高动态GPS C/A码的快速捕获与跟踪技术

针对高动态GPS接收机C/A码的快速捕获与跟踪问题进行了研究,介绍了一种高动态环境下的伪码快速捕获与跟踪算法.该算法既不占用太多的硬件资源,又显著改善了高动态GPS接收机C/A码的捕获速度与跟踪精度,大大提高了高动态GPS接收机的性能.     

高动态GPS信号模糊函数估计器及其CRB研究

提出了一种新的适用于高动态环境GPS信号捕获跟踪的参数估计方法——模糊函数方法。在假定高信噪比的条件下，推导了模糊函数估计器的估计方差以及Cramer-Rao界（Cramer-rao bounds，CRB）；通过模拟仿真，得出了采用模糊函数算法对高动态环境GPS信号的时延和多普勒频移进行联合估计是渐近无偏和渐近有效的结论。     

GPS信号捕获算法的研究

GPS信号的捕获是GPS接收机的核心模块,它是基于码相位和多普勒频移二维搜索的过程。对于捕获模块,通常采用串行搜索算法和并行频域搜索算法。探讨几种算法的原理并分析其相应缺陷,并指出对GPS弱信号捕获的性能优良算法。     

高动态GPS接收机同步环路的设计

通过对普通的GPS接收机信号同步的机理进行研究,分析了高动态环境给接收机的处理造成的问题,给出利用多步长搜索和FLL进行频率牵引的捕获方案.在普通的GPS接收机的基础上设计并仿真了高动态接收机.结果表明,该方案能够在高动态环境下完成信号的捕获和跟踪处理,为深入研究高动态接收机提供基础.     

辅助定位卫星多普勒频移特性

提出了一种通用意义上的全球定位系统（GPS）信号多普勒频移估计方法. 采用几何标量分析方法,建立了地心地固坐标系（ECEF）中GPS信号多普勒频移分析模型,计算了卫星可见地心角、卫星轨道角速度和卫星可见区间,推导并分析了多普勒频移关于接收机最大可见仰角、卫星轨道角速度和卫星可见时刻开始所经历的时间等参数的变化规律．研究表明,该模型适用性和准确性高,可以满足辅助全球定位系统（AGPS）终端侧精确估计多普勒频移参数的要求.     

一种基于GPS C/A码引导的P码捕获方法

针对GPS系统P码(Precision Code)信号多普勒频移大、码周期长和速率高的特点带来的捕获慢且资源消耗较多的问题,提出了一种新的基于GPS C/A(Coarse/Acquisition Code)码引导P码捕获的方法。系统首先完成C/A码捕获,然后向新型P码发生器置入引导信号zv_set,在接下来的第1个1.5s码周跳变沿对V1和V2置入计数初值;在码同步信号的驱动下,V1和V2进行循环计数,等到V2=0时,P码码值正确,返回引导完成标志。通过仿真分析,该方法资源占用率减少了50%。结果表明该方法可有效避免繁琐的运算,适用于星载GPS双频导航接收机设计。     

MIMU辅助旋转弹丸GPS接收机跟踪环路设计

在GPS导航定位系统中,多普勒频移直接影响接收机的跟踪性能.为了克服多普勒频移的影响,对高速旋转的弹载单天线GPS接收机跟踪环路进行了研究.分析了弹丸旋转产生的复杂多普勒频移的影响因素,给出了多普勒频移的数学模型,提出采用MIMU估计多普勒频移的方法设计二阶载波跟踪环路,建立了环路的模型,并对环路的跟踪性能进行了MATLAB仿真.结果表明:MIMU辅助的跟踪环路与无辅助的跟踪环路比较,带宽窄,能有效地抑制噪声干扰,较好地实现了对旋转信号的跟踪.     

基于变频率动态采样的导航信号高精度多普勒频移中频模拟方法

研究了中频模拟器中时变系统采样间隔的高动态多普勒频移模拟方法. 基于卫星运动模型研究了信号高动态频移特性,提出基于变频率动态采样的伪码和载波多普勒频率偏移模拟方法;给出高精度码多普勒频移模拟设计方案,通过省略传统方法中必需的码数控振荡器模块来降低系统实现的硬件复杂度;通过对伪码频率模拟误差精度的分析,推导了算法主要参数取值的闭式解. 仿真结果表明,在接收信号频率具有有限二阶变化率的高动态环境下,该方法可有效提升多普勒频移模拟精度,并给出具有高稳定度的结果.     

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.     

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.     

