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。     

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。     

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50MHz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.     

中频数据卫星捕获算法研究

软件无线电技术在卫星导航接收机中的应用在很大程度上改变了基带信号的处理方法.本文详细论述了基于FFT的频域快速捕获技术,通过对实测中频数据实验分析,指出仅利用门限方法无法准确在频域判决可视卫星,必须依靠其他信息进行辅助判决.在分析通过实测数据获得的可视卫星在连续扩频码周期内多普勒和伪码相位变化规律的基础上,给出了采用多...     

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。      

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。     

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。      

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。     

GPS软件接收机仿真实验及算法验证

在分析基于软件无线电GPS接收机结构的基础上,在基于PC软件接收机信号处理系统上采用模拟的数字中频信号,对软件接收机信号捕获、跟踪算法进行了分析和验证.信号捕获阶段给出了基于快速傅利叶变换FFT的快速搜索原理和结果,并采用跟踪阶段Q支路信号的统计特性分析了捕获门限和误警概率的关系,给出了一种捕获门限的优化方法;跟踪阶段对系统采用的数字锁相环(PLL)进行了分析,并对I/Q解调原理进行了解析和验证.     

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。     

GPS软件接收机精确载波频率捕获算法分析与实现

采用基于快速傅里叶变换（FFT）的并行码相位搜索捕获算法实现GPS信号的捕获,根据相位关系对载波频率进行精化,使其满足跟踪模块的需求。在分析算法的基础上,通过对模拟信号和实测数据进行捕获实验,实现了对载波频率的精化,获得精确频率可直接用于后续跟踪环路。     

A scheme for weak GPS signal acquisition aided by SINS information

In order to enhance the acquisition performance of global positioning system (GPS) receivers in weak signal conditions, a high-sensitivity acquisition scheme aided by strapdown inertial navigation system (SINS) information is proposed. The carrier Doppler shift and Doppler rate are pre-estimated with SINS aiding and GPS ephemeris, so that the frequency search space is reduced, and the dynamic effect on the acquisition sensitivity is mitigated effectively. Meanwhile, to eliminate the signal-to-noise ratio gain attenuation caused by data bit transitions, an optimal estimation of the unknown data bits is implemented with the Viterbi algorithm. A differential correction method is then utilized to improve the acquisition accuracy of Doppler shift and therefore to meet the requirement of carrier-tracking loop initialization. Finally, the reacquisition experiments of weak GPS signals are implemented in short signal blockage situations. The simulation results show that the proposed scheme can significantly improve the acquisition accuracy and sensitivity and shorten the reacquisition time.     

基于正交子空间投影的伪卫星远近效应消除方法CSCD

针对地基伪卫星系统中接收机受到远近效应影响无法正确捕获远场伪卫星信号这一问题,引入了基于正交子空间投影算法的捕获优化方法.该方法应用于码分多址伪卫星信号,通过常规滑动相关法得到的强信号码相位和多普勒频移计算正交投影算子,将接收信号与其在强信号空间的投影相减得到弱信号空间并重新进行捕获,以消除强信号对弱信号的干扰.实验结果表明:强弱信号在小于30 dB的功率比范围内,应用正交子空间投影法可以有效改善弱信号捕获性能.这对拓宽地基伪卫星系统的有效工作范围、提升伪卫星接收机信号功率比容忍限度具有重大意义.     

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。     

Weak GPS signal tracking using FFT discriminator in open loop receiver

An open loop tracking architecture, which tracks GPS signals under weak and challenging conditions, is analyzed. The in-phase and quadrature-phase integration pair is regarded as a single tone complex signal. An FFT-based method is used as a frequency discriminator to estimate the Doppler frequency residual of the single tone signal. Another FFT-based method applies complex squaring to eliminate the effect of the navigation data bits polarities. The performance of the FFT-based discriminators is assessed in three criteria. Those criteria are the signal strength and dynamic range that can be tracked and the accuracy of the estimated Doppler frequency. In addition, the performance of the discriminators is analyzed to provide the theoretical and simulated peak detection probability. The results indicate that the FFT discriminator can track signals about 5 dB weaker than the signals that can be tracked by the complex squared FFT discriminator. In a quasi-static environment, the Doppler frequency residual can be assumed to be around zero, which can enable the FFT-based discriminators to track signals with approximately 2 dB less power. Moreover, the performance of the FFT-based discriminators is compared with the performance of two other frequency discriminators, namely the fast–slow and power-based. The comparison results indicate that these two frequency discriminators give higher frequency estimation accuracy, but they have a narrower dynamic range.     

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。     

A new algorithm for fine acquisition of GPS carrier frequency

Design of a GPS signal acquisition algorithm is a trade-off between improvement of the acquisition frequency resolution and reduction in the acquisition time. A new algorithm is proposed to acquire the carrier frequency accurately by correlation of the GPS signal after completion of the coarse acquisition of the signals. The CA code in a period of 1 ms is stripped off first. Then, several local replica carriers are generated and mixed with the CA-code-stripped data. Finally, the mixed data are integrated to detect the carrier frequency accurately. By analyzing the correlated integration result, the algorithm performance is evaluated on the aspects of the computational load, the effects of the carrier-to-noise ratio, and the navigation data transition. Performance of the proposed method is verified by simulations and experiments.     

基于二维 Log Butterworth滤波器的全方向边缘检测的频域实现方法

由于人类识别图像特征涉及非线性的识别机制,本文提出了基于改进二维Log Butterworth滤波器的全方向边缘检测方法,该方法从频域角度出发,利用正反快速傅里叶变换来实现边缘检测工作。首先,将非线性Log函数引入Butterworth滤波器,获得二维Log Butterworth滤波器。当图像行列数不一致时,中心频率分布于椭圆之上,椭圆的长短轴之比与图像长宽比相等,进而给出以角度为变量滤波器表达式;其次,为方便滤波器参数的优化选取,本文对二维 Log Butterworth滤波器参数进行归一化等处理;再次,本文利用F-measure和PSNR (峰值信噪比)值来衡量不同参数下的边缘检测结果,确定最优的二维 Log Butterworth滤波器参数范围;然后,为了分析本文方法的边缘检测效率,对比了本文方法与空域算子（Canny算子）的乘法次数和加法次数,同时以不同大小的图像作为实验数据来比较两种方法的边缘检测耗时;最后,以BSDS（伯克利图像分割数据库）图像和高空间分辨率遥感图像为实验数据,对本文方法的边缘检测结果进行了评价分析。结果表明：本文方法可以有效地应用于图像边缘检测。