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。     

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B1C信号联合捕获策略

目前对含有导频通道的新信号的捕获研究,主要是设计联合捕获算法,提高功率利用率以提升接收性能,分为等长与非等长相干积分联合算法两类. 本文针对北斗B1C信号,深入分析了三种等长相干积分联合算法的加权问题,并解释了相干联合与差分联合算法的联系. 理论和仿真结果表明,相干联合算法具有更优的性能;进一步,本文结合最优相干积分时间理论给出捕获参数设计方案,对比了不同场景条件下等长与非等长相干积分联合算法的性能,给出了捕获B1C信号的优化策略.      

一种加速GNSS信号捕获的短时傅里叶变换算法

提高GNSS信号捕获速度从而减少定位时间,是目前GNSS信号处理研究热点之一。短时傅里叶变换是一种通过设立窗口函数与采样信号相乘从而提高捕获速度的方法。为了提高GNSS信号捕获速度,利用短时傅里叶算法对GNSS信号捕获的算法进行了改进。实验中选取了不同的窗口函数对GNSS信号峰值以及处理速度的变化进行了分析。在其码相位和频率基本不变的情况下,得到了在峰值变化较小时,短时傅里叶变换能有效提高其捕获速度的结论。     

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。     

GNSS双频兼容互操作接收机信号捕获方法

随着我国北斗导航系统“全球组网”序幕的拉开,设计实现接收机的兼容互操作功能已变成接收机设计领域的一个研究热点。文中针对GNSS双频兼容互操作接收机信号捕获环节设计中遇到的处理时间长、捕获精度低、硬件资源消耗大、兼容性差等问题,设计一种基于频域处理的信号捕获算法。该算法在传统频域捕获的基础上,优化频域转换资源利用与遍历方式,在能量累加方面加入相干与非相干累加方式,达到微弱信号捕获。借助Xilinx软件Vivado及其仿真工具,对整个捕获系统进行了仿真实现,验证了算法设计的准确性,本算法可以捕获信号功率-135 dB以上的信号,可捕获的载波多普勒频率范围满足实际工程需求。在实际工程验证中,本算法能较好地满足工程应用性能要求。      

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。     

改进差分相干累加算法的北斗卫星导航弱信号捕获

以提升北斗卫星导航能力为目的,设计了改进差分相干累加算法的北斗卫星导航弱信号捕获方法。该方法通过构建北斗卫星信号模型,利用该模型获得北斗卫星导航中频信号;然后以改进差分相干累加算法为基础,建立北斗卫星导航弱信号捕获模型,将北斗卫星导航中频信号作为该模型的输入,经过北斗卫星导航弱信号捕获模型对中频信号块实施累加处理和多普勒圆周位移搜索,以及快速傅里叶变换和反傅里叶变换等步骤后,通过判断北斗卫星导航弱信号捕获判决,输出北斗卫星导航弱信号捕获结果。实验结果表明：该方法在捕获北斗卫星导航弱信号时的运算量较小,可有效捕获-36 dB的北斗卫星导航弱信号,同时其捕获概率较高,应用效果较为显著。     

一种改进的GPS微弱信号捕获方法

介绍了GPSL1载波中C/A码的捕获算法,以快速傅立叶变换为基础,采用相关积分和非相关积分对较长的信号进行处理,实现对GPS微弱信号的捕获。为验证这一算法,利用一组在室内采集的GPSL1C/A码IF数据,采用一般的信号捕获方法和改进的信号捕获方法分别进行了处理。结果显示,采用改进的方法捕获到了较微弱的GPS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。     

GNSS软件接收机中信号捕获新算法

利用频域圆周移位与时域载波剥离等价的原理,提出了一种新的捕获算法。通过对输入信号频谱序列的圆周移位操作,代替在不同载波Doppler搜索单元下对输入信号的重复性的载波剥离和FFT操作,在码相位和多普勒单元的二维搜索过程中,只需对输入信号进行一次FFT操作。新算法有效地缩短了捕获时间,且不影响捕获概率和捕获精度。实验结果证明,该算法可以正确地完成信号捕获,并节省了近50%的捕获时间。     

卫星导航信号差分联合信道组合捕获策略

为了充分利用新一代复合卫星导航信号数据分量和导频分量的功率,提出了差分联合数据/导频信道组合捕获技术,包括差分比较信道组合技术和差分相干信道组合技术。通过数学分析,证明了新建差分联合数据/导频信道组合捕获技术的虚警概率和检测概率的解析表达式。为了支持理论分析,运用Monte Carlo仿真对提出的捕获技术进行性能分析。分析结果表明,新建捕获技术比传统捕获方法能够提供更加优良的性能,提高了卫星导航接收机在弱信号环境下的捕获灵敏度。     

GNSS软件接收机的实现与测试分析

从GNSS软件接收机的基本原理出发,阐述了GNSS软件接收机的基本组成及优点,重点介绍了信号处理模块中的捕获策略、跟踪方案以及误差模型的实现方法。为了测试核心模块设计的正确性与有效性,进行了真实采集信号捕获与跟踪结果的验证以及定位精度测试。结果表明,接收机的信号捕获策略、跟踪方案以及导航解算算法正确,可实现单点静态定位,且在GDOP值小于4的情况下定位精度优于10 m,具有良好的灵活性和可扩展性。     

Modified compressive sensing approach for GNSS signal reception in the presence of interference

