用于GNSS信号的可变相干积累时长的时频域结合捕获算法

对于全球导航卫星信号的捕获问题,设计了一种可变相干积累时长的时频域结合捕获算法,在延长相干积累时间的同时,等效提高了FFT运算的点数,从而保证了算法不会增加额外的FFT损耗,提升信号的检测性能。蒙特卡洛仿真验证了可变相干积累时长捕获算法的正确性和有效性,得出了文中所提出的算法可以通过延长信号的相干积累时长,提升导航信号捕获性能,但带来的代价是增加了算法的计算负荷。      

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。     

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。     

一种基于FFT的GPS中频信号捕获方法

本文针对GPS导航接收机对定位信号快速捕获的要求，给出了基于FFT并行运算的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、弱信号等方面分析了提高中频信号快速捕获的关键技术。数据实验表明：基于FFT的快速捕获方法具有抗干扰、捕获速度快和可捕获低信噪信号的能力，满足GPS接收机快速定位的要求。     

GPS软件接收机系统设计及仿真实验研究

软件接收机通道模块设计体现着软件算法的核心,接收机运行控制设计决定着整个软件系统的循环。在接收机通道状态分析的基础上设计实现了GPS单频软件接收机,并对自行开发的C/A码信号仿真器产生的数字中频信号进行了实验,分析了捕获和跟踪状态中通道重要参数的时间序列关系,验证了时域串行搜索捕获策略、超前—滞后非相干码跟踪环路以及直方图位同步算法的正确性和通道模块结构设计的合理性。     

应用延迟累加的微弱GPS信号捕获算法

针对在弱信号环境下传统算法无法进行捕获的问题,提出了一种改进算法。该算法在双块零拓展(double block zero padding,DBZP)算法的基础上,采用延迟累加的方法,首先将DBZP算法相关运算结果中被舍弃的部分暂存,然后对延迟1ms的接收信号进行相关运算,得到相应的相关运算结果,将其与存储的运算结果进行相干累加,并将相干累加结果作为捕获模块输出与门限值进行比较。改进算法在增加极少运算量的前提下,通过提高相关运算结果的利用率,增加了数据观测量。仿真结果表明,改进算法能够提高捕获算法处理增益,在捕获载噪比为17dB-Hz的信号时,检测概率能够达到91%。     

GPS／BD2／GALILEo反射信号接收机兼容分析与设计实现

探讨了多系统反射信号接收机GNSS—R的关键技术,介绍了基于FPGA＋DSP平台的GNSS—R接收机多系统兼容方法。通过数据插值技术、存储CA码发生器技术、FFT频域搜索CA码相位和载波多普勒频移技术,利用分段积分和FFT技术得到反射信号的复相关功率值等技术,解决了多系统在采样、捕获、跟踪、处理等方面的兼容性问题。搭建了验证系统,实现了对多系统反射信号接收机的信号的兼容处理。     

GPS信号的差分相关捕获算法研究

随着人们活动范围的日益扩大和周边环境的日益复杂，低信噪比环境下捕获卫星导航信号逐渐成为国内外研究的重点。本文分析两种常用的改善检测统计量信噪比的方法：相干累加和非相干累加，指出它们各自存在的问题。引出差分相关捕获算法，详细介绍差分相关捕获算法，分析了其数学模型。从理论上研究差分相关捕获算法的性能，并借助MATLAB仿真，分析各个参数对算法性能的影响，同时与相干／非相干累加算法进行比较。     

高灵敏度GPS和Galileo信号联合捕获方法

针对传统接收机无法同时捕获两种不同卫星系统信号Galileo E1或GPS C/A的问题,该文提出E1和C/A相干联合捕获和E1-C和C/A相干联合捕获两种新算法。基于E1和C/A联合相干捕获算法,利用E1的数据信号和导频信号与C/A进行联合相干捕获,推导出了捕获灵敏度的计算式,实现了对两种信号的同时捕获。采用E1-C和C/A相干联合捕获算法,仅利用E1的导频信号E1-C和C/A进行捕获,简化了联合捕获的推导过程。仿真结果显示,两种联合捕获均比单独捕获E1或C/A的灵敏度高,为新一代GNSS接收机提供了新的卫星信号捕获方法。     