GPS信号快速捕获方案中门限设定算法

针对GPS信号快速捕获方案中的门限计算复杂问题,采用聂孟-皮尔逊准则,以发现概率为性能指标,对基于非相干累加和相干累加相结合的GPS信号快速捕获算法的性能进行了详细的理论推导,给出了高低信噪比下通用的判决门限计算方法,并通过系统仿真对理论结果进行了验证.对实际情况中概率分布的合理近似使理论分析过程得以简化,使得判决门限的计算复杂度大大降低.     

GNSS接收机最优中频积累时间研究

分段相关-视频积累是一种典型的雷达信号检测方法,同时也可用于全球定位系统(GPS)或伽利略系统的卫星信号检测。该文重点分析了载波多普勒条件下分段相关-视频积累检测方法的性能,推导了平均处理损耗公式。在给定最大多普勒频偏和载噪比的情况下,采用平均处理损耗最小准则,分析了全球卫星导航(GNSS)接收机最优中频积累时间的计算方法和变化规律。在载噪比45 dB-Hz和最大多普勒频偏2000 Hz的条件下,该算法比经典算法减小了13.5%的平均处理损耗。     

Fast DSSS acquisition algorithm based on the match Fourier transform

Induced by Chip Effects and Doppler Effects, the accumulating performance of the Direct Sequence Spread Spectrum signal is limited under high dynamic and low signal noise ratio scenarios in near space. To circumvent this problem, a particle swarm fast discrete match Fourier transform based Double Block Zero Padding algorithm is proposed by compensating Chip Effects and Doppler Effects simultaneously. Further, the particle swarm optimization is employed to optimize the iteration of fast discrete match Fourier transforms. Both simulation and theoretical analysis show that the proposed algorithm can not only enhance the acquisition probability and accuracy, but reduce the computational complexity as well. The computation of the proposed algorithm is 46％ that of other existing methods when the coherent time is 10ms.     

用于星间通信的高灵敏度快捕算法

为实现微小卫星快速协同工作,满足星间通信链路对扩频信号捕获算法提出的高灵敏度与快速捕获的要求,对常用捕获算法的原理进行分析,针对传统信号捕获方法存在的捕获灵敏度低、捕获时间长、信噪比要求高等缺陷,提出一种适用于星间链路的FFT快速捕获算法,该算法在传统FFT码相位捕获法的基础上通过多路并行架构、特殊同步序列、降速率抽取、非相干累加等优化策略对传统算法的捕获灵敏度及捕获速度进行改善。基于对改进算法的可行性进行检验,首先通过理论公式推导了算法的极限灵敏度、抗干扰能力与理论捕获时间,其次,在MATLAB软件中设置典型任务环境对算法的各项性能进行仿真,最终通过搭建硬件测试平台对算法进行性能实测。仿真及硬件测试表明:该算法相对于传统捕获算法性能有明显提升,改进算法的极限捕获灵敏度可达-130 dBm,捕获时间小于100 ms,符合卫星通信环境设计需求,并已在自主研制的天平二号卫星的星间通信机中验证了其可行性;改进算法还可通过调节算法的并行路数、非相干累加次数等算法要素兼容不同应用环境需要。     

全球导航定位系统接收机的跟踪环路带宽设计

为实现全球导航定位系统(GPS)软件接收机对卫星信号灵活稳定的跟踪,采用非相干延迟锁定环和科斯塔斯环来实现伪码跟踪和载波跟踪;选择环路的带宽,利用最优化的设计理念,设计了GPS软件接收机的最优环路带宽,并且根据所估计的信噪比来确定跟踪环路的最优带宽,以达到总的误差最小.采用GPS卫星中频信号采样器采集实际的GPS数据,并通过Visual C及MATLAB进行了仿真实验,结果表明,接收机成功地跟踪上了7路信号,并以通道1中的数据计算出了同相和正交相信号,所设计的搜索和跟踪方法灵活有效,为接收机能够快速地对GPS信号实现捕获和跟踪提供了一定的保障.同时也使得GPS软件接收机对信号处理改用软件来实现,拥有了极大的灵活性.     

高动态接收机的多普勒频偏捕获新算法

为了解决高动态接收机长时间信号累积导致的能量扩散问题,提出一种基于迭代搜索范围校正的多普勒频偏捕获新算法.根据接收信号连续性特点,首先,单次校正算法利用前两个累积周期内的估计结果来校正第3个累积周期内估计结果的搜索范围,并分析了搜索范围大小对捕获概率的影响;然后,迭代校正算法采用一种多个单次校正级联的方式来逐步缩小多普勒搜索范围,从而进一步提高多普勒捕获性能并得到捕获概率的上界值.仿真计算结果表明,该算法可以通过校正搜索范围来提高多普勒捕获概率.