低信噪比条件下BOC信号的快捕算法研究

针对全球导航卫星系统中的二进制偏置载波(BOC),介绍了其生成原理,分析了其自相关函数的特点.研究了常用的BPSK-L IKE单边带和双边带捕获算法及其优缺点,结合基于快速傅立叶变换(FFT)的码并行处理结构,利用BOC信号自相关函数以及BOC信号和伪随机噪声码(PRN)序列的互相关函数两者的差值作为捕获算法的输出,给出了一种可以消除自相关函数的边峰带来的模糊性的捕获算法.仿真结果表明:该算法无能量损失,可接受的最低信噪比低于其它算法2 dB,且其复杂度低.     

基于伪码与多普勒频率分离的北斗信号捕获算法

北斗B1频点信号采用二次编码结构,而二次编码使用的NH（Neumann-Hoffman）码会发生比特跳变,导致接收机捕获性能降低,对此,提出一种基于伪码与多普勒频率分离的北斗信号捕获算法.该算法将接收信号分为两路,利用延迟差分运算和测距码的双极性分别对两路信号进行处理,消除了NH码比特跳变带来的影响.在此基础上使用匹配滤波器捕获码相位,使用快速傅里叶变换搜索多普勒频移,实现了码相位和多普勒频移的同时捕获.仿真结果表明,提出的算法成功捕获到了NH码跳变的信号,且在相同虚警率下灵敏度相比部分匹配滤波和快速傅里叶变换算法约有1.03 dB的提升.     

GNSS接收机导航滤波器辅助捕获技术

为了充分利用GNSS接收机导航滤波器先验信息对基带信号处理过程的捕获进行辅助,以提高捕获速度及灵敏度,以北斗B1I信号为研究对象,开展GNSS接收机导航滤波器辅助估计伪码相位、载波多普勒、NH码相位研究. 首先引入“虚拟路径”的概念计算伪码相位,并详细推导了由导航滤波器直接计算接收信号伪码相位的算法. 然后对伪码相位及多普勒频率的误差源和传播特性进行详细分析. 最后进行了捕获性能理论仿真分析. 结果表明:导航滤波器辅助伪码相位与多普勒频率估计条件下,能够将捕获灵敏度提高1.1 dB,平均捕获时间为1 ms;进一步加入对NH码相位估计的辅助从而扩展相干积分时间为20 ms,则额外可以提供12.8 dB的灵敏度提升,平均捕获时间为20 ms. 通过导航滤波器中的先验信息对信号捕获进行辅助,能够提高信号捕获性能,同时有助于降低无辅助条件下捕获装置频繁运行带来的功率损耗,所提出的算法可以直接应用到GNSS接收机及GNSS/INS深组合导航系统中.     

补0的TD-AltBOC多信号分量联合捕获方法

针对TD-Alt BOC导频路和数据路码片时分复用,四信号分量码相位相同的特点,提出了补0的TD-Alt BOC多信号分量联合捕获方法。该方法通过将本地复制的TD-Alt BOC信号奇数和偶数码片伪随机码分别补0消除相邻码片数据跳变造成的相关峰损失,将4个信号分量的相关值进行多种相干组合,选取最优的相干组合相关值作为最终的统计判决量,解决了传统的单信号分量捕获方法损失信号能量的问题。从理论上分析了TD-Alt BOC信号码片时分复用对传统FFT捕获方法性能的影响,推导了所提出方法的虚警概率和检测概率表达式。理论和仿真结果表明:所提出的方法比传统FFT方法和GPS L2C CM码单信号分量捕获方法提高捕获灵敏度3~6 dB,降低平均捕获时间5%~35%,当载噪比为38 dB-Hz,虚警概率为0.1%时,检测概率可达80%。     

基于频域符号相关的北斗信号捕获新算法

北斗导航信号中NH码会导致北斗导航信号的捕获概率降低和捕获时间的增加。为了实现对导航信号的快速捕获,在不进行码剥离的条件下提出了一种基于PMF-FFT结构的频域符号相关算法。该算法首先对接收到的北斗导航信号进行部分匹配滤波(PMF)和FFT,其次,对各个码相位对应PMF-FFT输出结果进行频域符号相关处理以消除符号跳变的影响,从而实现有符号跳变下,北斗导航信号的快速捕获。仿真结果表明,在相同的虚警概率和检测概率下,文中所提出的算法相对于PMFFFT算法和PMF非相关积分算法分别有1.8 d B和1.5 d B的灵敏度提升。     

基于非相干序贯检测器实现的伪码捕获器

讨论了基于非相干序贯检测器实现的伪码初相位快速捕获方法,并对序贯检测器的结构和参数进行了分析.非序贯检测器实现的伪码捕获器,使伪码初相位的捕获时间、检测概率和虚警概率三者之间得到均衡,有效地提高了伪码初相位的捕获速度和捕获可靠性.     

