弱GPS/GLONASS信号捕获算法研究

本文给出了GPS/GLONASS双模接收机的总体设计方案,重点对弱信号环境下的接收机信号捕获进行了讨论,采用并行码相位搜索方法和改进的循环相关算法分别对GLONASS信号和GPS信号进行捕获;并利用真实数据对双模接收机性能进行了仿真研究,重点对接收机捕获弱信号的能力,以及在不同信噪比和不同累加数据长度下的捕获概率进行了讨论,结果表明该双模接收机在不需要较长数据长度的情况下能够捕获低信噪比环境下的卫星导航信号,提高了接收机的灵敏度。     

基于GPS单频软件接收机的捕获与跟踪算法实现

在分析基于软件无线电全球定位系统（GPS）接收机结构的基础上,研究了GPS单频软件接收机的捕获和跟踪算法,并基于MATLAB平台在PC上仿真了GPS单频软件接收机样机。信号捕获采用基于快速傅里叶变换（FFT）的并行码相位搜捕算法;信号跟踪联合使用超前滞后非相干延迟锁定环和科斯塔斯环的跟踪环结构。采用实测数据对信号捕获、跟踪算法进行了分析和验证。结果表明：仿真的GPS单频软件接收机具备基本的基带信号处理功能。     

基于FPGA的高动态P码直捕算法设计与实现

长周期精密测距码（P码）的直接捕获技术对提高导航接收机的性能十分关键,为了设计出高动态、低信噪比环境下的P码快速直接捕获接收机,采用部分匹配滤波器组实现伪码时域并行搜索,结合小点数的快速傅里叶变换（FFT）,将匹配滤波器输出的部分相关值进行功率谱分析,完成多普勒频率偏移的并行搜索。硬件实现时结合FPGA的特殊结构,提高资源利用率,同时采用并行流水机制处理ADC的采样信号,对于每一个采样点,均可以在下一个采样点到达之前完成该点的码相位和频率的二维搜索。对比国内外P码接收机的研究成果,算法在捕获时间上有很大改进。在信号功率为-165 dBW,伪码相位±1 s的时间不确定度,以及多普勒频率偏移±16 kHz的条件下,捕获时间小于10 s,完全适用于高动态环境下的P码快速直接捕获。     

GPS中频信号快速捕获技术分析

为解决GPS中频信号快速捕获问题,在介绍GPS码相位和载频信号捕获原理的基础上,重点阐述了基于FFT的并行GPS中频信号快速捕获方法,同时在非相干累加、接收信噪比、先验信息等方面分析了提高中频信号快速捕获的可能性,最后利用一组GPS实测数据对上述分析进行了的仿真计算。仿真结果表明基于FFT技术的中频信号快速捕获方法具有抗干扰、捕获速度快和检测低信噪比信号的能力,可以满足GPS软件接收机定位的要求。     

弱GPS信号捕获算法及其仿真研究

为满足低信噪比环境下的导航需要,介绍了一种基于改进循环相关的GPS基带信号捕获算法。本文借助于GPS信号基带数学模型以及FFT技术,从理论层面上对捕获算法的信号处理流程以及捕获性能进行了分析;并利用真实GPS基带数据对算法在低信噪比环境下的检测概率和捕获能力进行了重点仿真,仿真结果显示算法在低信噪比环境下是有效的,能够提高低信噪比环境下的检测概率和提高GPS接收机的检测灵敏度。     

北斗非GEO卫星信号码并行捕获

2012年12月,北斗二代的接口控制文件正式公布。北斗B1I频点的非GEO卫星上调制20bit的NH码,因此每1ms信号可能存在比特跳变。借鉴传统GPS并行码相位捕获算法,本文研究一种基于补零FFT的并行码相位算法。该算法能够实现1-20ms相干积分,利用非相干累加提高信噪比,并采用一种对信号强度和采样率不敏感的判决变量。仿真表明,通过相干积分和非相干累加,该算法使用400ms数据可以捕获24dBHz的弱信号。     

PMF-FFT方法在P码捕获中的改进及参数设计

部分匹配滤波器与FFT相结合的捕获模型使用在高动态环境下导航信号的捕获中,由于它对多普勒频率误差有较高的容忍度,因此可以直接进行频域的并行搜索,大大降低了平均搜索时间,并使整个系统依然具有较高的检测概率. 文中通过建立数学模型,对PMF FFT捕获算法的原理及特性及其在捕获流程中的各部分损耗进行了详细的分析,并针对P码的非周期特性,使用重叠保留法对PMF FFT算法进行了改进,使用基于FFT的并行码相位搜索的方法,在频域内实现了时域相关运算,进一步减少了捕获时间. 最后依据“达到等效判决信噪比时总运算时间最少”原则,对算法中各项参数的设计提出了指导意见,具有一定的参考价值。      

BDS/GPS单频软件接收机算法研究与实现

随着卫星导航定位技术及接收机的发展,软件接收机已成为当前研究的热点之一。根据北斗卫星导航定位系统（BDS）的接口控制文档（ICD）,分析了BDS B1I信号,提出了一种基于并行码相位和并行频率捕获的算法,实现了对BDS-B1I/GPS信号的捕获跟踪、导航电文解码。利用HG-SOFTGPS02采集器采集的数据进行BDS/GPS定位,验证了该算法的可行性与合理性。     

