GPS软件接收机信号快速捕获新方法
发布时间：2021-03-23 18:30
针对微弱信号条件下GPS软件接收机的C/A码捕获问题,提出一种新的并行快速捕获算法。采用平均相关技术降低C/A码的自相关损耗,基于载频误差补偿技术减小C/A码累积误差;利用叠加相关方法降低相干累积运算的复杂度,通过循环移位减小频率步进搜索的时间消耗。实验结果表明该算法能够有效实现GPS信号捕获。对比仿真实验表明,该算法能够完成弱GPS信号捕获,且运算量适中,适合高灵敏度软件接收机使用。
【文章来源】：火力与指挥控制. 2019,44(06)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
平均分组示意图
生成仿真的GPS信号作为测试信号。仿真生成8号GPS卫星信号，数据长度为200ms，导航电文数据随机取值，信号频率为4.092MHz，采样频率为16.368MHz，信号初始相位为0。信号中混入加性零均值高斯白噪声，噪声方差，则信号幅度可以表示为（19）SNR为信噪比，单位为dB。GPS信号捕获要求能够捕获到信号强度在-174dBW~-188dBW之间的弱信号，换算为信噪比约为-47dB~-33dB之间。采用本文方法和传统并行捕获算法对不同强度的信号进行捕获测试，考虑到传统并行捕获算法的时间消耗，设定码相位搜索步长为Tc/2，测试结果如图4所示。可以看出，随着信噪比的增加，两种算法正确捕获的概率均逐渐增加，但本文算法在各个信噪比下的捕获性能均优于传统的并行捕获算法。频率搜索步进1kHz0.5kHz传统算法10.435s19.793s本文算法0.276s0.598s图3实际信号捕获结果图4与传统并行捕获算法的性能比较·70·0998
对接收信号进行频率补偿等价于信号FFT的循环移位。因此，只需在计算出接收信号的FFT后，对FFT结果进行循环移位就能实现频率步进补偿搜索，可以频率搜索过程的时间消耗。4算法实现与实验验证分析为了进一步提高捕获灵敏度，还需对相关后的结果进行再次叠加，通常可以采用相干累积、非相干累积和差分相干累积方法对多个相关结果进行累积，提高捕获灵敏度。综合考虑3种累积方式的性能，本文采用相干非相干累积方法［9］，该方法首先进行一段相干累积，然后对相干累积结果进行非相干累积，捕获算法的总体原理图如图2所示。图2算法总体原理图首先采用实际GPS信号进行算法测试。利用SiGe半导体公司的SE4120L射频前端，混频后输出的频率为4.092MHz，采样频率为16.368MHz信号。捕获过程中，码相位搜索步长Tc/64，相干累积12次，基于Matlab2016a进行算法的捕获测试。图3为本文算法对2017年8月18日15时左右10号GPS卫星的捕获结果。结果表明，本文算法能够实现GPS信号的有效捕获。在同一台计算中，对本文算法和传统并行捕获算法的时间消耗进行对比测试，传统算法码相位搜索步长同样设为Tc/64，且采用相同的相干非相干累加方法，测试结果如表1所示。表1时间消耗比较时间消耗的测试结果表明，本文算法的时间消耗远远小于传统并行捕获算法。由于时间消耗，传统并行算法无法应用于码相位精细搜索。而文中算法的叠加相关作用于相干累积阶段，能够有效降低相干累积的时间消耗，而循环移位能够有效降低频率步进搜索过程中的时间消耗，从而满足码相位精细搜索的时间要求。为了验证捕获算法的灵敏度，需要对不同信噪比下的信号进行捕获测试，而实际采集数据不能实现信噪比的灵活控制，因此，采用Matlab生成仿真的GPS信号?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于区域定位重要度指标的GPS失效性分析[J]. 裴东,秦大国. 火力与指挥控制. 2016(08)
[2]对GPS接收机的欺骗式干扰试验研究[J]. 王海洋,姚志成,范志良,郑堂. 火力与指挥控制. 2016(07)
[3]基于平均相关和差分相干累积的微弱GPSC/A码信号精密捕获算法[J]. 李新山,郭伟. 通信学报. 2015(05)
[4]基于FFT的GPS快速并行捕获算法[J]. 陈希,张锐,帅涛. 宇航学报. 2011(01)
[5]基于简易差分相干积累的高灵敏度GPS软件接收机捕获算法[J]. 唐斌,董绪荣. 信号处理. 2009(05)