基于大步进串行捕获的DS/BPSK导航接收机捕获性能研究

针对低信噪比条件下导航接收机长伪码序列的快速捕获问题,提出了一种大步进串行捕获方案,实行区间与区间之间串行捕获,区间内并行捕获.给出了系统硬件实现的原理框图,建立了系统的数学模型,采用状态转移函数推导了系统平均捕获时间的计算表达式.在综合考虑伪码相位误差,多普勒频移和噪声干扰的基础上,详细分析了系统的捕获性能.     

电离层延迟估计下的AltBOC信号联合跟踪方法

针对电离层分离效应使Galileo系统E5 Alt BOC信号上下2个边带码相位不同步的问题,提出了一种基于电离层延迟估计的Alt BOC联合跟踪的方法。该方法根据双频电离层延迟差估计结果调整Alt BOC信号上下2个边带信号的通道时延,使2个频点信号码相位同步。通过组合上下边带各自的伪随机码,实现Alt BOC信号的双边带联合跟踪。理论分析得出该算法可以有效补偿由电离层导致的Alt BOC信号上下边带信号码相位分离,仿真结果表明,该方法能够有效利用Alt BOC信号尖锐的自相关函数,改善了信号接收的抗多径性能,尤其是在高信噪比下的抗多径性能。     

低信噪比直序扩频导航信号的自适应捕获算法研究

为解决低信噪比下直序扩频导航信号的捕获,提出了一种自适应捕获算法.该算法基于相干相关模型及FFT,提高了后测信噪比、缩短了捕获时间.对GPS C/A信号的捕获进行了仿真实验,结果表明此算法明显优于非相干相关算法,可提供约2 dB左右处理增益,捕获灵敏度达到-175 dBW.该算法可以运用于其它类似的卫星定位与直序扩频测距信号的伪码精确跟踪及相位测量中.     

一种基于循环相关函数的双级伪码快捕方案

基于“匹配滤波 序列估计”模式的双级伪码快速捕获方案较其他方案有运算量小且与序列长度呈线形关系的优点,但是这种伪码快捕方案抗高斯白噪声能力较弱．提出了一种改进的伪码快速捕获方案,即用循环相关函数代替普通相关函数作为”序列估计”的判决函数,利用高斯白噪声、直扩信号不同的循环相关特性提升系统的抗高斯白噪声能力．通过软件仿真,证明了该系统在保证快速捕获特性的同时,可提升抗高斯白噪声能力,可获得5～6dB的处理增益．     

一种低复杂度GNSS信号快速捕获算法

为满足全球卫星导航系统(GNSS)接收机中高精度跟踪环路对捕获模块伪码相位搜索精度的需求,提出一种基于数据折叠的正交快速捕获算法．该算法对接收机输入离散采样信号进行压缩处理,将单个伪码周期内的长序列转变为两组较短的序列,并对每组序列与对应处理后的本地伪码序列进行基于FFT的快速相关运算,最终通过两组相关结果确定伪码偏移量．算法降低了快速捕获中所需的FFT点数,在保留伪码相位搜索精度的同时降低了捕获器的实现代价．分析及仿真结果表明,该算法能够在较小的检测概率下降的条件下,极大降低捕获模块的算法复杂度．     

PMF-FFT的PN码捕获方法分析及仿真

为了解决PN码捕获时间长与资源消耗大的问题,分析了基于PMF-FFT的捕获方法.该方法是使用一组部分相关器结合快速傅立叶变换进行PN码捕获,可以将码相位和多普勒频移的二维搜索变为码相位的一维搜索,从而大大减少了捕获时间.推导了该算法的理论,并在MATLAB平台上实现了PN码捕获的仿真以及性能分析.理论分析和仿真结果表明该方法的平均运算量减少了20%,相关峰值增加7倍以上,可以实现对扩频信号的快速捕获.同时在信噪比低至-15 dB时能较好地完成捕获,该方法具有良好的抗干扰性能.     