Pre-processing traditional navigation signals in global navigation satellite system (GNSS) receivers includes the conversion of an analog-to-digital sample and acquisition following the basic principle of Nyquist sampling theory. This condition inevitably increases the system computation time and cost of a modern wideband receiver. In recent years, the compressive sensing (CS) approach has been proven to effectively reduce the number of measurement samples required for digital signal acquisition systems. This method gives new potential to this modern design. In this study, a modified compressive sensing algorithm for the acquisition of a GNSS signal that is contaminated by an interfering signal is presented. The proposed method attempts to combine CS demodulation and the subspace projecting method to enhance GNSS signal acquisition performance with interference present. First, the received signal is sub-sampled and aliased from a compressive sampling process. This operation maintains the restricted isometry property (RIP) condition of the second sampling process using a Toeplitz-structured sensing matrix, which replaces a conventional random sensing matrix. The matrix ensures that distances between desired signals on the set of sparse space are not influenced by the sampling process. Next, the interference is eliminated through the orthogonal feature between the interference signal and the desired signal using the subspace projecting method. This also preserves the RIP of the projecting matrix to ensure that the original structure of the linear projection of the signal is preserved. After this, an iterative least-square method is utilized to recover the correlator output from the reception samples taken by the CS demodulator. In addition, the signal detection performance in the presence of co-channel interference using a CS demodulator is analyzed and evaluated. Finally, the relationships between signal detection probability, compressive factor and signal bandwidth are also illustrated. Several numerical results are presented to verify the theory.     

卫星导航信号捕获的一种高效相关算法

信号捕获的相关层实现在整个接收机的硬件资源中占据了重要的比重.为了能够降低量化损耗和减少相关层所需的硬件资源,论文提出了一种高效的相关算法.相比传统实现方法,论文所提算法能够将加法树所需硬件资源降低1／2,同时量化损耗减少约0.3 dB.该算法对卫星导航接收机的低成本和低功耗实现具有重要的参考价值.      

GNSS信号录制与回放设备的研制及应用

设计了一种GNSS信号录制与回放设备,该设备利用了变频器(混频器)会产生差频与和频的现象,在采集与回放阶段使用不同的变频方式,分别使用变频结果中和频与差频,从而将频率中心较远的多个GNSS信号中间的无用频带去掉,只留下有用信号,这样以来,降低了设备的成本和复杂程度,使用价格低廉的SDR平台即可完成采集与回放工作。经实验验证,该设备可以用于GPS L1／L2以及BDS B1等信号的记录与回放,可以广泛用于教学实验、GNSS接收机研发生产以及科学研究等领域。      

附加约束条件对GNSS/INS组合导航结果的影响分析

针对车载全球导航卫星系统/惯性导航系统（global navigation satellite system/inertial navigation system,GNSS/INS）组合导航中卫星信号中断,惯性导航系统单独导航误差积累较大的问题,提出了附加载体运动条件约束的卡尔曼（Kalman）滤波解算方法。通过利用载体固有的运动约束,包括近似高程约束、近似速度约束和近似姿态约束,减少载体自由度和模型参数;通过引入新的观测类型,增加观测冗余,可以加强Kalman滤波解,提高在GNSS信号中断时组合导航系统的定位精度,实现无缝导航。     

网格化GNSS弱干扰源定位方法

介绍了网格化全球卫星导航系统(GNSS)弱干扰源定位的系统组成,针对该场景下现有方法对信噪比低的情况适应能力较差的问题,提出了一种基于信号噪声分离的差方均值函数拟合(MFDSS)的网格化GNSS弱干扰源定位方法,方法采用MFDSS方法实现时差估计,并利用Chan双曲线定位算法解算干扰源位置.文章对比仿真了该方法和常用网格化定位方法的定位效果,在对GNSS弱干扰源定位的场景下,该方法表现出优越性能.      

基于预平均处理的导航信号捕获技术

针对传统导航信号捕获算法资源消耗大、多普勒分辨率低的问题,提出了一种基于预平均处理的变系数匹配滤波的快速捕获方法. 该方法将经过预平均处理后的导航中频信号和本地信号主码存入相应存储器,然后经变系数匹配滤波器完成相关累加,再经快速傅里叶变换(FFT)频率估计器完成数据的频谱分析,最后利用验证模块对FFT输出结果的最大值进行二次验证,完成捕获检测. 所提方法在达到相同积分时间的同时节省了50%硬件资源,能够提高捕获多普勒分辨率以提高转跟踪成功率,通过软件灵活配置可以实现多系统多频点全球卫星导航系统(GNSS)信号的兼容处理.      

Investigation on the effect of strong out-of-band signals on global navigation satellite systems receivers

The mitigation of radio frequency interference (RFI) has a fundamental role in global navigation satellite system (GNSS) applications, especially when a high level of availability is required. Several electromagnetic sources, in fact, might degrade the performance of the global positioning system (GPS) and Galileo receivers, and their effects can be either in-band (i.e., secondary harmonics generated by transmitters of other communication systems due to non-linearity distortions) or out-of-band (i.e., strong signals that occupy frequency bandwidths very close to GNSS bands). We investigated the effects of real out-of-band signals on GNSS receivers and analyzed the impact on the overall receiver chain in order to evaluate the impact of the interference source. In particular, the analysis focuses on the spectrum at the front-end output, on the automatic gain control (AGC) behavior, as well as on the digital processing stages (signal acquisition and tracking) at the analog digital converter (ADC) output. This study refers to several experiments and data collections performed in interfered areas of downtown Torino (Italy). The obtained results underline how digital/analog TV transmissions represent a potential interference source for GNSS applications and might be critical for the safety of life services.