对卫星信号的捕获速度提出更高的要求,因此给出了一种基于相关的SFFT(Sparse Fast Fourier Transform)的卫星信号快速捕获算法。该算法结合卫星信号伪随机码的强自相关性的特性,将原有的SFFT的幅度估值去掉,利用时域串行的捕获方法,将SFFT算法中输出的大值坐标点对应的本地伪码与接收卫星信号做相关,进而捕获卫星信号。通过实验对算法进行验证,并与已有的卫星信号捕获方法进行对比,结果表明该方法能有效地运用于卫星信号捕获中,并且该算法的运算量要比传统捕获算法更低。      

GPS软件接收机中微弱信号捕获算法研究

信号捕获的目的是确定接收机当前所在位置的可见卫星号,进而计算可见卫星的载波频率和伪随机码相位信息.目前随着GPS接收机应用的日益广泛,如何在弱信号环境下实现定位的问题日益突出.普通的GPS接收机不能捕获和跟踪到导航卫星信号,只能设法提高GPS接收机的灵敏度来实现导航和定位.为了解决微弱信号情况下的GPS信号捕获问题,在...     

GPS伪卫星信号捕获的仿真分析与研究

GPS伪卫星是模拟GPS卫星信号的地面发射设备。其终端接收设备的射频前端将天线接收到的伪卫星信号变换为中频信号,再经模拟数字转换,便可得捕获的原始信号。采用专用集成电路设计的GPS接收机极大地限制了用户对原始信号的性能分析和新算法的开发,而基于FPGA DSP架构的设计能提高研究的自由度。本文先对GPS伪卫星信号的形成和接收机的结构作扼要介绍,再对伪卫星信号的搜索算法和捕获性能做分析,并通过频域FFT实现仿真。结论表明,通过仿真技术能有效地复现出了捕获的GPS伪卫星信号。     

一种高灵敏度GPS信号快速捕获算法

为了提高GPS软件接收机捕获算法的灵敏度和快速性,提出了一种高灵敏度GPS卫星信号快捕方案。首先对GPS信号进行频率补偿,然后进行相干滤波提高卫星信号的信噪比,从而提高捕获算法的灵敏度。再采用延迟、累积捕获结构寻找输入信号中各颗卫星的C/A码起始点,引入延迟累加器实现各卫星多普勒频移成分的分离、估计,将传统的二维捕获过程简化为两个一维搜索过程,捕获时间仅为传统FFT快捕算法的几十分之一,提高了捕获算法的速度。分别通过实测和GPS数字中频信号发生器仿真生成的GPS数字中频数据对所设计的捕获算法进行了验证,实验结果表明该捕获算法行之有效。     

GPS/北斗双模导航接收机捕获器硬件设计与优化

基于多普勒频移并行搜索捕获算法,设计了应用于GPS/北斗双模导航接收机的捕获电路。该设计以时分复用的方式捕获GPS和北斗信号来降低硬件面积。文中详细分析了GPS/北斗双模相关器模块和FFT模块的并行度架构。分析与仿真结果表明,所设计的电路在相关运算和FFT运算时间上达到平衡。对-125dBm至-140dBm的信号进行捕获测试,测得平均捕获时间小于5s。     

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.     

Research on Fast FFT Acquisition Algorithm and Implementation on FPGA

典型FFT捕获方法可以完成码相位的并行捕获,较滑动相关方法可以更快捕获GPS信号,但是仍比较耗时.利用频域移动等于时域乘以指数信号的特性,可以在1 ms时间内完成多普勒频率的搜索,实现码相位和频率域的同时并行捕获,给出了FPGA实现的结构设计,结果表明该方法资源消耗小,捕获速度快,是一种优秀的快速捕获技术.     

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。     

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%.