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。     

GNSS多模接收机捕获模块的FFT算法设计

随着全球卫星导航系统(GNSS)及物联网技术的不断发展,GNSS多模接收机的应用越来越广泛．信号捕获作为接收机信号处理的第一步,其信号捕获能力的强弱直接影响着接收机的整体性能．本文针对多模接收机在捕获模块设计中遇到的快速傅里叶变换(FFT)算法兼容性差、运算时间长、资源占用大等问题,提出了一种优化方法.该方法通过加入原位运算、截位运算、模块重复利用、流水线结构等设计,以解决上述问题．经仿真验证,该方法在资源占用、运算时间、兼容性方面都有明显的改善．      

A low-complexity algorithm for fast acquisition of weak DSSS signal in high dynamic environment

The initial acquisition of direct-sequence spread-spectrum (DSSS) signal transmitted in bursts by ground terminals at satellite-borne receiver poses an engineering challenge. We propose a low-complexity acquisition algorithm that is capable of capturing extremely weak DSSS signal in the presence of large Doppler dynamics. The algorithm uses fast Fourier transform (FFT)-based frequency-domain techniques to implement circular correlations between the received signal and the local pseudo-random noise (PRN) code, and it coherently accumulates the correlation results across multiple PRN code periods, to achieve a sufficient signal–noise ratio for reliable acquisition. We invoke another FFT procedure to perform the coherent accumulation and the fine compensation for the residual Doppler frequency offset. To highlight the advantage of the proposed algorithm, we make a complexity comparison among the proposed algorithm and two other benchmark strategies, namely the modified double block zero padding (MDBZP) and two-dimensional exhaustive search (2D-ES). It is shown that the proposed algorithm has the lowest complexity, which is particularly desirable for satellite-borne receivers where the computational resource is limited. The acquisition performance of the proposed algorithm is verified by theoretical analysis and Monte Carlo simulations and compared with that of MDBZP and 2D-ES. Moreover, we have carried out extensive tests on a hardware verification system, and we show the claimed tradeoff between performance and cost is indeed attainable with the suggested algorithm. Numerically, it is found the proposed algorithm can achieve a detection rate of 0.9 and a false alarm rate of \(10^{ - 5}\) at C/N ₀ = 29.5 dBHz over a Doppler frequency offset range of \(\left[ { - 7.5\,{\text{kHz}},7.5\,{\text{kHz}}} \right]\) in floating-point simulation, which coincides with the analytical results. The same performance is achieved at C/N ₀ = 31 dBHz in fixed-point simulation and at C/N ₀ = 31.5 dBHz on a hardware system.     

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。     

基于SIC的伪卫星系统抗远近效应捕获算法研究

地基伪卫星系统中由于远近效应的影响,近场伪卫星信号可能对远场伪卫星信号形成压制干扰,导致远场伪卫星信号无法被捕获. 针对该系统中使用的跳时直接序列扩频(TH-DSSS)信号的捕获问题,引入串行干扰消除(SIC)技术,缓解伪卫星系统中的远近效应问题,通过本地重构强信号和干扰对消降低强信号对弱信号捕获的影响,并从理论和仿真两方面对其性能进行了分析. 仿真结果表明,相比传统未采用干扰消除的捕获算法而言,基于SIC的信号捕获方法在不改变伪卫星基站结构和接收机框架的基础上,可有效降低远近效应的影响,提高弱信号捕获概率,扩大系统工作范围,从而为接收机在强远近效应场景下的捕获、跟踪和定位解算提供有效保障.      

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.     

A Low-Power High-Resolution Broad-Band Radar Using a Pulse Compression Technique for Meteorological Application

A new high-resolution Ku-band Doppler radar for meteorological applications has been developed. With the new system design, the radar can accurately measure the radar reflectivity factor with 4-m resolution over a range from 40 m to several kilometers for 100-mW power using a pulse compression technique. Details of the system design, signal processing algorithm, and data acquisition procedures are described. To demonstrate the accuracy of the system, the radar reflectivity measurements are compared with the Joss-Waldvogel disdrometer measurements, and fairly good agreement is shown. The ability of the system to capture the backscattered signal and Doppler spectrum from rain volume at low altitude with high resolution is demonstrated for both convective- and stratiform-type rain events.     

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.