BOC和BPSK信号的码跟踪性能比较

在导航接收机的伪距测量中,码跟踪精度起着重要作用,而码跟踪环路的性能由码鉴相器的鉴相曲线决定。本文首先介绍了BOC(1,1)信号的功率谱特性和自相关特性,然后通过仿真分析BOC(1,1)和BPSK(1)两种信号的非相干延迟锁定环的鉴相器输出和环路跟踪误差,得出两种信号在码跟踪性能上的差异。通过比较发现,BOC信号较BPSK信号在跟踪的鲁棒性和精度等方面具有显著优势。     

CORDIC算法实现GPS信号捕获研究

在GPS接收机中，对GPS信号的捕获是最为关键的第一步。对GPS信号中伪码的初始相位和信号载频的估计是捕获的两个基本任务。在某些特定的环境下，比如室内、城市街道、树林，对信号的捕获变得困难。针对这个困难可以通过提高估计精度以减少估计误差带来的相关损失。但是信号累积和估计精度的提高都需要极大地增加运算量。本文提出了将CORDIC算法引入到GPS接收机，在保证大运算量的情况下，实现快速的计算时间。介绍了GPS信号捕获的基本原理，讨论了使用CORDIC算法的必要性以及实现方法。最后通过仿真验证了CORDIC算法能够有效提高GPS接收机的捕获速度。     

一种用于BDS-3接收机工程实现的两级B1C信号捕获技术

北斗三号卫星导航系统（BDS-3）B1C信号相较北斗二号卫星导航系统卫星信号,从信号结构、编码方式再到导航电文结构都发生了改变,包括引入导频信号、二次编码、BOC调制、LDPC编码和B-CNAV1导航电文结构等.这些改变一方面提高了信号性能(如抗多路径、信号捕获和跟踪精度等);另一方面,也带来了一系列问题,对接收机的信号捕获技术提出了全新的要求，如需处理更大的数据流,解决由二次编码带来的符号翻转和BOC调制造成的捕获多峰性问题.针对BDS-3接收机的工程实现,本文提出了一种新颖有效的两级B1C信号捕获技术.其中第一阶段采用扩展并行平均相关搜获结构,用以解决符号翻转问题,同时实现高效的信号粗捕获;第二阶段在缩小的搜索范围内进行高精度搜索,此步骤可有效避免信号多峰性造成的误锁可能.除此之外,本文还介绍了单信道和多信道组合式捕获技术,用户可根据资源占用和捕获灵敏度需求选取更有效的捕获方法.实验结果表明,本文提出的方法允许使用更小更经济的快速傅里叶变换（FFT）模块,并通过大量并行处理的方法实现快速捕获.相较传统的高精度捕获技术,此方法在采样频率超过50 MHz时,能够在保证相近的捕获精度的同时减少至少61％的运算量.      

An enhanced bit-wise parallel algorithm for real-time GPS software receiver

Software-based global positioning system (GPS) receivers perform all the baseband signal processing and the high level functions on a general purpose processor. The heavy computational loads of the signal correlation in baseband processing make it difficult for software receivers to operate in real time. In order to improve the real-time performance, an enhanced bit-wise parallel algorithm has been developed in this study. The enhanced algorithm has been implemented and tested in a 12 channels real-time GPS software receiver. The system consists of a radio frequency front end, a data acquisition board and software that runs on a laptop with a Pentium-M 1.5 GHz processor running the Window^® XP operating system. The data acquisition board packs the 2-bit intermediate frequency samples with a 2-bit in/8-bit out shift register and transfers the packed samples to laptop through a USB port. The software running on the laptop performs all the baseband and navigation processing in real time. The test results show that the enhanced algorithm significantly improves the real-time performance of the software receiver by reducing the computational operations for signal correlation by 50% compared with the existing bit-wise parallel algorithm. Furthermore, the enhanced algorithm also reduces the amount of required memory for storing data for signal correlation.     

接收机温启动状态下辅助长码快捕的钟差预测算法

卫星导航接收机中,时间是影响长码快捕实现的重要因素。接收机钟差预测是压缩码相位不确定范围,减少信号搜索范围的一个方面。提出利用递推阻尼最小二乘法进行二阶钟差模型参数在线解算,并在温启动状态下利用存储的这些参数进行钟差预测的算法。以一款温补晶振为例进行了实验验证,数值结果表明该算法可以将钟差误差范围压缩6倍,将有效地辅助长码快捕的实现。     

圆周移位在伪码补零BDS信号捕获算法中的应用

D1导航电文中加入了NH码,且D2导航电文的速率也比GPS信号的快很多,使得BDS的信号结构增加了捕获难度。采用伪码补零的方法可以对BDS信号进行有效捕获,但是该方法积分时间较长导致捕获耗时变长。本文提出了一种基于圆周移位的改进伪码补零算法,将搜索中复杂的载波剥离运算用计算量很小的频谱序列的搬移操作来代替,使算法复杂度大幅下降。试验结果表明,该方法可以有效减少运算量和捕获耗时。