     

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。      

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。     

基于伪码互相关特性的GPS信号捕获算法

高动态GPS接收机研究的核心是信号的捕获与跟踪算法,在接收机硬件实现时,系统性能与资源消耗直接受捕获算法的影响。结合时域滑动相关法和基于FFT的频域捕获算法各自的优点,提出一种基于伪码互相关特性的快速捕获算法,在不影响系统性能的前提下,既加快了捕获速度,又降低了资源消耗,实现了捕获速度和资源消耗二者的平衡。     

高动态短时突发扩频信号的快速捕获

针对低信噪比和大多普勒频移环境下,短帧突发直接序列扩频通信系统要求在短时间内以很低虚警和漏警概率捕获信号这一难题,设计了仅使用独特码的短时突发扩频信号帧结构,在接收端将扩频码与独特码作为一个复合扩频码看待,提出了基于FFT的高动态突发信号捕获方法,可同时快速完成突发信号检测、扩频码捕获、频偏估计、帧同步检测和位定时捕获等任务。仿真结果表明:该算法能有效消除多普勒频移对短时突发扩频信号捕获性能的影响。     

大频偏下直接序列扩频系统的码捕获技术

关于大频偏下直接序列扩频系统的码捕获,一般的处理方法是在直扩信号中引入导频信号,接收端通过对导频信号的处理进行频偏估计,并消除频偏对PN码相关值的影响(典型的有“全球星”卫星移动通信系统)。然而,依据现代军事通信低截获、低检测性的要求,这种插入导频法已不再适用于军事通信。为解决此问题,文章介绍了直接序列扩频系统的一种新型码捕获技术即利用FFT消除频偏对PN码相关值影响的串并相关捕获,并进一步深入、具体的分析了这种捕获系统的原理,研究了此种捕获算法在加性高斯白噪声信道条件下的性能。     

FSK-FMCW雷达通信一体化信号设计与处理方法研究

在未来的智能交通系统中,车载雷达通信一体化信号可使智能车辆同时完成雷达探测和通信信息传输功能,然而现有的基于调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW）的车载雷达通信一体化信号的通信数据率较低,难以满足未来智能交通的需求。为了提高雷达通信一体化系统的通信数据率,本文提出了一种频移键控（Frequency-Shift Keying,FSK）FMCW雷达通信一体化信号设计方法,该方法通过在每个线性调频（Linear Frequency Modulation,LFM）信号上调制多个通信符号,以提高一体化信号的通信数据率。此外,在雷达接收端,将差拍处理和二维快速傅里叶变换（Fast Fourier Transformation,FFT）相结合,对接收到的目标回波进行处理,以获取目标的距离与速度估计。在通信接收端,通过差拍和一维FFT处理,对接收到的FSK-FMCW雷达通信一体化信号进行通信信息解调。最后,通过仿真实验验证了所提方法的有效性。     

基于MDBZP 的C/A码信号高灵敏捕获算法

卫星信号的捕获是GPS接收机信号处理的首要任务。针对在微弱信号的情况下传统捕获方法不能很好地捕获到卫星信号的问题,提出一种改进的二倍分组块补零（MDBZP）方法为高灵敏度GPS接收机提供理论依据。该方法将连续相干积分分解成普通循环相关和随后的傅里叶变换来产生不同的多普勒频移搜索,并针对连续积分跨越多个导航电文数据位的情况给出解决方案,同时考虑了多普勒效应对码长造成的影响。仿真结果表明,此方法对低至15dB-Hz的微弱信号C/A码信号仍有较好的捕获能力。最后给出了不同载噪比情况下所对应的检测信噪比。     

基于MDBZP 的C/A码信号高灵敏捕获算法

卫星信号的捕获是GPS接收机信号处理的首要任务。针对在微弱信号的情况下传统捕获方法不能很好地捕获到卫星信号的问题,提出一种改进的二倍分组块补零( MDBZP)方法为高灵敏度GPS接收机提供理论依据。该方法将连续相干积分分解成普通循环相关和随后的傅里叶变换来产生不同的多普勒频移搜索,并针对连续积分跨越多个导航电文数据位的情况给出解决方案,同时考虑了多普勒效应对码长造成的影响。仿真结果表明,此方法对低至15 dB-Hz的微弱信号C/A码信号仍有较好的捕获能力。最后给出了不同载噪比情况下所对应的检测信噪比。