直扩系统伪码序列串并组合捕获方案

针对低信噪比条件下长伪码序列的快速捕获问题，提出了一种新的捕获方案，即串并组合捕获。给出了系统硬件实现的原理框图，建立了系统的数学模型，采用状态转移函数了推导平均捕获时间的计算表达式。在综合考虑伪码相位误差，多普勒频移和噪声干扰的基础上，详细分析了系统的捕获性能。     

准正交多值PN码M元扩频通信系统及其性能分析

提出了一种扩频方案．通过格雷互补序列树型扩展算法构造对偶多值PN码混合矩阵,并利用该混合矩阵对信息序列进行M元扩频,这种扩频方式能有效地提高频带效率和抗截获性能,比直接序列扩频具有3dB的性能改善．针对伪码较长的扩频通信系统码同步计算复杂度高、硬件实现困难的缺点,提出了一种基于两级FFT的快速捕获算法,其计算复杂度与传统的PMF-FFT算法相比能下降一个数量级．通过同相、正交支路进行交叉混合数据解扩,能有效消除载波相位偏移对系统性能的影响．     

基于BOC调制技术的相关检测算法

通过对BOC信号的机理研究,提出利用平方倍频检测法检测BOC调制信号的载波频率,利用相关性对解调出的BOC基带信号的亚载波频率和扩频码码速进行检测．对算法的有效性进行了仿真测试,结果表明算法能有效地实现对BOC信号的载波频率、亚载波频率和伪码码速的检测．     

一种BD2卫星导航信号的捕获方法

针对传统捕获方法无法应用于中国北斗二代的新型无源导航信号,在GPS卫星信号捕获方法的基础上,提出一种BD2卫星信号捕获方法,消除了数据位跳变或NH码翻转导致的相关值变化,提高了BD2卫星信号的捕获效率。测试结果表明,该方法能够有效地实现BD2卫星信号的捕获。     

基于FFT的扩频信号捕获仿真

针对现有扩频信号捕获方法实时性差、消耗硬件资源多的缺点,提出了一种基于FFT的低信噪比扩频信号快速捕获方法.根据FFT原理,设计了FFT伪码捕获原理框图,并从伪码特性、FFT栅栏效应和信道影响三方面分析了其性能.仿真结果表明:FFT捕获算法在-10 dB的低信噪比下仍具有良好的伪码捕获性能,并具有一定的实时性,可广泛应用于无线定位、遥控遥测和卫星通信等领域.     

带残余频偏的QPSK-DSSS信号伪码序列盲估计

针对正交相移键控(QPSK)调制的带残余频偏直接序列扩频(DSSS)信号伪码序列难以估计的问题,提出信号相关矩阵特征分解结合全数字锁相环(DPLL)进行伪码序列估计的方法。首先对接收信号进行采样和分段得到数据矩阵;根据最大化信号相关矩阵的谱范数估计出伪码序列的同步点;在同步基础上再计算信号相关矩阵的特征子空间;针对其主分量特征向量带有残余频偏且相位存在π/2跳变的问题,采用全数字锁相环跟踪和消除其残余频偏进而恢复伪码序列。研究结果表明,针对QPSK-DSSS信号,所提方法能够实现负信噪比下伪码序列的盲估计。     

基于MBOC调制的北斗导航信号的多径误差分析

为了定量地分析MBOC(Multiplexed binary offset carrier)调制的北斗导航信号的多径误差,在分析MBOC调制信号原理的基础上,建立了相应的多径信号模型,利用超前减滞后功率鉴相器和反正切函数鉴相器,推导了多径效应导致码相位跟踪误差和载波相位误差的表达式.对不同的多径直达幅度比(Multipath todirect ratio,MDR)、相关器间隔、前端带宽时MBOC调制信号的多径性能进行了仿真,并针对存在噪声干扰时的码跟踪误差进行了仿真分析.仿真结果表明,多径直达幅度比由-3 dB减小到-6 dB时,所产生的多径误差包络也相应地减小.在多径直达信号幅度比(MDR)一定时,采用窄相关技术和较宽的接收机前端带宽均能很好地抑制多径误差.存在噪声干扰时,码跟踪误差随着载噪比(Carrier to Noise Ratio,CNR)的增加逐渐减小为0.     

北斗信号捕获相位相干算法的设计与实现

针对北斗二号卫星导航系统信号捕获运算量大的问题,提出一种利用相位相干算法搜索起始码相位的方法,并给出基于现场可编程门阵列(FPGA)的相位相干算法的具体实现方案,算法中关于旋转因子运算的问题主要借助坐标旋转数字计算方法和查找表方法得以解决。编译综合及仿真结果皆表明,与传统快速傅里叶变化(FFT)算法相比,新方法只需用到复数加法,运算量小,且能正确捕获信号。