[6]软件GPS接收机信号搜索捕获的仿真实验研究[J]. 张勇,林宝军,徐志瀚. 系统仿真学报. 2006(09)
本文编号：3096230
【文章来源】：火力与指挥控制. 2019,44(06)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
平均分组示意图
生成仿真的GPS信号作为测试信号。仿真生成8号GPS卫星信号，数据长度为200ms，导航电文数据随机取值，信号频率为4.092MHz，采样频率为16.368MHz，信号初始相位为0。信号中混入加性零均值高斯白噪声，噪声方差，则信号幅度可以表示为（19）SNR为信噪比，单位为dB。GPS信号捕获要求能够捕获到信号强度在-174dBW~-188dBW之间的弱信号，换算为信噪比约为-47dB~-33dB之间。采用本文方法和传统并行捕获算法对不同强度的信号进行捕获测试，考虑到传统并行捕获算法的时间消耗，设定码相位搜索步长为Tc/2，测试结果如图4所示。可以看出，随着信噪比的增加，两种算法正确捕获的概率均逐渐增加，但本文算法在各个信噪比下的捕获性能均优于传统的并行捕获算法。频率搜索步进1kHz0.5kHz传统算法10.435s19.793s本文算法0.276s0.598s图3实际信号捕获结果图4与传统并行捕获算法的性能比较·70·0998
对接收信号进行频率补偿等价于信号FFT的循环移位。因此，只需在计算出接收信号的FFT后，对FFT结果进行循环移位就能实现频率步进补偿搜索，可以频率搜索过程的时间消耗。4算法实现与实验验证分析为了进一步提高捕获灵敏度，还需对相关后的结果进行再次叠加，通常可以采用相干累积、非相干累积和差分相干累积方法对多个相关结果进行累积，提高捕获灵敏度。综合考虑3种累积方式的性能，本文采用相干非相干累积方法［9］，该方法首先进行一段相干累积，然后对相干累积结果进行非相干累积，捕获算法的总体原理图如图2所示。图2算法总体原理图首先采用实际GPS信号进行算法测试。利用SiGe半导体公司的SE4120L射频前端，混频后输出的频率为4.092MHz，采样频率为16.368MHz信号。捕获过程中，码相位搜索步长Tc/64，相干累积12次，基于Matlab2016a进行算法的捕获测试。图3为本文算法对2017年8月18日15时左右10号GPS卫星的捕获结果。结果表明，本文算法能够实现GPS信号的有效捕获。在同一台计算中，对本文算法和传统并行捕获算法的时间消耗进行对比测试，传统算法码相位搜索步长同样设为Tc/64，且采用相同的相干非相干累加方法，测试结果如表1所示。表1时间消耗比较时间消耗的测试结果表明，本文算法的时间消耗远远小于传统并行捕获算法。由于时间消耗，传统并行算法无法应用于码相位精细搜索。而文中算法的叠加相关作用于相干累积阶段，能够有效降低相干累积的时间消耗，而循环移位能够有效降低频率步进搜索过程中的时间消耗，从而满足码相位精细搜索的时间要求。为了验证捕获算法的灵敏度，需要对不同信噪比下的信号进行捕获测试，而实际采集数据不能实现信噪比的灵活控制，因此，采用Matlab生成仿真的GPS信号?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于区域定位重要度指标的GPS失效性分析[J]. 裴东,秦大国. 火力与指挥控制. 2016(08)
[2]对GPS接收机的欺骗式干扰试验研究[J]. 王海洋,姚志成,范志良,郑堂. 火力与指挥控制. 2016(07)
[3]基于平均相关和差分相干累积的微弱GPSC/A码信号精密捕获算法[J]. 李新山,郭伟. 通信学报. 2015(05)
[4]基于FFT的GPS快速并行捕获算法[J]. 陈希,张锐,帅涛. 宇航学报. 2011(01)
[5]基于简易差分相干积累的高灵敏度GPS软件接收机捕获算法[J]. 唐斌,董绪荣. 信号处理. 2009(05)
[6]软件GPS接收机信号搜索捕获的仿真实验研究[J]. 张勇,林宝军,徐志瀚. 系统仿真学报. 2006(09)
本文编号：3096230
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/sousuoyinqinglunwen/3096230.html
